(57)【要約】【課題】空調空気を空調対象室へ供給するために必要な空調機構の動力を低減可能な空調システムを提供する。【解決手段】情報処理機器を収容するラック列が配置された空調対象室の温度を管理するための空調システムが提供される。空調システムは、空調対象室において、ラック列の給気面と接する第１の空間と、ラック列の排気面と接する第２の空間とを区画する第１の区画部と、空調対象室の上部側に形成された天井空間を第１の層と第２の層とに区画する第２の区画部と、第１の空間と第１の層とを連通する第１の連通部と、第２の空間と第２の層とを連通する第２の連通部と、ラック列が延在する方向において空調対象室の両側に隣接して形成されるとともに、第２の層とそれぞれ連通する、一対の空調機器室とを含む。【選択図】図１
2018081344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報処理機器を収容するラック列が配置された空調対象室の温度を管理するための空調システムであって、
前記空調対象室において、前記ラック列の給気面と接する第１の空間と、前記ラック列の排気面と接する第２の空間とを区画する第１の区画部と、
前記空調対象室の上部側に形成された天井空間を第１の層と第２の層とに区画する第２の区画部と、
前記第１の空間と前記第１の層とを連通する第１の連通部と、
前記第２の空間と前記第２の層とを連通する第２の連通部と、
前記ラック列が延在する方向において前記空調対象室の両側に隣接して形成されるとともに、前記第２の層とそれぞれ連通する、一対の空調機器室とを備え、前記空調機器室と前記第２の層とを連通する開口部は前記ラック列の配置に対応付けて形成されており、
前記一対の空調機器室の各々に配置されるとともに、前記空調機器室に存在する空気を冷却して生成される空調空気を前記第１の層へそれぞれ供給する複数の空調機構を備える、空調システム。
【請求項２】
前記複数の空調機構は、前記一対の空調機器室にそれぞれ配置され、
前記第２の層は、前記第１の層の上部側に形成される、請求項１に記載の空調システム。
【請求項３】
前記第１の連通部は、前記天井空間と前記空調対象室とを区画する面に形成された開口部からなり、
前記第２の連通部は、前記空調対象室の前記第２の空間の存在する領域に対応付けて形成されている、請求項１または２に記載の空調システム。
【請求項４】
前記第１の層と前記第２の層との間の静圧差を測定する静圧差センサと、
前記静圧差センサにより測定される静圧差が予め定められた範囲内に維持されるように、前記複数の空調機構の運転状態を制御する制御装置とをさらに備える、請求項１に記載の空調システム。
【請求項５】
前記第１の層に存在する空気の温度を測定する第１の温度センサと、
前記第２の層に存在する空気の温度を測定する第２の温度センサとをさらに備え、
前記制御装置は、
前記第１の温度センサにより測定される温度と前記第２の温度センサにより測定される温度とに基づいて、前記ラック列で発生する熱量を予測して、前記複数の空調機構の運転状態を制御する、請求項４に記載の空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報処理機器を収容する複数のラックが配置された空調対象室の温度を管理するための空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報通信技術の急速な進展に伴って、大規模なデータセンタなどが建設されている。このようなデータセンタでは、様々な機能を提供するサーバ装置やネットワークを構築するための通信機器といった情報処理機器を収容する複数のラックが整列配置される。
【０００３】
このようなデータセンタの空調システムとしては、冷却ユニットから供給される空調空気（冷気）が主として存在する「コールドアイル」と称される空間と、発生した排熱空気が主として存在する「ホットアイル」と称される空間とに分離し、これらの空間の間で空気を循環させるような構成が採用される。
【０００４】
データセンタ内に配置される情報処理機器を安定して動作させるために、データセンタ内は常に機器動作に適した温度に維持管理される。一方で、このようなデータセンタでは、温度の維持管理のために空調機器を連続動作させる必要があり、これに伴って、比較的多くの電力が消費される。
【０００５】
典型的には、冷却ユニットから供給される空調空気を床下空間を通じて冷却対象物であるラックへ供給するとともに、当該ラックから排出される排熱空間を天井空間を通じて回収するような構成が採用される。
【０００６】
一方で、情報処理機器を確実に冷却するとともに、より効率的に冷却を行なうことで消費電力を低減させるための別の構成が提案されている。例えば、天井空間を多層化するようなアプローチが提案されている。
【０００７】
例えば、特開２０１６−０２３８７４号公報（特許文献１）は、二重構造の天井を採用するとともに、そのような構造においてより消費電力を低減する空調システムの構成を開示する。
【０００８】
特開２０１３−０４７５７７号公報（特許文献２）は、外気冷房機からの冷気を計算機室の三重天井の空間経由で各コールドアイルへ供給する構成を開示する。
【０００９】
特開２０１２−０１７９３４号公報（特許文献３）は、天井裏空間をダクトの代用として用いても、１台の空調機で両ラック列の前方の天井に設けられた吹出口から空調空気を吹き出すことが可能なデータセンタを開示する。
