(57)【要約】【課題】  サーバの冷却に用いられた暖気を確実にラック本体の外側に排気し、サーバの発熱量に応じて適切な量の冷気を給気し、したがってサーバ管理室内に温度むらを発生させることなく、空調機の無駄な送風を防止して省エネルギーに寄与することができるサーバラック及びこれを備えたデータセンターを提供する。【解決手段】  吸気口７と排気口８とを有するラック本体１からなり、当該ラック本体１内には、仕切板３で仕切られた複数のサーバ収容室４が形成され、前記排気口８に、前記サーバ収容室４に収容されたサーバ５が備える内蔵ファン６よりも大風量を送風できるファン２が備わる。【選択図】        図１
2009140421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気口と排気口とを有するラック本体からなり、
当該ラック本体内には、仕切板で仕切られた複数のサーバ収容室が形成され、
前記排気口には、前記サーバ収容室に収容されたサーバが備える内蔵ファンよりも大風量を送風できるファンが備わり、
当該ファンに近接して温度検知装置が備わり、
前記ファンは、前記温度検知装置の測定結果により前記サーバの発熱量に応じて風量調整可能であることを特徴とするサーバラック。
【請求項２】
前記サーバ収容室の前記吸気口側の内壁と、当該サーバ収容室に収容されたサーバとの間に、空気の流通を遮断するための遮蔽板が設けられることを特徴とする請求項１に記載のサーバラック。
【請求項３】
前記サーバ収容室は、上下又は左右方向に隣り合うサーバ収容室とのみ前記ラック本体内で連通し、前記吸気口は、始端のサーバ収容室とのみ連通し、前記排気口は、終端のサーバ収容室とのみ連通することを特徴とする請求項１又は２に記載のサーバラック。
【請求項４】
前記ラック本体が複数並べられたラック列を複数列配設したサーバ管理室と、
前記ラック本体内を冷却するために、サーバ管理室内又は隣接した別室に配設された空調機を備えたデータセンターであって、
前記ラック本体の前記排気口が、前記サーバ管理室の天井裏に形成された密閉空間である排気プレナムと直接連通し、
当該排気プレナムは前記空調機の吸気口と直接連通し、前記空調機からの送風口は前記サーバ管理室内に配設されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のサーバラックを備えたデータセンター。
【請求項５】
前記ラック本体が複数並べられたラック列を複数列配設したサーバ管理室と、
前記ラック本体内を冷却するために、サーバ管理室内又は隣接した別室に配設された空調機を備えたデータセンターであって、
前記サーバ管理室内に、前記ラック本体の前記排気口側の面で囲まれた排気領域を形成し、
当該排気領域は、前記サーバ管理室の天井裏に形成された密閉空間である排気プレナムと直接連通し、
当該排気プレナムは前記空調機の吸気口と直接連通し、前記空調機からの送風口は前記排気領域以外の前記サーバ管理室内に配設されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のサーバラックを備えたデータセンター。
【請求項６】
前記ラック本体が複数並べられたラック列を複数列配設したサーバ管理室と、
前記ラック本体内を冷却するために、サーバ管理室内又は隣接した別室に配設された空調機を備えたデータセンターであって、
前記サーバ管理室内に、前記ラック本体の前記排気口側の面で囲まれた排気領域を形成し、
当該排気領域内に前記空調機の給気口が備わり、前記空調機からの送風口は前記排気領域以外の前記サーバ管理室内に配設されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のサーバラックを備えたデータセンター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーバ等のＩＣＴ(Information and Communication Technology)装置の発熱に対して適切にこれを冷却できるサーバラック及びこれを備えたデータセンターに関するものである。なお、以下では発熱体としてサーバを例にして説明している。
【背景技術】
【０００２】
図１１は従来のサーバラックの断面図であり、図１２は従来のデータセンターの概略平面図である。
【０００３】
図１１に示すように、従来のサーバラックは、ラック本体７１内が仕切板７２により仕切られて複数個のサーバ収容室７３が形成されたものである。このサーバ収容室７３に、サーバ７９がそれぞれ収容される。ラック本体７１の一方の側面が全面開口し、これが吸気口７４となり各サーバ収容室７３と連通する。ラック本体７１の他方の側面も全面開口し、これが排気口７５となり各サーバ収容室７３からそれぞれ排気される。ラック本体７１が載置される床７７は、二重床構造で形成され、床下に給気プレナム７６が形成される。床７７には、グレーチング７８が備わり、空調機８１（図１２参照）からの冷気は給気プレナム７６を通って、ラック本体７１の吸気口７４近傍の床７７に形成された格子板であるグレーチング７８から給気され、ラック本体７１の吸気口７４に流入する。この冷気の流入は、サーバ７９に内蔵された内蔵ファン８０により吸気されて行われる。
【０００４】
図１２に示すように、従来のデータセンターは、サーバ管理室８３内に、サーバ７９を収容したラック本体７１を複数（図では６個）並べて形成されたラック列８２を複数（図では４列）配設したものである。床７７に備わるグレーチング７８は、いずれもラック本体７１の吸気口７４側に形成される。サーバ７９が稼動して発熱すると、上述したように、空調機８１から冷気が給気プレナム７６を通ってグレーチング７８からサーバ管理室８３内に給気され、吸気口７４から各サーバ収容室７３（図１１参照）内に流入してサーバ７９を冷却し、温められた暖気は排気口７５からサーバ管理室８３に排気されて再び空調機８１に還気される。
【０００５】
