(57)【要約】【課題】空調のCOPを考慮することで、空調機の総冷房能力はほぼ変化させずに、さらに消費電力が低くなるような空調設定の組合せを導出することが可能となる空調設定温度導出システムを提供する。【解決手段】サーバーとコントロールユニットとを備えたシステムによる空調設定温度導出方法であって、前記サーバーは、格納された関数データに基づいて前記空調機の第１の設定温度を算出し、前記コントロールユニットは、現在設定されている第２の設定温度を第１の設定温度に変更し、前記サーバーは、温度センサーから検出温度の情報を取得し、検出温度が上限温度を超えているか否かを判定し、検出温度が上限温度を超えている場合、前記第２の設定温度の情報を前記コントロールユニットに送信し、検出温度が上限温度を超えていない場合、空調効率を高める方向に更に変更した第３の設定温度の情報を前記コントローラユニットに送信する。【選択図】図３
2014214944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調機の設定温度を算出するサーバーと該サーバーに接続され前記空調機を制御するコントロールユニットとを備えたシステムによる空調設定温度導出方法であって、
前記サーバーは、
記憶装置に予め格納された関数データに基づいて前記空調機の第１の設定温度を算出し、
前記コントロールユニットは、
前記算出された第１の設定温度に基づいて前記空調機の現在設定されている第２の設定温度を前記算出された第１の設定温度に更新し、
前記サーバーは、
温度センサーから検出温度の情報を取得し、前記取得した検出温度が所定の上限温度を超えているか否かを判定し、
前記取得した検出温度が前記所定の上限温度を超えている場合、前記第２の設定温度の情報を前記コントロールユニットに送信し、
前記取得した検出温度が前記所定の上限温度を超えていない場合、空調効率を高める方向に更に変更した第３の設定温度の情報を前記コントロールユニットに送信する
ことを特徴とする空調設定温度導出方法。
【請求項２】
空調機の設定温度を算出するサーバーと該サーバーに接続され前記空調機を制御するコントロールユニットとを備えた空調設定温度導出システムであって、
前記サーバーは、
記憶装置に予め格納された関数データに基づいて前記空調機の第１の設定温度を算出し、
前記コントロールユニットは、
前記算出された第１の設定温度に基づいて前記空調機の現在設定されている第２の設定温度を前記算出された第１の設定温度に更新し、
前記サーバーは、
温度センサーから検出温度の情報を取得し、前記取得した検出温度が所定の上限温度を超えているか否かを判定し、
前記取得した検出温度が前記所定の上限温度を超えている場合、前記第２の設定温度の情報を前記コントロールユニットに送信し、
前記取得した検出温度が前記所定の上限温度を超えていない場合、空調効率を高める方向に更に変更した第３の設定温度の情報を前記コントロールユニットに送信する
ことを特徴とする空調設定温度導出システム。
【請求項３】
前記関数データは、前記空調機の冷房能力から前記空調機の消費電力を除して得たＣＯＰを用いた関数データであることを特徴とする請求項１に記載の空調設定温度導出方法。
【請求項４】
前記関数データは、前記空調機の冷房能力から前記空調機の消費電力を除して得たＣＯＰを用いた関数データであることを特徴とする請求項２に記載の空調設定温度導出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調設定温度導出方法および空調設定温度導出システムに関し、より詳細には、データセンタや通信機械室における空調制御に係る空調設定温度導出方法および空調設定温度導出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、情報処理装置を多く収容した施設（データセンタや通信機械室）における空調方式として、あらかじめ運用者によって設定された吸込み温度もしくは吹出し温度に基づいて各空調機の出力を制御し、情報処理装置を冷却するシステムが多く用いられている。たとえば、設定温度を変更する際に冷えすぎまたは温まりすぎを防ぐ空調機が、特許文献１に開示されている。
【０００３】
しかし、特許文献１に開示された従来の空調制御システムは、空調の消費電力の制御まで考慮されていなかった。近年、空調の省エネルギー性の向上のため、消費電力削減を目的とした空調制御においてさまざまな検討が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−２６５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に空調機の冷房運転の場合は、空調機の設定温度を上げると空調機の消費電力を下げることができるので、情報処理装置の温度が上がり過ぎない範囲内にて空調機群の設定温度の合計値が最大となるよう温度を設定すると、省電力効果が高いと考えられる。