【００１０】
特開２０１２−０３８１００号公報（特許文献４）は、各ラックに対して十分な冷却効果を維持しつつも、ファン動力を削減し、省エネルギー性をより向上させたデータセンタを開示する。
【００１１】
特開２０１６−０９１５２４号公報（特許文献５）は、電子機器からの排気の一部を循環させる場合に、電子機器への吸気の温度を調整する構成を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１６−０２３８７４号公報
【特許文献２】特開２０１３−０４７５７７号公報
【特許文献３】特開２０１２−０１７９３４号公報
【特許文献４】特開２０１２−０３８１００号公報
【特許文献５】特開２０１６−０９１５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述した特許文献１〜５に開示される構成については、以下のような課題がある。例えば、特許文献１に開示される構成においては、冷却対象物であるラックに関連付けられるダクトの各々に送風機が配置されており、このような構成を採用した場合には冗長性をもたることができず、送風機の故障時などには、冷却対象物に対する冷却能力を確保できない。
【００１４】
特許文献２の図９などに開示される構成においては、三重天井の各空間の端に、外気の取り入れに用いられる送風ファンおよび排気ファンがそれぞれ配置されており、送風ファンと排気ファンとの間で風量バランスを保つ必要があるため、ファン制御などが複雑化する。
【００１５】
特許文献３の図３および特許文献４の図４などに開示される構成においては、熱気通路および空調空気通路が互いに組み合った構造になっている。そのため、空調機が故障した場合のバックアップが難しく、また、天井内の流路が複雑で構築にコストが掛かる。
【００１６】
なお、特許文献５に開示される構成は、外気（冷気）を直接データセンタ内部に取り入れる直接外気冷却方式に向けられるものであり、冷却ユニットを利用する構成とは全く異なる思想に向けられている。
【００１７】
本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、空調空気を空調対象室へ供給するために必要な空調機構の動力を低減可能な空調システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明のある局面に従えば、情報処理機器を収容するラック列が配置された空調対象室の温度を管理するための空調システムが提供される。空調システムは、空調対象室において、ラック列の給気面と接する第１の空間と、ラック列の排気面と接する第２の空間とを区画する第１の区画部と、空調対象室の上部側に形成された天井空間を第１の層と第２の層とに区画する第２の区画部と、第１の空間と第１の層とを連通する第１の連通部と、第２の空間と第２の層とを連通する第２の連通部と、ラック列が延在する方向において空調対象室の両側に隣接して形成されるとともに、第２の層とそれぞれ連通する、一対の空調機器室とを含む。空調機器室と第２の層とを連通する開口部はラック列の配置に対応付けて形成されている。空調システムは、一対の空調機器室の各々に配置されるとともに、空調機器室に存在する空気を冷却して生成される空調空気を第１の層へそれぞれ供給する複数の空調機構を有する。
【００１９】
好ましくは、複数の空調機構は、一対の空調機器室にそれぞれ配置され、第２の層は、第１の層の上部側に形成される。
【００２０】
好ましくは、第１の連通部は、天井空間と空調対象室とを区画する面に形成された開口部からなり、第２の連通部は、空調対象室の第２の空間の存在する領域に対応付けて形成されている。
【００２１】
好ましくは、空調システムは、第１の層と第２の層との間の静圧差を測定する静圧差センサと、静圧差センサにより測定される静圧差が予め定められた範囲内に維持されるように、複数の空調機構の運転状態を制御する制御装置とをさらに含む。
【００２２】
好ましくは、空調システムは、第１の層に存在する空気の温度を測定する第１の温度センサと、第２の層に存在する空気の温度を測定する第２の温度センサとを含む。制御装置は、第１の温度センサにより測定される温度と第２の温度センサにより測定される温度とに基づいて、ラック列で発生する熱量を予測して、複数の空調機構の運転状態を制御する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、空調空気を空調対象室へ供給するために必要な空調機構の動力を低減可能な空調システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施の形態に従う空調システムの側面図（Ｘ−Ｚ平面）である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢方向から見た空調システムの平面図（Ｘ−Ｙ平面）である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢方向から見た空調システムの断面図（Ｙ−Ｚ平面）である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線矢方向から見た空調システムの平面図（Ｘ−Ｙ平面）である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線矢方向から見た空調システムの平面図（Ｘ−Ｙ平面）である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線矢方向から見た空調システムの平面図（Ｘ−Ｙ平面）である。