しかしながら、データセンターで管理するサーバ７９のユーザは多数にわたり、サーバ管理室８３内のどの場所で、どのような範囲で、どのような量の発熱が生じ、また発熱する時間帯も定まらない熱負荷特性がある。また、床下の給気プレナム７６内には配線が多数引かれるため、これが冷気流通の妨げとなり、十分な冷気がサーバ管理室８３内に給気されないことがある。これを防止するため、空調機８１から大風量で給気して対応しているが、高速で給気を行うと、これに暖められた排気が誘引されて排気がラック本体７１を回り込んだり（図１１の矢印Ａ）、サーバ収容室７３内で排気（暖気）が循環する（図１１の矢印Ｂ）原因となる。したがって、サーバ管理室８３においては局所で高温領域が形成されることとなり、これが他のラック本体７１、あるいはラック列８２にも影響を与えるおそれがある。
【０００６】
この局所高温領域の温度を下げるために、さらに低温の冷気を大風量で給気して対応しているが、このようにすると、サーバ７９が発熱していない箇所においては冷えすぎの問題が生じ、前述した暖気の回り込みや暖気の循環と相俟って、サーバ管理室８３内の温度分布にむらが生じる。このように空調機８１を用いて最大負荷で決定された最大風量を定風量として給気することは、実際にはサーバの平均発熱負荷は、定格消費電力量の３０％〜４０％程度しかないにもかかわらず、常に１００％の風量を給気せざるを得ないことは非常にエネルギーの無駄となっている。また、上述したように、大風量で給気を行うことによる高速給気による暖気の誘引を防止するために、吸気口の外側の幅を広くして、グレーチング７８の設置面積を増加させ、給気面積を増やして給気の風速を遅くする必要がある。さらに、排気口の外側の幅も広くして、排気の風速も遅くさせ、回り込みや循環を防止する必要がある。以上からすると、サーバ本体１の吸気口側及び排気口側には、それぞれ吸気、排気の風速を低減させるためのスペースが必要となり、スペース的にも効率が悪い。
【０００７】
近年、ＣＰＵの高性能化と高集積化に伴いＩＣＴ装置の発熱量は急激に増大しており、上述した問題点がさらに顕著にクローズアップされ、この発熱処理を適切に行うためのデータセンターの空調の最適化は重要な社会的課題となっている。しかし現状では、増大する発熱量に対して空調機を増設して対応しているため、空調機設置スペースの確保や室外機の設置場所が不足し、完全に対応できていない状態である。また、室外機が密集して設置されることは、空調機の冷房能力の低下を招く。
【０００８】
以下、上記と重複する部分もあるが、図１１、図１２に示した従来の技術が抱える問題点を列記する。
【０００９】
排気面から吸気面に気流が形成される、いわゆるＦｒｏｎｔ  ｔｏ  Ｂａｃｋのラック列配置によるラック吸気面（Ｆｒｏｎｔ）へのラック排気面（Ｂａｃｋ）から放出される高温排気の流入により、高温障害を引き起こす。
【００１０】
給気プレナムの障害による空調気流の未到達、高速給気による誘引や回り込みによるラック内換気の不十分により高温障害を引き起こす。
【００１１】
ラック内で内部エアーフロー（内部循環気流）が発生し、高温排気が他のＩＣＴ装置に流れていき、高温障害を引き起こす。
【００１２】
サーバ等ＩＣＴ装置の発熱は、場所・範囲・量・時刻等定まらない特性を有していることによって高発熱機器の冷却不十分による熱溜まりが発生する一方、低発熱機器周辺が冷えすぎてしまう。
【００１３】
このため、高温障害を防止しようとして、給気温度を下げ、最大負荷で決定された最大風量を定風量で給気している。ところが、ＩＣＴ装置の平均発熱負荷は、定格消費電力量の３０％〜４０％程度しかないにもかかわらず、常に１００％の風量を給気せざるを得ないことは非常にエネルギーの無駄となっている。
【００１４】
サーバ等ＩＣＴ装置を冷却するための空調機が数多く必要となり、空調機消費電力の増大や、空調機設置スペースの確保が問題になってきている。特に屋上やベランダ等の室外機設置スペースが不足すると、室外機を過度に集中設置することになり、空調機能力低下や故障停止を引き起こしている。
【００１５】
二重床空調方式において、オープンラックを対象に二重床グレーチングから冷気供給を行う場合、個々の装置の発熱量や必要風量に応じて冷気を分配できれば理想であるが、実情は、発熱分布と二重床グレーチングレイアウト（供給風量）のアンバランスによる室内空間での熱溜まり、高温排気の回り込みが発生している。また、グレーチングから吹出す空気量はグレーチングの開口率だけでは決まらず、二重床内部の圧力が関係し、その圧力は二重床の高さや奥行きといった給気プレナムの形状、あるいはここに敷設された電源・通信ケーブルの量、さらに部屋全体の開口面積や開口分布等によって変化する。このような複雑な要素が絡み合って吹出し風量が決まるため、その設計には高度な技術が要求される。
【００１６】
図１３は従来の別のデータセンターの概略平面図である。
【００１７】
このデータセンターは、上記問題を解決するために、複数のラック本体７１で形成されるラック列８２の吸気面側を向かい合わせて通路（コールドアイル８４）を形成し、この通路の両端に扉８６を設け、これらによる壁と天井により、コールドアイル８４をサーバ管理室８３内で隔離された独立した領域としている。これにより、ラック本体７１を通過した排気が再び吸気口７４に回り込むことを防止し、空調機８１からの冷気のみがラック本体７１内を通るようにしている。
【００１８】
しかし、上記のようにコールドアイル８４を隔離すると、ラック列８２の排気面側が向かい合わせとなる通路（ホットアイル８５）が形成される。サーバ管理室８３は、このホットアイル８５が全体を包囲するようなフロアレイアウトとなる。データセンターの管理者は、サーバラックのメンテナンスのためにサーバ管理室８３に入室する必要があるため、管理者はこのホットアイル８５を通行することになる。したがって、ホットアイル８５を常温（２８℃程度）に設定する必要がある。そうすると、コールドアイル８４への給気温度をさらに低い温度（１８℃程度）にする必要がある。また、発熱していないサーバに対しても冷気を給気してしまうため、上述したようなサーバ管理室８３内の温度むらの問題点は解消されていない。この温度むらが生じることに伴い、ホットアイル８５ではこれらの温度が混ざり、ホットアイル８５の平均温度は２１℃程度となる。結果、空調機への還気温度も低くなってしまい、空調機の還気温度を高くすることによる空調機能力の効率向上や外気冷房、フリークーリング（冷凍機を用いずに冷却塔による冷却効果で形成された冷水を使って冷気を発生させる）の利用期間が長くなること等による省エネルギーへは何ら寄与しないこととなる。