【０００６】
図１に空調機の冷房能力に対する空調効率（COP：Coefficient Of Performance）プロット図を示す。冷房能力とは、空調機を冷房運転したとき、室内から単位時間当たりに除去できる熱量(ｋＷ)をいう。ここで空調効率（COP）は、
空調効率（COP）＝冷房能力÷消費電力
という式で表される。図１のグラフは、横軸を冷房能力（ｋＷ）とし、縦軸を空調効率（COP）とする。図１に示すように、例えばデータセンタ用空調機のFMACS（登録商標）-Vシリーズは、冷房能力に対する空調効率（COP）が線形ではないために、空調機群の設定温度の合計値を最大にすることが消費電力を最小とすることにならない可能性があるという問題があった。
【０００７】
空調機の消費電力は設定温度だけでなく、空調機への還気温度や外気温など、様々な要因・パラメータによって変化する。よって設定変更後の空調機の消費電力を推定し、消費電力が最小になるような制御を行うことは大きな困難である。空調機の消費電力が設定温度や外気温等さまざまなパラメータからあらかじめ分かるのであれば、消費電力が最小となるような各空調機の設定温度を導出でき、消費電力削減効果が一番高い空調制御が可能となる。
【０００８】
しかし、例えばFMACS空調機は複数の冷凍サイクルを持っている等の理由により、正確なモデル化は困難であり、空調機を消費電力が最小となるよう制御をすることができないという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、空調のCOPを考慮することで、設定温度の合計値を最大とした設定より、空調機の総冷房能力はほぼ変化させずに、さらに消費電力が低くなるような空調設定の組合せを導出することが可能となる空調設定温度導出システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、空調機の設定温度を算出するサーバーと該サーバーに接続され前記空調機を制御するコントロールユニットとを備えたシステムによる空調設定温度導出方法であって、前記サーバーは、記憶装置に予め格納された関数データに基づいて前記空調機の第１の設定温度を算出し、前記コントロールユニットは、前記算出された第１の設定温度に基づいて前記空調機の現在設定されている第２の設定温度を前記算出された第１の設定温度に更新し、前記サーバーは、温度センサーから検出温度の情報を取得し、前記取得した検出温度が所定の上限温度を超えているか否かを判定し、前記取得した検出温度が前記所定の上限温度を超えている場合、前記第２の設定温度の情報を前記コントロールユニットに送信し、前記取得した検出温度が前記所定の上限温度を超えていない場合、空調効率を高める方向に更に変更した第３の設定温度の情報を前記コントロールユニットに送信することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、空調機の設定温度を算出するサーバーと該サーバーに接続され前記空調機を制御するコントロールユニットとを備えた空調設定温度導出システムであって、前記サーバーは、記憶装置に予め格納された関数データに基づいて前記空調機の第１の設定温度を算出し、前記コントロールユニットは、前記算出された第１の設定温度に基づいて前記空調機の現在設定されている第２の設定温度を前記算出された第１の設定温度に更新し、前記サーバーは、温度センサーから検出温度の情報を取得し、前記取得した検出温度が所定の上限温度を超えているか否かを判定し、前記取得した検出温度が前記所定の上限温度を超えている場合、前記第２の設定温度の情報を前記コントロールユニットに送信し、前記取得した検出温度が前記所定の上限温度を超えていない場合、空調効率を高める方向に更に変更した第３の設定温度の情報を前記コントロールユニットに送信することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の空調設定温度導出方法であって、前記関数データは、前記空調機の冷房能力から前記空調機の消費電力を除して得たＣＯＰを用いた関数データであることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の空調設定温度導出システムであって、前記関数データは、前記空調機の冷房能力から前記空調機の消費電力を除して得たＣＯＰを用いた関数データであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、空調のCOPを考慮することで、設定温度の合計値を最大とした設定より、空調機の総冷房能力はほぼ変化させずに、さらに消費電力が低くなるような空調設定の組合せを導出