【図７】本実施の形態に従う空調システムの制御機能を実現するための構成を示す模式図である。
【図８】本実施の形態に従う空調システムの制御機能を実現するための制御ロジックの一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２６】
［Ａ．概要］
本実施の形態に従う空調システムは、空調対象室の天井内を断熱構造の２層に仕切るとともに、一方の層を空調空気（冷気）を供給するための給気層として用いるとともに、他方の層を排熱空気を回収するための還気層として用いる。以下、本実施の形態に従う空調システムをサーバルームに適用した具体例について説明する。
【００２７】
本実施の形態に従う空調システムにおいては、任意の冷却機構から供給される空調空気（冷気）が主として存在する空間（以下、「コールドアイル」とも称する。）と、冷却対象物から排出される排熱空気（熱気）が主として存在する空間（以下、「ホットアイル」とも称する。）とが区画された上で、空気の循環が行なわれて、冷却対象物に対する温度管理が実現される。
【００２８】
［Ｂ．空調システムの全体構成］
図１は、本実施の形態に従う空調システム１の側面図（Ｘ−Ｚ平面）である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢方向から見た空調システム１の平面図（Ｘ−Ｙ平面）である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢方向から見た空調システム１の断面図（Ｙ−Ｚ平面）である。図１〜図３においては、サーバルームの水平面をＸ−Ｙ平面と定義し、サーバルームの重力方向をＺ方向と定義する。その他の図においても同様である。
【００２９】
図１〜図３を参照して、本実施の形態に従う空調システム１は、温度を管理すべき対象の空調対象室２の一例であるサーバルーム、および、空調を実現する機構を含む。
【００３０】
図１および図２に示すように、サーバルームにおいては、隣接して一連に配置された複数のラックからなる集合体（以下、「ラック列４」とも称す。）が複数配置される。この複数のラック列４は、２つ（一対）のラック列の単位（組）で構成される。図１に示す例では、３組のラック群が配置される例を示す。もちろん、本実施の形態に従う空調システム１は、どのようなラック配列であっても適用できる。すなわち、配置されるラック列の数、および、各ラック列を構成するラックの数は、必要に応じて任意に変更できる。
【００３１】
ラック列４を構成する各ラックには、業務サーバ、データサーバー、Ｗｅｂサーバといった各種のサーバ装置（典型的には、ブレードタイプの機器）や、ルータやスイッチングハブといった通信機器などの情報処理機器が収容される。
【００３２】
本実施の形態に従う空調システム１は、情報処理機器を収容するラック列４が配置された空調対象室２の温度を管理する。
【００３３】
複数のラック列４は、空調対象室２のフロア５上に配置されており、フロア５下には、所定の厚みを有する床下空間６が形成されている。フロア５のＺ軸方向に沿って下側には、床下空間６が形成されている。床下空間６には、ラック列４に収容された情報処理機器に対して電力を供給するためのケーブル、および、情報処理機器との間で情報を遣り取りするためのケーブルなどが敷設される。すなわち、床下空間６は、主として、配線スペースとして利用される。なお、床下空間６が設けられない場合には、電力を供給するためのケーブルは、ラック列４の上部に敷設されることもある。
【００３４】
複数のラック列４の上部には、Ｘ−Ｙ平面に沿って広がる上部空間１４が存在し、上部空間１４のさらに上部側には、Ｘ−Ｙ平面に沿って広がる天井空間２０が存在する。天井空間２０は、区画部２８によって、排熱空気３２を回収するための還気層２２と、空調空気３４を供給するための給気層２４とを含む、少なくとも２層に区画されている。還気層２２および給気層２４は、少なくとも層間での熱影響が生じないように、それぞれ断熱構造になっている。区画部２８は、空調対象室２の上部側に形成された天井空間２０を還気層２２と給気層２４とに区画する。
【００３５】
なお、空気比重などを考慮すると、還気層２２は、給気層２４の上部側に形成されることが好ましい。
【００３６】
空調対象室２の対向する一対の面は、空調機器室８とそれぞれ連通している。本実施の形態においては、空調対象室２のＸ方向上で対応する一対の面の両隣には、空調機器室８がそれぞれ形成されている。空調機器室８には、複数のラック列４が並べられる方向（Ｙ方向）に沿って、複数の冷却ユニット１０が並べて配置されている。冷却ユニット１０の設置台数は、冗長性をもたせるために、空調対象室２の熱負荷に対して十分に余裕をもつように決められる。このように一対の空調対象室２は、ラック列４が延在する方向において空調対象室２の両側に隣接して形成されるとともに、還気層２２とそれぞれ連通する。