【００１９】
また、コールドアイル８４を隔離することは、二重床による給気プレナム７６から給気するため、上記給気プレナムが抱える問題点も解消されていない。すなわち、床下の給気プレナム７６内には配線が多数引かれるため、これが冷気流通の妨げとなり、十分な冷気がサーバ管理室８３内に給気されないことがある。これを防止するため、空調機８１から大風量で給気して対応しているが、高速で給気を行うと、これに暖められた排気が誘引されて排気がラック本体７１を回り込んだり（図１１の矢印Ａ）、サーバ収容室７３内で排気（暖気）が循環する（図１１の矢印Ｂ）原因となる。したがって、サーバ管理室８３においては局所で高温領域が形成されることなり、これが他のラック本体７１、あるいはラック列８２にも影響を与えるおそれがある。このような状況において、個々のサーバラックごとの発熱量や必要風量に応じて冷気を供給できることが理想であるが、上述した理由から、実情は、これができていない。
【００２０】
また、グレーチング７８から吹出す空気量は、床面に対するグレーチングの開口率だけでは決まらず、二重床内部の圧力が関係し、その圧力は二重床の高さや奥行きといった給気プレナム７６の形状、あるいはここに敷設された電源・通信ケーブルの量、さらにサーバ管理室８３全体におけるグレーチングの配置等によって変化する。このような複雑な要素が絡み合って吹出し風量が決まるため、二重床による給気を行う際の設計には高度な技術が要求され、手間がかかり面倒である。
【００２１】
以下、上記と重複する部分もあるが、図１３に示した従来の技術が抱える問題点を列記する。
【００２２】
ラック内換気を確実にしようとする工夫が見受けられるが、ラック内ＩＣＴ装置の最大負荷で決定された最大風量を定風量で給気している。ところが、ＩＣＴ装置の平均発熱負荷は、定格消費電力量の３０％〜４０％程度しかないにもかかわらず、常に１００％の風量を給気せざるを得ないことは非常にエネルギーの無駄となっている。
【００２３】
コールドアイルを壁、天井で隔離することにより、ホットアイルが全体を包囲するようなフロアレイアウトとなり、通常のメンテナンスに出入りするためにホットアイルを常温（２８℃程度）とせざるを得ず、コールドアイルをさらに低い温度（１８℃程度）とせざるを得ないこととなっている。よって、コールドアイルは非常に寒い状態となる。また、ラック内ＩＣＴ装置の発熱が大きいところは排気温度は高くなり、発熱がないところや少ないところは、排気温度が低くなり、結果ホットアイル全体に熱溜まりや冷えすぎ等の温度むらが発生することは従来（図１２）と同様である。
【００２４】
また、ＩＣＴ装置の平均発熱負荷時（定格消費電力量の３０％〜４０％程度）は、ホットアイル全体の平均温度は２１℃程度となってしまい、結果、空調機への還気温度も低くなってしまい、空調機の還気温度を高くすることによる空調機能力の効率向上や外気冷房、フリークーリングの利用期間が長くなること等による省エネルギーへは何ら寄与しないこととなる。
【００２５】
さらに、ホットアイルが全体を包囲し、コールドアイルが壁、天井で隔離されることにより、コールドアイルが離れ小島のようになってしまい、コールドアイルへの冷気供給方法は、大きなダクトによるか、二重床を利用して行うしかなく、従来（図１２）の給気システムと何ら変わりはない。
【００２６】
以上のように、図１３に示す従来技術が現在最先端といわれているが、このシステムにおいても、それ以前から抱えているシステムとしての潜在的問題点はほとんど解決されていないのが現状といえる。
【００２７】
一方で、冷却システム及び冷却構造が特許文献１に開示されている。しかしながら、この冷却構造でも、排気がラック外で回りこんだり、あるいは排気がラック内で循環してしまう問題点は解消されていない。
【００２８】
【特許文献１】特開２００６−３０１７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、サーバの冷却に用いられた暖気を確実にラック本体の外側に排気し、サーバの発熱量に応じて適切な量の冷気を給気し、したがってサーバ管理室内に温度むらを発生させることなく、空調機の無駄な送風を防止して省エネルギーに寄与することができるサーバラック及びこれを備えたデータセンターの提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
前記目的を達成するため、請求項１の発明では、吸気口と排気口とを有するラック本体からなり、当該ラック本体内には、仕切板で仕切られた複数のサーバ収容室が形成され、前記排気口には、前記サーバ収容室に収容されたサーバが備える内蔵ファンよりも大風量を送風できるファンが備わり、当該ファンに近接して温度検知装置が備わり、前記ファンは、前記温度検知装置の測定結果により前記サーバの発熱量に応じて風量調整可能であることを特徴とするサーバラックを提供する。
【００３１】
請求項２の発明では、前記サーバ収容室の前記吸気口側の内壁と、当該サーバ収容室に収容されたサーバとの間に、空気の流通を遮断するための遮蔽板が設けられることを特徴としている。
【００３２】
請求項３の発明では、前記サーバ収容室は、上下又は左右方向に隣り合うサーバ収容室とのみ前記ラック本体内で連通し、前記吸気口は、始端のサーバ収容室とのみ連通し、前記排気口は、終端のサーバ収容室とのみ連通することを特徴としている。
【００３３】
また、請求項４の発明では、前記ラック本体が複数並べられたラック列を複数列配設したサーバ管理室と、前記ラック本体内を冷却するために、サーバ管理室内又は隣接した別室に配設された空調機を備えたデータセンターであって、前記ラック本体の前記排気口が、前記サーバ管理室の天井裏に形成された排気プレナムと直接連通し、当該排気プレナムは前記空調機の吸気口と直接連通し、前記空調機からの送風口は前記サーバ管理室内に配設されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のサーバラックを備えたデータセンターを提供する。