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】空調機の冷房能力に対するCOPプロット図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる空調設定温度導出システムの全体の構成図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるフローチャート図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるCOP曲線を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる、f'(X’a)＞0かつf'(X’b)＜0の場合における空調制御を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる、f'(X’a)＜0かつf'(X’b)＞0の場合における空調制御を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
図２に本発明の一実施形態にかかる空調制御システムの全体の構成図を示し、発明の具体的な適用について、データセンタや通信機械室に適用する空調機の制御システムの一例を示す。本発明の実施形態である空調設定温度導出システムは、複数台の空調機１ａ〜１ｃと、複数台の空調機１ａ〜１ｃをグループとしてコントロールするコントロールユニット２、複数台の温度センサー３、温度センサー３が検出した温度に基づく温度情報を収集し、空調制御を行う空調制御サーバー４を含む。コントロールユニット２には複数台の空調機１ａ〜１ｃが接続され、空調制御サーバー４はコントロールユニット２および各温度センサー３と接続されている。
【００１８】
実施形態にかかる空調制御システムの構成部分の一例を挙げると、国内データセンタの空調市場の約70%を占めるFMACS-Ｖシリーズ空調機は、各空調機１ａ〜１ｃをグループとして制御できるコントロールユニット２を備えている。コントロールユニット２を用いて空調機１ａ〜１ｃの出力温度や総合効率などの情報を収集でき、本空調制御システムが算出した最適温度設定値をコントロールユニット２に送信することで、各空調機１ａ〜１ｃの設定温度値を遠隔で変更することができる。また、各情報処理装置の吸込み温度を取得する手段として、本発明の実施形態ではフロア内の各点に設置された温度センサー３を想定している。空調制御サーバー４はコントロールユニット２及び各温度センサー３と接続されており、定期的にコントロールユニット２及び温度センサー３に対して情報を収集しにいく。また空調制御サーバー４は、所定の制御時間間隔ごとにコントロールユニット２に対して、本空調制御システムが算出した各空調機１ａ〜１ｃの最適温度設定値を送信する。
【００１９】
図３に本発明の一実施形態にかかる冷房運転の場合のフローチャート図を示す。以下図３に示すフローチャートを使用して本システムの動作を説明する。空調制御サーバー４は、記憶装置に予め格納されたＣＯＰ曲線に基づいて空調機１ａ〜１ｃの第１の設定温度を算出する（Ｓ１０１）。空調制御サーバー４は、第１の設定温度の情報をコントロールユニット２に送信する（Ｓ１０２）。コントロールユニット２は、第１の設定温度の情報を受信する（Ｓ１０３）。
【００２０】
第１の設定温度が各空調機１ａ〜１ｃの現在設定されている第２の設定温度より高い場合、コントロールユニット２は、現在設定されている第２の設定温度を第１の設定温度に更新する（Ｓ１０４）。空調制御サーバー４は、各温度センサー３から検出温度の情報を取得する（Ｓ１０５）。空調制御サーバー４は、取得した検出温度が情報処理装置の上限温度を超えているか否かを判定する（Ｓ１０６）。
【００２１】
取得した検出温度が情報処理装置の上限温度を超えている場合（Ｓ１０７）、空調制御サーバー４は、情報処理装置に熱による負荷を抑えるため、一旦元の設定温度である第２の設定温度に戻すよう各空調機１ａ〜１ｃの第２の設定温度の情報をコントロールユニット２に送信する（Ｓ１０８）。コントロールユニット２は、第２の設定温度の情報を受信する（Ｓ１０９）。コントロールユニット２は、各空調機１ａ〜１ｃの第１の設定温度を第２の設定温度に更新する（Ｓ１１０）。
【００２２】
取得した検出温度が情報処理装置の上限温度を超えていない場合（Ｓ１０７）、空調制御サーバー４は、空調効率を高める方向に更に変更した第３の設定温度の情報をコントロールユニット２に送信する（Ｓ１１１）。コントロールユニット２は、更に変更した第３の設定温度の情報を受信する（Ｓ１１２）。コントロールユニット２は、各空調機１ａ〜１ｃの第１の設定温度を更に変更した第３の設定温度に更新する（Ｓ１１３）。
【００２３】