【００３７】
冷却ユニット１０は、空調対象室２へ空調空気３４を供給するための空調機構の一部である。典型的には、冷却ユニット１０の各々は、熱交換器と、熱交換器と熱交換させるための空気流を発生する少なくとも１つのファン１１とを含むドライコイルユニットからなる。冷却ユニット１０の各々は、供給ダクト１２を通じて給気層２４と連通しており、冷却ユニット１０の各々で生成される空調空気３４は、供給ダクト１２を通じて給気層２４へ供給される。還気層２２を通じて回収される排熱空気３２は、空調機器室８でバッファリングされた上で、それぞれの冷却ユニット１０に取込まれて冷却されることで、空調空気３４として再生される。
【００３８】
このように、複数の冷却ユニット１０は、一対の空調機器室８の各々に配置されるとともに、空調機器室８に存在する空気（排熱空気３２）を冷却して生成される空調空気３４を給気層２４へそれぞれ供給する。なお、図２に示すように、複数の冷却ユニット１０は、一対の空調機器室８に対応する位置にそれぞれ配置されることが好ましい。
【００３９】
データセンタに要求されるグレードに依存することになるが、一般的には、冷却ユニット１０が故障した場合を考慮して、想定される熱負荷に対して最低限必要な冷却ユニット１０の台数をＮ台とすると、Ｎ台、Ｎ台に１台付加した（Ｎ＋１）台、あるいは、完全二重化された２×Ｎ台が設置されてもよい。
【００４０】
設置されている複数の冷却ユニット１０のうち一部の冷却ユニット１０が故障した場合などを想定して、故障した冷却ユニット１０を還気層２２または給気層２４と切り離すためのダンパを設けてもよい。図１に示す例では、冷却ユニット１０と給気層２４とを接続する供給ダクト１２の経路上に逆止ダンパ１６−１が設けられるとともに、空調機器室８と還気層２２との間に存在する開口部２６に逆止ダンパ１６−２が設けられている例を示す。これらの逆止ダンパに代えて、故障を検知して閉じるモータダンパを設けてもよい。
【００４１】
また、消防法などによって、空調対象室２と空調機器室８とを間仕切る壁面９が互いに異なる防火区画に設定されている場合などには、空調対象室２と空調機器室８とを間仕切る壁面９、および、開口部２６と壁面９との間に、防火ダンパを設けてもよい。
【００４２】
図３に示すように、ラック列４を構成する各ラックには、その内部に収容する情報処理機器を冷却するために空調空気３４を吸い込むための給気口と、その内部に収容する情報処理機器の冷却に使用された後の排熱空気３２を放出するための排気口とを含む。各ラックの空調空気３４を吸い込むための給気口が設けられている面（以下、「給気面」とも称す。）から空調空気３４がラック４内に流入し、情報処理機器との間で熱交換される。そして、排熱空気３２となった空調空気３４は、排気口が設けられている面（以下、「排気面」とも称す。）からラックの外へ排出される。
【００４３】
ラック列４の各組において、各ラック列４に含まれるラックの排気面同士が対向するように隣接して配置される。そのため、ラック列の各組で挟まれる各空間においては、両側に位置するラック列４からの排熱空気３２が集まることになる。この排熱空気３２が集まる空間がホットアイル４２に相当する。ホットアイル４２が形成されない空間、すなわち、ラック列４の各組において、各ラック列４に含まれるラックの吸気面同士が対向する空間には、空調空気３４が供給される。この空調空気３４が供給される空間がコールドアイル４４に相当する。
【００４４】
上部空間１４は、ラック列４の排気面（ホットアイル４２）および吸気面（コールドアイル４４）と給気層２４および還気層２２とそれぞれ連通するように区画されている。また、コールドアイル４４とホットアイル４２との間も熱的に区画されている。
【００４５】
本実施の形態においては、ホットアイル４２をエンクロージャとして構成するとともに、還気層２２に連通させる。より具体的には、ラック列４の排気面と略平行な面に沿って上部に延びる遮蔽流路４８が形成されている。遮蔽流路４８はその周囲を断熱性の高い遮熱部材４６で囲まれており、ラック列４から排出された排熱空気３２がコールドアイル４４に戻らないように遮蔽する。遮熱部材４６は、区画部に相当し、空調対象室２において、ラック列４の給気面と接するコールドアイル４４（第１の空間）と、ラック列４の排気面と接するホットアイル４２（第２の空間）とを区画する。
【００４６】
遮蔽流路４８は、ラック列４の各組の外周を取り囲むように配置された遮蔽板を用いて区画されることで形成される。遮蔽流路４８の先には、給気層２４を貫通するように形成された連通路３８が接続されている。ホットアイル４２とコールドアイル４４とを区画する遮蔽流路４８には、ラック列４の筐体の一部が利用される。遮蔽流路４８を形成する遮蔽板は、ラック列４の各組と天井との間の上部空間１４に、ラック列の各組の外周を取り囲むように設けられる。また、対向するラック列４の組により挟まれた空間を遮蔽するために、遮蔽板の一部として、ラック列４の各組の長手方向における両端に、それぞれ遮蔽扉が設けられる。ホットアイル４２側からラック列４の各ラックをメンテナンスするために、作業者などのホットアイル４２内へ立ち入りができるように、この遮蔽扉は開閉自在に取り付けられてもよい（詳細については図示していない）。
【００４７】