【００３４】
また、請求項５の発明では、前記ラック本体が複数並べられたラック列を複数列配設したサーバ管理室と、前記ラック本体内を冷却するために、サーバ管理室内又は隣接した別室に配設された空調機を備えたデータセンターであって、前記サーバ管理室内に、前記ラック本体の前記排気口側の面で囲まれた排気領域を形成し、当該排気領域は、前記サーバ管理室の天井裏に形成された排気プレナムと直接連通し、当該排気プレナムは前記空調機の吸気口と直接連通し、前記空調機からの送風口は前記排気領域以外の前記サーバ管理室内に配設されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のサーバラックを備えたデータセンターを提供する。
【００３５】
また、請求項６の発明では、前記ラック本体が複数並べられたラック列を複数列配設したサーバ管理室と、前記ラック本体内を冷却するために、サーバ管理室内又は隣接した別室に配設された空調機を備えたデータセンターであって、前記サーバ管理室内に、前記ラック本体の前記排気口側の面で囲まれた排気領域を形成し、当該排気領域内に前記空調機の給気口が備わり、前記空調機からの送風口は前記排気領域以外の前記サーバ管理室内に配設されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のサーバラックを備えたデータセンターを提供する。
【発明の効果】
【００３６】
請求項１の発明によれば、ラック本体にサーバの内蔵ファンよりも大風量のファンが備わるため、暖気は強制的に排気口から外部に排気される。したがって、サーバ収容室内で暖気となった排気が循環することなく、ラック本体内の局所に高温領域が形成されることを防止できる。また、上述したような、大風量で給気を行うことによる高速給気による暖気の誘引を防止するために、吸気口の外側の幅を広くして、グレーチングの設置面積を増加させ、給気面積を増やして給気の風速を遅くする必要がない。さらに、排気口の外側の幅も広くして、排気の風速も遅くさせ、回り込みや循環を防止する必要がない。以上からすると、サーバ本体の吸気口側及び排気口側には、それぞれ吸気、排気の風速を低減させるためのスペースが不要となり、スペース的にも効率がよい。また、排気される暖気の温度を測定しながら、サーバの発熱量に応じてファンの風量を調整できるので、適切にラック本体内に冷気を給気できる。すなわち、サーバの発熱負荷に応じて変風量制御が可能となる。したがって、サーバ管理室内に温度むらがなくなり、無駄な給気を防止して空調効率の高い、省エネルギーシステムを構築できる。なお、空調効率についての指標については後述する。
【００３７】
請求項２の発明によれば、サーバ収容室の吸気口側の内壁と、サーバ収容室に収容されたサーバとの間に、空気の流通を遮断するための遮蔽板が設けられるため、冷気は必ずサーバ内を通過する。したがって、空調効率を高めることができる。
【００３８】
請求項３の発明によれば、サーバ収容室は、隣り合うサーバ収容室とのみラック本体内で連通し、吸気口は、始端のサーバ収容室とのみ連通し、排気口は、終端のサーバ収容室とのみ連通するため、吸気口から排気口までサーバ収容室が連続して直列に並ぶような構造となる。したがって、稼動してないサーバがあっても、冷気はこれを通過して必ず発熱しているサーバの冷却に用いられる。これにより、空調効率が高まる。
【００３９】
請求項４の発明によれば、ラック本体の排気口が、サーバ管理室の天井裏に形成された排気プレナムと直接連通し、排気プレナムは空調機の吸気口と直接連通するため、排気は確実に排気プレナムを通り、空調機に吸気される。このため、排気がラック本体を回り込んで吸気口から再び給気されることはない。また、コールドアイルが管理者等の人の通行領域となるため、コールドアイルの温度設定を常温近く（２５℃程度）にすることができ、空調機への還気温度が高い状態（３５℃程度）で運転できるので、空調機能力の効率を向上させることができる。また、空調機の省エネ運転方法である外気冷房や冷水を利用した空調機においては、フリークーリングを有効に利用することができる。また、ホットアイルとコールドアイルを明確にゾーニング（区画）し、上記ファンの変風量制御と相俟って、コールドアイルには負荷がなくなるため、一般的な安価な空調機を利用することができ、コスト面でも好ましい。
【００４０】
請求項５の発明によれば、サーバ管理室内に、ラック本体の排気口側の面で囲まれた排気領域を形成し、当該排気領域は、サーバ管理室の天井裏に形成された排気プレナムと直接連通し、排気プレナムは空調機の吸気口と直接連通するので、ラック本体からの排気は確実に排気領域（ホットアイル）を通り、空調機に吸気される。このため、排気がラック本体を回り込んで吸気口から再び給気されることはない。またコールドアイルが管理者等の人の通行領域となるため、コールドアイルの温度設定を常温近く（２５℃程度）にすることができ、空調機への還気温度が高い状態（３５℃程度）で運転できるので、空調機能力の効率を向上させることができる。また、空調機の省エネ運転方法である外気冷房や冷水を利用した空調機においては、フリークーリングを有効に利用することができる。また、ホットアイルとコールドアイルを明確にゾーニング（区画）し、上記ファンの変風量制御と相俟って、コールドアイルには負荷がなくなるため、一般的な安価な空調機を利用することができ、コスト面でも好ましい。
【００４１】