図４に本発明の一実施形態にかかるCOP曲線を示す。空調制御サーバー４は各空調機１ａ〜１ｃの設定温度を導出する際に図４に示すCOP曲線を用いる。図４に示すCOP曲線については、事前に算出したデータを予め本発明にかかる空調設定温度導出システムに投入してもよいし、本発明にかかる空調設定温度導出システムにCOP曲線を自動的に導出する機能を持たせてもよい。自動的に導出する場合は例えば、空調制御モードに入る前に各空調機１ａ〜１ｃの設定を下限値から上限値まで設定を変更することで、図１に示すプロット図のようなデータを得る。データを多項式等で近似し、COPを冷房能力の関数として導出する。
【００２４】
いま、空調機が２台ある（空調機A、空調機B）フロアに本システムを導入した場合を考える。まず、空調制御サーバー４は各温度センサー３及びコントロールユニット２から現在の各々の温度測定値や空調運転情報を収集する。 COPの数値は、冷房能力xの関数f(x)で表され、Xaを空調機Aの冷房能力とし、Xbを空調機Bの冷房能力とし、Taを空調機Aの設定温度とし、Tbを空調機Bの設定温度とし、tを時刻とする。COPの和Eが最大となり、かつ、情報処理装置のワーニング閾値温度を越えない設定温度Ta、Tbを勾配法で求める。Siはセンサーで検出した情報処理装置iの温度を表し、情報処理装置のワーニング閾値温度値を越えると小さくなるような微分可能な罰金関数（例えば、シグモイド関数、情報処理装置のワーニング閾値温度以下では100、越えると0となる）をP(Si)とする。COPの和Eを、冷房能力Xa、Xb、関数P(Si)で表すと、
【００２５】
【数１】
2014214944.tif 000003
【００２６】
【数２】
2014214944.tif 000004
【００２７】
となる。
【００２８】
【数３】
2014214944.tif 000005
【００２９】
が計算できないが、本文でもしているように定数Cと仮定する（設定温度を上げると冷房能力は下がる、すなわち定数Cは負の数）。
【００３０】
勾配法を用いると、
【００３１】
【数４】
2014214944.tif 000006
【００３２】
【数５】
2014214944.tif 000007
【００３３】
ならば（αは小さな正の数とする）、
【００３４】
【数６】
2014214944.tif 000008
【００３５】
となり、COPの和Eは最大値に収束する。
【００３６】
よって設定温度Ta、Tbの更新則は、
【００３７】
【数７】
2014214944.tif 000009
【００３８】
【数８】
2014214944.tif 000010
【００３９】
となる。
【００４０】
【数９】
2014214944.tif 000011
【００４１】
はシグモイド関数の微分、
【００４２】
【数１０】
2014214944.tif 000012
【００４３】
、
【００４４】
【数１１】
2014214944.tif 000013
【００４５】
は例えば空調制御を行う前に「空調機の設定温度を１℃下げる」設定変更を各空調機一台ずつ行い、設定変更の際の温度センサー３の温度変化を記録しておくことで算出可能である。
【００４６】
次に、本発明の一実施形態にかかる空調設定温度導出方法の処理手順をより明確に説明するため、本発明の一実施形態にかかる方法を用いて空調の設定を変更する際の例を実施形態として記載する。
【００４７】
図５に本発明の一実施形態にかかる、f'(X’a)＞0かつf'(X’b)＜0の場合における空調制御を示す。また、図６に本発明の一実施形態にかかる、f'(X’a)＜0かつf'(X’b)＞0の場合における空調制御を示す。空調効率COPの数値は、冷房能力xの関数f(x)で表され、X’aを空調機Aの冷房能力とし、X’bを空調機Bの冷房能力とする。
【００４８】
いま空調機が２台ある（空調機A、空調機B）フロアにおいて、空調設定を行う場合を考える。空調設定を行った上で、空調機A、Bそれぞれの現在の冷房能力（X’a、X’b）からCOP曲線（f(x)）を用い、空調機A、BのCOPの微分値（冷房効率）f'(X’a)、f'(X’b)を導出する。ここで、下記条件（１）、（２）いずれかを満たす場合（図１および図２を参照）、それぞれについて空調機の温度設定を以下のように変更する。なお、本例の場合、条件（１）、（２）を満たさない場合は特に設定変更を行わないものとする。例えば、f'(X’a)＞0かつf'(X’b)＞0の場合、空調機A、Bの２台とも設定温度を下げると、空調機A、Bの２台とも冷房能力は上がる。しかし、冷房能力を上げた分空調機A、Bの２台とも消費電力も増加し省エネとはならないので、f'(X’a)＞0かつf'(X’b)＞0の場合、空調機A、Bの２台とも設定温度を下げる必要はない。
（１）            f'(X’a)＞0かつf'(X’b)＜0
１．空調機Aの設定温度を1℃下げ、空調機Bの設定温度を0.2℃上げる。