遮蔽流路４８および連通路３８を設けることによって、ラック列４からホットアイル４２へ排出された排熱空気３２は、遮蔽流路４８および連通路３８を通じて、還気層２２へ導かれる。遮蔽流路４８および連通路３８は、ホットアイル４２と還気層２２とを連通する連通部材に相当する。遮蔽流路４８および連通路３８は、天井空間２０と空調対象室２とを区画する面に形成された開口部を含むことになる。
【００４８】
一方、コールドアイル４４には、給気層２４から空調空気３４が供給される。具体的には、コールドアイル４４に対応させて、給気層２４の下面には複数の開口部３６が設けられており、開口部３６を通じて、給気層２４にバッファリングされる空調空気３４が各コールドアイル４４に供給される。複数の開口部３６は、コールドアイル４４と給気層２４とを連通する連通部材に相当する。コールドアイル４４と給気層２４とを連通する開口部３６は、空調対象室２のコールドアイル４４の存在する領域に対応付けて形成されることが好ましい。
【００４９】
典型的な構成例として、ホットアイル４２の空間体積に比較して、コールドアイル４４の空間体積が大きくなるように構成される。このような構成により、空調空気３４をコールドアイル４４へ送出するのに要する動力を低減させることができる。
【００５０】
次に、図４を参照して、還気層２２の詳細について説明する。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線矢方向から見た空調システム１の平面図（Ｘ−Ｙ平面）である。
【００５１】
図４を参照して、還気層２２は、天井空間２０のＸ−Ｙ平面に対応する広がりを有する一様な空間であり、下面側には連通路３８に対応する開口部が設けられている。連通路３８は、ホットアイル４２からＺ軸方向に延びる遮蔽流路４８と連通されており、ホットアイル４２の排熱空気３２が還気層２２へ回収されるようになっている。なお、天井空間２０における還気層２２および給気層２４の位置関係（Ｚ軸方向の配置順）はいずれであってもよいが、空気密度の関係から、給気層２４より還気層２２をより重力方向上側に配置することが好ましい。
【００５２】
図４には、ホットアイル４２の全領域に対応させて連通路３８が形成されている例を示すが、必ずしもこのような形状の連通路３８を形成する必要はなく、より面積の小さい連通路３８を複数形成するようにしてもよい。例えば、各ホットアイル４２の中央部および両端部に合計３つの小領域を形成するようにしてもよい。連通路３８の形状については、冷却対象物であるラック列４から発生する排熱空気３２の熱量などに応じて適宜設計すればよい。
【００５３】
還気層２２にバッファリングされた排熱空気３２は、開口部２６を通じて空調機器室８へ導かれる。開口部２６はいずれの位置に設けられてもよいが、基本的には、隣接する冷却ユニット１０の間の空間に設けられる。このように、空調機器室８と給気層２４とを連通する開口部２６はラック列４の配置に対応付けて形成される。
【００５４】
次に、図５を参照して、給気層２４の詳細について説明する。図５は、図１のＶ−Ｖ線矢方向から見た空調システム１の平面図（Ｘ−Ｙ平面）である。
【００５５】
図５を参照して、給気層２４は、天井空間２０のＸ−Ｙ平面に対応する広がりを有する一様な空間であり、下面側にはコールドアイル４４に対応する開口部が設けられている。また、上層にある還気層２２に連通する連通路３８が貫通しており、この連通路３８が存在する部分については、空調空気３４が存在しない。但し、連通路３８の内部にある排熱空気３２と混合することはなく、また、熱的に遮蔽されているので、空調空気３４の温度が上昇するようなことはない。
【００５６】
図５には、コールドアイル４４の全領域に対応させて開口部が形成されている例を示すが、必ずしもこのような形状の開口部を形成する必要はなく、より面積の小さい開口部を複数形成するようにしてもよい。例えば、各コールドアイル４４の中央部および両端部に合計３つの小領域を形成するようにしてもよい。開口部の形状については、冷却対象物であるラック列４の熱負荷などに応じて適宜設計すればよい。
【００５７】
次に、図６を参照して、空調機器室８の詳細について説明する。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線矢方向から見た空調システム１の平面図（Ｘ−Ｙ平面）である。
【００５８】
図６を参照して、空調機器室８には複数の冷却ユニット１０が設けられる。冷却ユニット１０の台数は、空調対象室２の熱負荷に応じて定めればよいが、冷却ユニット１０の故障などを想定して、ある程度の冗長性をもつように台数を決定すればよい。本実施の形態に従う空調システム１においては、空調空気３４をバッファリングする給気層２４が一様な空間であるため、複数の冷却ユニット１０のうち一部のみが運転しているような運転状態であってもよい。
【００５９】
冷却ユニット１０で発生した空調空気３４は、供給ダクト１２を通じて給気層２４へ供給される。また、開口部２６を通じて還気層２２から回収される排熱空気３２は、空調機器室８にバッファリングされて、冷却ユニット１０に吸い込まれる。排熱空気３２は冷却ユニット１０の各々において冷却されて、空調空気３４として再生される。
【００６０】
［Ｃ．空調システムの制御方法］
次に、本実施の形態に従う空調システム１における制御方法などについて説明する。
【００６１】