請求項６の発明によれば、サーバ管理室内に、ラック本体の排気口側の面で囲まれた排気領域を形成し、排気領域内に空調機が配設されるので、ラック本体からの排気は確実に排気領域（ホットアイル）を通り、空調機に還気される。このため、排気がラック本体を回り込んで吸気口から再び給気されることはない。また、コールドアイルが管理者等の人の通行領域となるため、コールドアイルの温度設定を常温近く（２５℃程度）にすることができ、空調機への還気温度が高い状態（３５℃程度）で運転できるので、空調機能力の効率を向上させることができる。また、空調機の省エネ運転方法である外気冷房や冷水を利用した空調機においては、フリークーリングを有効に利用することができる。また、ホットアイルとコールドアイルを明確にゾーニング（区画）し、上記ファンの変風量制御と相俟って、コールドアイルには負荷がなくなるため、一般的な安価な空調機を利用することができ、コスト面でも好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明は、吸気口と排気口とを有するラック本体からなり、当該ラック本体内は、仕切板で仕切られた複数のサーバ収容室が形成され、前記排気口に、前記サーバ収容室に収容されたサーバが備える内蔵ファンよりも大風量を送風できるファンを備え、サーバの冷却に用いられた暖気を確実にラック本体の外側に排気し、サーバの発熱量に応じて適切な量の冷気を給気し、したがってサーバ管理室内に温度むらを発生させることなく、空調機の無駄な運転を防止して省エネルギーに寄与することができるサーバラック及びこれを備えたデータセンターである。さらに、本発明によれば、「データセンターの最適化」＝「空調の効率化」と捉え、最小の空調使用で最大の冷却効果を発揮させるために、常に変化する発熱の偏在に対して、「排熱による高温空気」と「空調から吹出す低温空気」を明確にゾーニング（区画）し、極力小風量で発熱を処理し、高温のままで空調機に還気するシステムであり、空調効率の高い、省エネルギー、省コストな総合的高効率（変風量）空調システムの実現ができる。
【実施例１】
【００４３】
図１は本発明に係るサーバラックの断面図である。
【００４４】
図示したように、実施例１のサーバラックは、ラック本体１と、このラック本体１に備わるファン２からなる。ラック本体１は床１１に載置される。ラック本体１内は、仕切板３で仕切られ、複数のサーバ収容室４が形成される。サーバ収容室４には、サーバ５が載置される。各サーバ５には内蔵ファン６が備わる。ラック本体１の一方の側面は開口し、吸気口７が形成される。ラック本体１の他方の側面も開口し、排気口８が形成される。ファン２は、この排気口８に取り付けられる。この取り付けは、どのような手法で取り付けてもよい。なお、ファン２は、一つの排気口８に複数台取り付けられる（図では１つのみ記載）。このうち、少なくとも１台は予備として取り付けておくことが好ましい。予備のファンを設けておくことにより、他のファンの故障時に対応することができるからである。２４は、故障等で静止したファンを通して暖気が逆流することを防止するための逆流防止ダンパである。
【００４５】
実施例１で示すサーバラックは、仕切板３が水平にそれぞれ平行となるように配設され、各サーバ収容室４が吸気口７及び排気口８と連通している。サーバ収容室４に載置されたサーバ５を冷却するための冷気は、吸気口７から流入し、サーバ５を冷却して排気口８から排気される。この冷気の流れは、排気口８に備わるファン２により形成される。ファン２により、サーバを冷却した後の暖気は、強制的にラック本体１の外部に排気される。したがって、暖気が吸気に誘引されてサーバ収容室４内を逆流し、循環することはなく、ラック本体１内の局所に高温領域が形成されることを防止できる。ファン２は、各サーバ収容室４にそれぞれ設けてもよいし、仕切板３で複数のサーバ収容室４を１ユニットとなるように独立させ、複数のユニットを形成し（図では３ユニット）、ユニットごとにファン２を取り付けてもよい。
【００４６】
排気口８には、温度検知装置９が備わる。ファン２は、この温度検知装置９の測定結果により、サーバ５の発熱量に応じて風量調整される。これにより、排気される暖気の温度を測定しながら、ファン２の風量を調整できるので、サーバ５の発熱量に応じて適切な量の冷気を給気できる。すなわち、排気温度が設定温度（例えば３５℃程度）となるようにファン２をインバータ制御することにより、サーバ５の発熱状況に応じ、自動的に高負荷時は風量を多くし、低負荷時は風量を少なくするような、サーバ５の発熱負荷に応じた変風量制御が可能となる。したがって、データセンター内に温度むらがなくなり、無駄な給気を防止して空調効率の高い、省エネルギーシステムを構築できる。特に、実際のサーバ５の平均発熱負荷は、定格消費電力量の３０％〜４０％程度なので、これに合わせた空調機の運転ができ、非常に高い空調効率を実現できる。
【００４７】
サーバ収容室４の吸気口７側の内壁とサーバ５との間には、空気の流通を遮断するための遮蔽板１０が設けられる。すなわち、サーバ収容室４の吸気口７側は、サーバ５のみが露出することになる。したがって、冷気は必ずサーバ５内を通過する。したがって、サーバ５の空調効率を高めることができる。
【実施例２】
【００４８】
図２は本発明に係る別のサーバラックの断面図である。
【００４９】
図示したように、実施例２のサーバラックは、一の排気口８をラック本体１の上部に形成し、各サーバ収容室４を、この排気口８と連通する構造としたものである。このように、各サーバ収容室４からの排気口８を１箇所にまとめれば、ファン２の設置台数を削減できる。その他の構成、作用、効果は実施例１と同様である。
【実施例３】
【００５０】
図３は本発明に係るさらに別のサーバラックの断面図である。
【００５１】
図示したように、実施例３のサーバラックは、排気口８がサーバ本体１の上側に向けて形成され、天井１２と密閉されて連通する。排気は、天井裏である排気プレナム１３を通って空調機に還気される。このような構成とすれば、排気が室内に放出されず、必ず空調機に還気されるので、排気がラック本体を回り込んで再び吸気されることを確実に防止できる。その他の構成、作用、効果は実施例１と同様である。
【実施例４】
【００５２】
図４は本発明に係るさらに別のサーバラックの断面図である。
【００５３】
図示したように、実施例４のサーバラックは、サーバ収容室４が、上下方向に隣り合うサーバ収容室４とのみ連通するようにして仕切板３により形成される。すなわち、空気の流通経路がラック本体１内を蛇行するように形成される。端部（始端）のサーバ収容室４のみが吸気口７と連通し、他方の端部（終端）のサーバ収容室４のみが排気口８と連通する。したがって、吸気口７から排気口８まで複数のサーバ収容室４が連続して直列に並ぶような構造となる。これにより、稼動してないサーバ５があっても、冷気はこれを通過して必ず発熱しているサーバ５の冷却に用いられる。これにより、空調効率が高まる。なお、始端と終端とその間のサーバ収容室４で一のユニットを形成し、ラック本体１に複数のユニットを設けてもよい（図では３つのユニット）。また、図では示していないが、実施例１〜３で用いた遮蔽板１０を利用することもできる。