２．空調機が安定したのち、フロアの各情報処理装置の吸込み温度を見て、上限値が超えていないか確認する。吸込み温度の上限値が超えている場合、設定を（１）−１で行った設定に一段階戻す。吸込み温度の上限値が超えている場合とは、例えば、空調機Aの設定温度を1℃下げたのにもかかわらず、各情報処理装置の吸込み温度が下がらず、空調機Bの設定温度を0.2℃上げたことに影響して、各情報処理装置の吸込み温度が上限値を上回った場合等である。吸込み温度の上限値が超えていない場合は空調機Bの設定温度をさらに0.2℃上げる。以降、可能な限り空調機Bの設定温度を上げていく。
３．空調機Bの調整が終了し、かつ空調機Bの調整が終了した時点でまだ条件（１）を満たす場合は、以降（１）−１．〜（１）−３．を繰り返す。
【００４９】
図５を参照して説明すると、空調機Ａの冷房能力（X’a）を上げる、つまり設定温度を下げると、空調効率f(X’a)が上がり（α1）、空調機Ｂの冷房能力（X’b）を下げる、つまり設定温度を上げると、空調効率f(X’a)が上がり（β1）、結果として空調機Ａ、Ｂの空調効率の和が増大し、空調機Ａ、Ｂの合計消費電力が下がることになる。
（２）            f'(X’a)＜0かつf'(X’b)＞0  
１．空調機Bの設定温度を1℃下げ、空調機Aの設定温度を0.2℃上げる。
２．空調機が安定したのち、フロアの各情報処理装置の吸込み温度を見て、上限値が超えていないか確認する。上限値が超えている場合は、設定を（２）−１で行った設定に一段階戻す。上限値が超えていない場合は空調機Aの設定温度をさらに0.2℃上げる。以降、可能な限り空調機Aの設定温度を上げていく。
３．空調機Aの調整が終了し、かつ空調機Aの調整が終了した時点でまだ条件（２）を満たす場合は、以降（２）−１．〜（２）−３．を繰り返す。
【００５０】
図６を参照して説明すると、空調機Ａの冷房能力（X’a）を下げる、つまり設定温度を上げると、空調効率f(X’a)が上がり（α2）、空調機Ｂの冷房能力（X’b）を上げる、つまり設定温度を下げると、空調効率f(X’a)が上がり（β2）、結果として空調機Ａ、Ｂの空調効率の和が増大し、空調機Ａ、Ｂの合計消費電力が下がることになる。
【００５１】
ここで、設定変更幅の１℃と0.2℃は例えで、設定変更幅の値をさらに小さくすることでより細かな設定を導出することができる。
【００５２】
以上の操作を行うことで、図５および図６に示す矢印の方向にそれぞれの空調機の出力を調整していくことで、空調機の合計冷房能力を大きく変えることなく、双方の空調機の総合効率を同時に向上させるような空調設定を導出することができる。
【００５３】
また、空調機の制御時間間隔毎に少しずつ総合効率が良くなるように、空調機の設定変更を行い、準最適解を得ることができる。
【００５４】
さらに、本発明の一実施形態は、従来技術である空調の冷房運転方法で適切に冷却され定常状態となったとき（例えば、空調機群の設定温度の合計値が最大となったとき）を一つの契機として、動作してもよい。また、本発明の一実施形態は、動作の際、上記条件（１）、（２）いずれかを満たすか否か判定し、条件（１）、（２）のいずれかを満たすと判定した場合、空調機の設定温度の変更を行い、条件（１）、（２）のいずれも満たさないと判定した場合、空調機の設定温度の変更を行わない、という動作をしてもよい。
【００５５】
また条件（１）、（２）のいずれかを満たすと判定した場合において、取得した検出温度が一度又は複数回に渡り所定の上限温度を超えていた場合の第１の設定温度値については、空調制御サーバーよりＣＯＰ曲線に基づいて算出される第１の設定温度から除外する条件としてもよい。
【００５６】
以上より、本発明の一実施形態によれば、COP曲線から空調機双方の空調効率（COP）が向上するように、片方の空調機の設定温度を上げ（空調機の消費電力低下）、他方の空調機の設定温度を下げる（空調機の消費電力増加）ことにより、空調機の合計の消費電力が低下することが可能である。
【００５７】
また、本発明の一実施形態によれば、COP曲線を考慮することで、複数の空調機の合計冷房能力を大きく変えることなく、消費電力を低下させることが可能である。よって、従来技術における冷房運転方法で適切に冷却された状態においてさえ、本発明の一実施形態によってさらなる空調機の消費電力の削減の余地が生まれ、より効率の良い空調機の冷房運転が可能となる。
【符号の説明】
【００５８】
１ａ、１ｂ、１ｃ  空調機
２  コントロールユニット
３  センサー
４  サーバー
【図１】
2014214944.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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