本実施の形態に従う空調システム１では、天井空間２０を構成する還気層２２と給気層２４との間に生じる静圧差を利用して、冷却ユニット１０の運転台数および／または風量を最適化するための制御を実行する。
【００６２】
本実施の形態に従う空調システム１は、冷却の状態を判断するためのセンサとして、温度センサおよび静圧差センサを有している。再度図１を参照して、空調システム１には、還気層２２の開口部２６の近傍に排気温度センサ６２と、給気層２４に接続される供給ダクト１２の近傍に吸気温度センサ６４と、還気層２２に生じている静圧と給気層２４に生じている静圧との差を検出する静圧差センサ６６とが配置されている。排気温度センサ６２は、還気層２２に存在する空気の温度を測定し、吸気温度センサ６４は、給気層２４に存在する空気の温度を測定する。
【００６３】
なお、空調対象室２の状態を検出するために、各センサを複数配置することが好ましい。例えば、排気温度センサ６２については、還気層２２の開口部２６と同数配置することが好ましく、吸気温度センサ６４については、給気層２４に接続される供給ダクト１２と同数配置することが好ましい。
【００６４】
静圧差センサ６６は、還気層２２と給気層２４との間の静圧差を測定する。静圧差センサ６６については、空調対象室２の大きさに応じて、所定間隔で複数個配置することが好ましい。
【００６５】
図７は、本実施の形態に従う空調システム１の制御機能を実現するための構成を示す模式図である。図７を参照して、空調システム１は、コントローラ１００と、排気温度センサ６２と、吸気温度センサ６４と、静圧差センサ６６とを含む。排気温度センサ６２、吸気温度センサ６４、静圧差センサ６６は、例えば、それぞれＬ個、Ｍ個、Ｎ個設けられる。コントローラ１００は、これらのセンサから計測値を取得する。
【００６６】
また、コントローラ１００は、冷却ユニット１０に対して各種指令（運転停止指令およびファン速度指令）を与えるとともに、冷却ユニット１０から状態値を示す状態信号を取得する。還気層２２と空調空気３４との間を短絡するためのバイパスダンパ１８（図１参照）が設けられている場合には、コントローラは、これらのバイパスダンパ１８に対して各種指令（開閉指令および開度指令）を与える。
【００６７】
コントローラ１００は、典型的には、一種のコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０４と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０６とを有している。ＣＰＵ１０２がＲＯＭ１０６に格納されている制御プログラム１０８をＲＡＭ１０４に展開して実行することで、以下に示すような制御ロジックが実現される。
【００６８】
本実施の形態に従う空調システム１においては、多層化した還気層２２と給気層２４との静圧差に基づいて、複数の冷却ユニット１０を制御する。すなわち、複数の冷却ユニット１０に対する群制御が実施される。この群制御には、少なくとも、還気層２２と給気層２４との間に生じる静圧差が用いられる。併せて、排熱空気３２と空調空気３４との間の温度差も用いられてもよい。
【００６９】
図８は、本実施の形態に従う空調システム１の制御機能を実現するための制御ロジックの一例を示す模式図である。図８に示す各機能および各モジュールは、コントローラ１００のＣＰＵ１０２が制御プログラム１０８を実行することで実現される。
【００７０】
図８を参照して、コントローラ１００の制御ロジックは、静圧差制御モジュール１６６を含む。静圧差制御モジュール１６６は、静圧差センサ６６により測定される静圧差が、差圧目標値１５０を中心とする、予め定められた範囲内に維持されるように、複数の冷却ユニット１０の運転状態を制御する。より具体的には、静圧差制御モジュール１６６は、給気層−還気層間静圧モデル１５２と、ラック列給気−排気間静圧予想モデル１５４と、台数制御部１５６と、運転状態判断部１６２とを含む。
【００７１】
運転状態判断部１６２は、各冷却ユニット１０からの状態信号（冷却ユニット１０の状態）を受けて、複数の冷却ユニット１０のうち、何台の冷却ユニット１０が運転されているのかを判断する。運転状態判断部１６２により判断された運転台数の情報は、給気層−還気層間静圧モデル１５２、ラック列給気−排気間静圧予想モデル１５４、および、台数制御部１５６へ与えられる。
【００７２】
給気層−還気層間静圧モデル１５２は、対象となる天井空間２０に形成される還気層２２および給気層２４の構造をモデル化したものであり、それぞれの静圧差センサ６６により測定されるそれぞれの静圧差、および、運転中の冷却ユニット１０の台数などから、還気層２２および給気層２４に生じている空気流の状態および空気全体の容量（マス）などを推定する。給気層−還気層間静圧モデル１５２には、差圧目標値１５０が与えられており、静圧差センサ６６により測定されるそれぞれの静圧差が差圧目標値１５０と一致するように、操作量としての推定値を出力する。
【００７３】
なお、複数の静圧差センサ６６を配置するとともに、それぞれの静圧差センサ６６からの測定値から統計処理により代表値を算出し、その静圧差の代表値を制御に用いてもよいし、複数の測定値のうち一部を制御に用いるようにしてもよい。例えば、複数の冷却ユニット１０のうち一部のみが運転されている場合などにおいては、当該運転されている冷却ユニット１０の位置に応じて、使用する静圧差センサ６６を選択してもよい。