【実施例５】
【００５４】
図５は本発明に係るさらに別のサーバラックの一部断面図である。
【００５５】
図は、吸気口７側から見た状態で、一つのユニットのみを示している。ブレードサーバ等の縦型のサーバ５の場合、サーバ５は各サーバ収容室４に台２３に縦置きにして載置される。台２３は格子状であり、空気の流通が可能である。この場合において、仕切板３を、上下に櫛歯状にかみ合うように形成して、サーバ収容室４を形成すれば、空気の流通がラック本体１内を蛇行するように形成される。すなわち、サーバ収容室４は、左右方向に隣り合うサーバ収容室４とのみ連通する。したがって、吸気口７から流入した冷気は、すべてのサーバ収容室４を通過して、排気口８から排気される。したがって、実施例４と同様に、稼動してないサーバ５があっても、冷気はこれを通過して必ず発熱しているサーバ５の冷却に用いられる。これにより、空調効率を高めることができる。なお、図ではファン２は省略している。
【実施例６】
【００５６】
図６は本発明に係るさらに別のサーバラックの断面図である。
【００５７】
図示したように、実施例６のサーバラックは、実施例３と実施例４を合わせたものであり、冷気がラック本体１内を蛇行するようにし、さらに排気口８を天井１２に連通させたものである。このような構成とすれば、排気が室内に放出されず、必ず空調機に還気されるので、排気がラック本体を回り込んで再び吸気されることを確実に防止でき、これとともに、発熱してないサーバ５があっても、冷気はこれを通過して必ず発熱しているサーバ５の冷却に用いられ、空調効率を高めることができる。
【００５８】
以下、上記と重複する部分もあるが、実施例１〜実施例６に示した本発明に係るサーバラックの効果を列記する。
【００５９】
ラックの構造的な工夫と変風量制御機能を具備することによりラック内温度と気流を制御し、ラック内の発熱状況に合わせ極力小風量で、確実な発熱処理を行うことができ、システム全体として空調効率の高い、省エネルギーシステムを構築できる。
【００６０】
ラックの上部又は背面に複数台（１台は予備）の排気ファンを取り付け、吸い込み温度が設定温度（３５℃程度）になるようにインバータ制御することにより、ラック内ＩＣＴ装置の発熱状況に応じ、自動的に高負荷時は風量を多くし、低負荷時は風量を少なくすることが可能となり、空調効率の高い、省エネルギーシステムを構築できる。
【００６１】
また、ラック内で起こりがちな内部エアーフロー（内部循環気流）により、高温排気が他のＩＣＴ装置に流れていき、高温障害を起こしてしまうような問題は、上記のように排気ファンにより強制的に気流制御することにより解決される。
【実施例７】
【００６２】
図７は本発明に係るデータセンターの（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００６３】
実施例７は、実施例３又は実施例６のサーバラックを適用したデータセンターである。データセンターは、サーバラックを多数収容し、複数台（図では７台）の空調機１５が配設されたサーバ管理室１４を有する。図では、ラック本体１を６台でラック列１６を形成し、このラック列１６が４列配設されたサーバ管理室１４を示している。ラック本体１の排気口８は天井裏の排気プレナム１３に直接連通し、この排気プレナム１３は、空調機１５の吸気口１７と直接連通している。これにより、サーバ管理室１４内の通路はすべて空調機１５からの冷気で満たされる領域（コールドアイル１８）となる。空調機１５としては、冷水型、空冷直膨型等種々のものを使用できる。このような構成によれば、排熱による高温空気の領域（排気プレナム１３）と、空調機１５から吹出す低温空気の領域（コールドアイル１８）とを明確にゾーニング（区画）するようにそれぞれの領域が仕切られ、高温空気をコールドアイル１８に一切放出することがないので、コールドアイル１８の温度は均一になり、温度制御もしやすく、冷えすぎや熱だまりが起こることはない。
【００６４】
また、排気は確実に排気プレナム１３を通り、空調機１５に還気される。このため、排気がラック本体１を回り込んで吸気口７から再び吸気されることはない。
【００６５】
また、コールドアイル１８が管理者等の人の通行領域となるため、コールドアイル１８の温度設定を常温（２５℃程度）にすることができ、排気プレナム１３の温度設定をラック内ＩＣＴ装置の環境条件の上限温度（例えば４０℃）より少し低い（安全を考慮した）温度（例えば３５℃）にすることができる。よって、空調機１５への還気温度が高い状態で運転できるので、空調機１５の運転効率を向上させることができる。
【００６６】
さらに、コールドアイル１８が全体を包囲するようなフロアレイアウトになるので、二重床を用いずに冷気を給気できるので、一般的な安価な空調機を利用することができ、コスト面でも好ましい。以上のように、空調効率を高めることにより、空調機１５の設置台数も削減できる。したがって、室外機の設置スペースの問題点も解消でき、建設計画の自由性が高まるとともに、スペースの有効性も高まる。なお、空調機１５の吸気口が排気プレナム１３に、空調機１５からの送風口が、コールドアイル１８に配設されていれば、空調機１５の本体はサーバ管理室１４以外の別室に設けられていてもよい。
【００６７】
上記のような数々の省エネルギー手法を採用することができるので、ランニングコストの削減と、環境負荷低減を図ることができる。
【実施例８】
【００６８】
図８は本発明に係る別のデータセンターの（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００６９】