【００７４】
給気層−還気層間静圧モデル１５２からの推定値は、ラック列給気−排気間静圧予想モデル１５４へ与えられる。ラック列給気−排気間静圧予想モデル１５４は、空調対象室２に配置されるラック列４の給気面と排気面との間、すなわち各ラック列４において給気面から導入された空気が排気面から排出されるまでの経路をモデル化したものである。給気層２４はラック列４の給気面と連通しており、還気層２２はラック列４の排気面と連通している。そのため、ラック列給気−排気間静圧予想モデル１５４に対して、給気層−還気層間静圧モデル１５２からの推定値（還気層２２および給気層２４の状態値を含む）、および、運転中の冷却ユニット１０の台数などを入力することで、対象のラック列４内を流れている空気流の速さや単位時間当たりの移動容量などを推定することができる。
【００７５】
ラック列給気−排気間静圧予想モデル１５４からの推定値は、台数制御部１５６へ与えられる。台数制御部１５６は、ラック列給気−排気間静圧予想モデル１５４からの推定値と、運転中の冷却ユニット１０の台数などから、運転すべき冷却ユニット１０の台数などを決定する。すなわち、台数制御部１５６は、ラック列４で発生する熱負荷に対して、運転中の冷却ユニット１０の台数が過剰であると判断すると、運転中のいずれかの冷却ユニット１０に対して運転停止指令１５８を出力する。逆に、台数制御部１５６は、ラック列４で発生する熱負荷に対して、運転中の冷却ユニット１０の台数が不足であると判断すると、停止中のいずれかの冷却ユニット１０に対して運転停止指令１５８を出力する。このように、台数制御部１５６は、空調対象室２に配置されたラック列４における熱負荷の状態に応じて、冷却ユニット１０の運転台数を決定する。
【００７６】
台数制御部１５６が冷却ユニット１０の運転台数を変更するにあたっては、冷却ユニット運転時間テーブル１６４を参照する。冷却ユニット運転時間テーブル１６４には、設置されている冷却ユニット１０毎に運転停止または運転開始された時刻、ならびに、運転総時間などが順次記録される。台数制御部１５６は、冷却ユニット運転時間テーブル１６４を参照して、総運転時間が互いにバランスするように、運転開始対象または運転停止対象の冷却ユニット１０を決定する。
【００７７】
具体的には、天井空間２０を構成する還気層２２と給気層２４との間に生じる静圧差が差圧目標値１５０と一致するように、冷却ユニット１０の運転台数が決定される。例えば、測定される静圧差が差圧目標値１５０を超える場合には、冷却ユニット１０の運転台数を低減し、逆に、測定される静圧差が差圧目標値１５０を下回る場合には、冷却ユニット１０の運転台数を増加させる。
【００７８】
このように、静圧差制御モジュール１６６を用いることで、天井空間２０を構成する還気層２２と給気層２４との間に生じる静圧差を利用して、冷却ユニット１０の運転台数を制御できる。このような制御方法を採用することで、空調対象室２に設置されたラック列４の増減、ならびに、ラック列４における熱負荷の増減にフレキシブルに対応して、必要な空調容量を調整することで、空調に必要なエネルギーを最小化できる。
【００７９】
また、本実施の形態においては、各冷却ユニット１０の総運転時間を管理する冷却ユニット運転時間テーブル１６４を採用することで、運転すべき冷却ユニット１０の増減が発生した場合に、総運転時間の均等化を指標として、対象の冷却ユニット１０を選定できる。
【００８０】
冷却ユニット１０として、可変速ファンを有する構成を採用した場合には、冷却ユニット１０の運転／停止の制御に加えて、ファンの速度制御を連携させてもよい。この場合、ファンの速度制御を優先させるとともに、いずれかの冷却ユニット１０が許容最小風量（最小回転数）以下になると、冷却ユニット１０の運転台数を変更する制御を実行するようにしてもよい。
【００８１】
ファンの速度制御を実装する場合には、コントローラ１００の制御ロジックは、図８に示すように、代表サーバ温度差予測モデル１７２および速度演算部１８４を有している。
【００８２】
代表サーバ温度差予測モデル１７２は、ラック列４内に配置される代表的なサーバにおける熱負荷をモデル化したものである。代表サーバ温度差予測モデル１７２は、排気温度センサ６２により測定された還気層２２に存在する排熱空気３２の温度と、吸気温度センサ６４により測定された給気層２４に存在する空調空気３４の温度とに基づいて、代表的なサーバでの冷却状態を推定する。コントローラ１００の制御ロジックは、排気温度センサ６２により測定される温度と、吸気温度センサ６４により測定される温度とに基づいて、ラック列４で発生する熱量を予測して、複数の冷却ユニット１０の運転状態を制御する。代表サーバ温度差予測モデル１７２からの推定値は、速度演算部１８４へ与えられる。
【００８３】
速度演算部１８４は、ラック列給気−排気間静圧予想モデル１５４からの推定値、および、代表サーバ温度差予測モデル１７２からの推定値に基づいて、各冷却ユニット１０におけるファン速度を決定する。そして、対象の冷却ユニット１０に対して冷却ユニットファン速度指令１８６を出力する。
【００８４】
また、還気層２２と空調空気３４との間を短絡して、送風動力を低減するためのバイパスダンパ１８（図１参照）が装着されている場合には、バイパスダンパ１８を利用するようにしてもよい。この場合には、コントローラ１００の制御ロジックは、図８に示すように、バイパス制御部１８８を有している。バイパス制御部１８８は、ラック列給気−排気間静圧予想モデル１５４からの推定値に基づいて、静圧差センサ６６により測定される静圧差と速度演算部１８４からのファン速度とから、冷却ユニット１０を含む空調空気の循環量を最小化する必要があると判断すると、バイパスダンパ１８に対して、開閉指令／開度指令１９０を与える。
【００８５】
バイパスダンパ１８の開度を大きくすることで、冷却ユニット１０における最小循環を実現でき、送風動力を低減できる。
【００８６】
さらに、冷却ユニット１０の入側および出側にそれぞれ温度センサを配置し、コールドアイルとホットアイルとの間の温度差に加えて、冷却ユニット１０の入出温度差（例えば、１０℃程度の差）を反映して、冷却ユニット１０の運転台数の制御、ならびに、冷却ユニット１０のファン速度の制御を統合して行なうようにしてもよい。
【００８７】
なお、冷却ユニット運転時間テーブル１６４を用いることで、総運転時間を均一化するだけではなく、冗長性を高めるような制御を実現することもできる。例えば、故障、点検、それ以外の理由で冷却ユニット１０の運転が停止された場合、当該停止事象が発生する前に運転されていた冷却ユニット１０の台数を記憶しておき、その記憶した台数と同数の冷却ユニット１０の運転を継続するようにしてもよい。
【００８８】
［Ｄ．利点］
本実施の形態に従う空調システムによれば、天井空間２０を、排熱空気３２を回収するための還気層２２と、空調空気３４を供給するための給気層２４とを含む、少なくとも２層に区画する。そして、区画されたそれぞれの層全体をホットアイルおよびコールドアイルと連通させるとともに、還気層２２の両側に空調機器室８を形成する。空調機器室８は、一種のバッファとして機能し、回収された排熱空気３２の温度分布を均一化した上で、それぞれの冷却ユニット１０にて冷却される。
【００８９】
天井空間２０に還気層２２および給気層２４を形成して空気を循環させることで、床下空間を利用して空気を循環させる場合に比較して、運用過程で空気の循環経路に何らかの障害が生じる可能性を低減できる。
【００９０】
また、空調機器室８にて回収された排熱空気３２が均一化されるので、複数の冷却ユニット１０のうち一部のみが運転されている場合であっても、効率的な冷却が可能になる。また、還気層２２および空調機器室８を含む全体空間、ならびに、給気層２４を含む全体空間を空気の流路として利用できるので、空気を循環させるのに必要な動力を低減できる。
【００９１】
また、本実施の形態に従う空調システムにおいては、複数の冷却ユニット１０は、一対の空調機器室８の各々において、ランダムな位置に配置してもよい。そのため、竣工時において熱負荷の発生場所が分散していても、必要なところに必要なだけ空調空気を配分できる。また、熱負荷の増加に伴って、必要な数の冷却ユニット１０を事後的に追加することもできるので、熱負荷に応じて柔軟に拡張可能なシステムを実現できる。
【００９２】
また、本実施の形態に従う空調システムにおいては、天井空間２０を構成する還気層２２と給気層２４との間に生じる静圧差に基づいて制御されるので、冷却ユニット１０の運転台数を過剰に多くするような状態を回避できる。
【００９３】
以上のような構成を採用することで、空調空気を空調対象室へ供給するために必要な空調機構の動力を低減可能な空調システムを実現できる。
【００９４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９５】
１  空調システム、２  空調対象室、４  ラック列、５  フロア、６  床下空間、８  空調機器室、９  壁面、１０  冷却ユニット、１１  ファン、１２  供給ダクト、１４  上部空間、１６−１，１６−２  逆止ダンパ、１８  バイパスダンパ、２０  天井空間、２２  還気層、２４  給気層、２６，３６  開口部、２８  区画部、３２  排熱空気、３４  空調空気、３８  連通路、４２  ホットアイル、４４  コールドアイル、４６  熱部材、４８  遮蔽流路、６２  排気温度センサ、６４  吸気温度センサ、６６  静圧差センサ、１００  コントローラ、１０２  ＣＰＵ、１０４  ＲＡＭ、１０６  ＲＯＭ、１０８  制御プログラム、１５０  差圧目標値、１５２  給気層−還気層間静圧モデル、１５４  ラック列給気−排気間静圧予想モデル、１５６  台数制御部、１５８  運転停止指令、１６２  運転状態判断部、１６４  冷却ユニット運転時間テーブル、１６６  静圧差制御モジュール、１７２  代表サーバ温度差予測モデル、１８４  速度演算部、１８６  冷却ユニットファン速度指令、１８８  バイパス制御部、１９０  開閉指令／開度指令。
【図１】
2018081344.tif 000003
【図２】
2018081344.tif 000004
【図３】
2018081344.tif 000005
【図４】
2018081344.tif 000006
【図５】
2018081344.tif 000007
【図６】
2018081344.tif 000008
【図７】
2018081344.tif 000009
【図８】
2018081344.tif 000010