実施例８は、サーバラックの排気口８側を向かい合わせにして排気で満たされる領域（ホットアイル１９）を形成したものである（図では２つのホットアイル１９）。ホットアイル１９は、天井から連続して形成された壁で囲まれ、壁の一部はラック本体１と扉２０で形成される。ホットアイル１９は、天井裏の排気プレナム１３に直接連通し、この排気プレナム１３は、空調機１５の吸気口１７と直接連通している。これにより、サーバ管理室１４内の通路はすべて空調機１５からの冷気で満たされる領域（コールドアイル１８）となる。したがって、排熱による高温空気の領域（ホットアイル１９）と、空調機１５から吹出す低温空気の領域（コールドアイル１８）とを明確にゾーニング（区画）するようにそれぞれの領域が仕切られ、高温空気をコールドアイル１８に一切放出することがないので、コールドアイル１８の温度は均一になり、また、ホットアイル１９においては、変風量制御と相俟って、温度が均一になり、温度制御もしやすく、冷えすぎや熱だまりが起こることはない。
【００７０】
このような構成によっても、実施例７と同様に、ラック本体１からの排気は確実にホットアイル１９を通り、空調機１５に還気される。したがって、実施例７と同様の効果を得ることができる。すなわち、排気がラック本体１を回り込んで吸気口７から再び吸気されることはない。
【００７１】
また、コールドアイル１８が管理者等の人の通行領域となるため、コールドアイル１８の温度設定を常温（２５℃程度）にすることができ、ホットアイル１９の温度設定をラック内ＩＣＴ装置の環境条件の上限温度（例えば４０℃）より少し低い（安全を考慮した）温度（例えば３５℃）にすることができる。よって、空調機１５への還気温度が高い状態で運転できるので、空調機１５の運転効率を向上させることができる。
【００７２】
さらに、コールドアイル１８が全体を包囲するようなフロアレイアウトになるので、二重床を用いずに冷気を給気できるので、一般的な安価な空調機を利用することができ、コスト面でも好ましい。以上のように、空調効率を高めることにより、空調機１５の設置台数も削減できる。したがって、室外機の設置スペースの問題点も解消でき、建設計画の自由性が高まるとともに、スペースの有効性も高まる。なお、空調機１５の吸気口が排気プレナム１３（ホットアイル１９）に、空調機１５からの送風口が、コールドアイル１８に配設されていれば、空調機１５の本体はサーバ管理室１４以外の別室に設けられていてもよい。
【００７３】
上記のような数々の省エネルギー手法を採用することができるので、ランニングコストの削減と、環境負荷低減を図ることができる。
【実施例９】
【００７４】
図９は本発明に係るさらに別のデータセンターの平面図である。
【００７５】
実施例９は、サーバラックの排気口８側を向かい合わせにして排気で満たされる領域（ホットアイル１９）を形成し、このホットアイル１９に空調機１５を配設したものである。ラック以外で仕切る位置には、壁２２や扉２０が配設される。空調機１５からの冷気は、天井に沿って配設したダクト２１を通して給気される。これにより、実施例７や８のような、排気プレナム１３を形成することなく、サーバ管理室１４を設計できる。この例によっても、排熱による高温空気の領域（ホットアイル１９）と、空調機１５から吹出す低温空気の領域（コールドアイル１８）とを明確にゾーニング（区画）するようにそれぞれの領域が仕切られ、高温空気をコールドアイル１８に一切放出することがないので、コールドアイル１８の温度は均一になり、また、ホットアイル１９においては、変風量制御と相俟って、温度が均一になり、温度制御もしやすく、冷えすぎや熱だまりが起こることはない。
【００７６】
このような構成によっても、実施例７と同様に、ラック本体１からの排気は確実にホットアイル１９を通り、空調機１５に還気される。したがって、実施例７と同様の効果を得ることができる。すなわち、排気がラック本体１を回り込んで吸気口７から再び吸気されることはない。
【００７７】
また、コールドアイル１８が管理者等の人の通行領域となるため、コールドアイル１８の温度設定を常温（２５℃程度）にすることができ、ホットアイル１９の温度設定をラック内ＩＣＴ装置の環境条件の上限温度（例えば４０℃）より少し低い（安全を考慮した）温度（例えば３５℃）にすることができる。よって、空調機１５への還気温度が高い状態で運転できるので、空調機１５の運転効率を向上させることができる。
【００７８】
さらに、コールドアイル１８が全体を包囲するようなフロアレイアウトになるので、二重床を用いずに冷気を給気できるので、一般的な安価な空調機を利用することができ、コスト面でも好ましい。以上のように、空調効率を高めることにより、空調機１５の設置台数も削減できる。したがって、室外機の設置スペースの問題点も解消でき、建設計画の自由性が高まるとともに、スペースの有効性も高まる。なお、空調機１５の吸気口がホットアイル１９に、空調機１５からの送風口が、コールドアイル１８に配設されていれば、空調機１５の本体はサーバ管理室１４以外の別室に設けられていてもよい。
【００７９】
上記のような数々の省エネルギー手法を採用することができるので、ランニングコストの削減と、環境負荷低減を図ることができる。
【００８０】
以下、上記と重複する部分もあるが、実施例７〜実施例９に示した本発明に係るデータセンターの効果を列記する。
【００８１】
実施例１〜６のラックを採用することにより、空調効率の高い変風量空調システムを構築でき、省エネルギーとなる。
【００８２】
発熱処理をすべてラック内、小風量で処理できるため、高温排気を天井直接排気又は完全に隔離されたホットアイルに放出することにより、「排熱による高温空気」と「空調から吹出す低温空気」を明確にゾーニング（区画）でき、高温空気の領域（コールドアイル）に放出することがないので、領域温度は均一となる。よって、従来のような気流による誘引や回り込みによる冷えすぎ・熱溜まりがなく、サーバ等のＩＣＴ装置の高温障害も一切ない。ＩＣＴ装置設置環境や室内環境の向上となる。
【００８３】
高温空気をコールドアイルに一切放出することがないので、コールドアイルの熱負荷はほとんどなく、領域温度は常に均一となる。よって、従来行ってきた複雑で面倒な温度・気流分布等のシミュレーションが一切不要となる。
【００８４】
高温空気をコールドアイルに一切放出することがなく、コールドアイルが全体を包囲するようなフロアレイアウトとなるので、従来行っていたような高価な床吹出し型空調機を使用した空調方式の必要がなく、一般空調（一般的な簡易な空調）の直吹き方式でも空調可能となる。また、空調のための二重床も不要となる等、建設コストの低減となる。
【００８５】
発熱処理をすべてラック内で処理するため、従来のようにラックの前面・背面に気流設計上必要としていた通路幅が必要なくなり、ラックのメンテナンス上必要な通路幅のみでよく、ラック１台当たりの設置面積が１５％〜２０％程度削減でき、建設コストを低減できる。
【００８６】
発熱負荷はコールドアイルに全く放出されず、天井経由又はホットアイル経由にて空調機に戻るため、すべての負荷が空調機のレターン側負荷となり、空調機コイル入口側が高温（３５℃程度）となるため、空調機の性能が２０％〜３０％程度向上する。さらに、冷水を利用した空調機であれば冷水往き温度を高くでき（例えば２０℃〜２３℃）、冷凍機の効率を２０％〜３０％程度向上させることができる。その他、外気冷房やフリークーリングの利用期間が長くなり、利用熱量も大きくなり、さらに蓄熱システムの場合は、利用温度差を通常の３〜５倍程度まで大きくすることができる等の大きな省エネルギー、省コストとなるシステム構築が可能となる。
【００８７】
さらに、冷水を利用した空調方式では、従来の水を使用しない冷媒による空冷直膨型空調機方式で問題となっている室外機設置スペースの狭隘化、室外機密集設置による冷房能力低下、室内空調機スペースの枯渇等の問題がなく、建設計画の自由性が高まるとともに、スペースの有効性も高まる。
【００８８】
上記数々の省エネルギー手法を採用することができ、ランニングコストの削減と環境負荷低減効果は多大なものとなる。
【００８９】
図１０は空調効率を評価する指標についての計算式である。
【００９０】
近年、ＣＰＵの高性能化と高集積化に伴いＩＣＴ装置の発熱量は急激に増大し、データセンターの電力密度は、この１０年で５倍以上に増加しているといわれている。それに伴いＩＣＴ装置を冷却するための空調ランニングコストの増大が大きくクローズアップされ、「データセンターの最適化」を企業が果たすべき「社会的責任」として捉えられている。そこで本発明では、「データセンターの最適化」＝「空調の効率化」と捉え、データセンターのエネルギー効率を評価する指標の一つとして空調機による送風がどれだけＩＣＴ装置の発熱処理に役立っているかを評価する値である「空調効率」を定めた。
【００９１】
（Ａ）に示すように、空調効率は、ＩＣＴ装置の発熱を処理するために必要な計算風量とその他負荷を処理するために必要な計算風量を加算し、実際の空調機送風量で除した値で表す。なお、０．３３は空気の比熱（Ｗ／ｍ3℃）である。空調効率が高いほど、小風量で発熱を処理し、高温のままで空調機に還気するシステムであり、省エネルギーな高効率（変風量）空調システムであるといえる。世界の８５％程度のデータセンターは、ＩＣＴ装置の平均発熱負荷時（定格消費電力量の３０％〜４０％程度）は、この空調効率が１５％〜２０％程度であろうと思われる。
【００９２】
また、（Ｂ）に示すように、空調効率の逆数を「空調倍率」と定め、この値が大きいほど空調機による送風がＩＣＴ装置の発熱処理に役立っていないことを表し、この値が小さいほど空調機による送風がＩＣＴ装置の発熱処理に役立っていることを表す。空調効率１００％＝空調倍率１となる。
【００９３】
本発明に係るサーバラック及びこれを備えたデータセンターでは、ＩＣＴ装置の平均発熱負荷時（定格消費電力量の３０％〜４０％程度）において空調効率を８０％程度まで高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明に係るサーバラックの断面図である。
【図２】本発明に係る別のサーバラックの断面図である。
【図３】本発明に係るさらに別のサーバラックの断面図である。
【図４】本発明に係るさらに別のサーバラックの断面図である。
【図５】本発明に係るさらに別のサーバラックの一部断面図である。
【図６】本発明に係るさらに別のサーバラックの断面図である。
【図７】本発明に係るデータセンターの（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図８】本発明に係る別のデータセンターの（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】本発明に係るさらに別のデータセンターの平面図である。
【図１０】空調効率を評価する指標についての計算式である。
【図１１】従来のサーバラックの断面図である。
【図１２】従来のデータセンターの概略平面図である。
【図１３】従来の別のデータセンターの概略平面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１：ラック本体、２：ファン、３：仕切板、４：サーバ収容室、５：サーバ、６：内蔵ファン、７：吸気口、８：排気口、９：温度検知装置、１０：遮蔽板、１１：床、１２：天井、１３：排気プレナム、１４：サーバ管理室、１５：空調機、１６：ラック列、１７：吸気口、１８：コールドアイル、１９：ホットアイル、２０：扉、２１：ダクト、２２：壁、２３：台、２４：逆流防止ダンパ、７１：ラック本体、７２：仕切板、７３：サーバ収容室、７４：吸気口、７５：排気口、７６：給気プレナム、７７：床、７８：グレーチング、７９：サーバ、８０：内蔵ファン、８１：空調機、８２：ラック列、８３：サーバ管理室、８４：コールドアイル、８５：ホットアイル、８６：扉
【図１】
2009140421.tif 000003
【図２】
2009140421.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2009140421.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009140421.tif 000009
【図８】
2009140421.tif 000010
【図９】
2009140421.tif 000011
【図１０】
2009140421.tif 000012
【図１１】
2009140421.tif 000013
【図１２】
2009140421.tif 000014
【図１３】
2009140421.tif 000015