日本冷凍空調学会賞

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技術賞

データセンター用ラック型空調システム
Rack-type Air-Conditioning System for Data Centers

1. はじめにデータセンターは，サーバやルータなどの IT 機器を集中設置し，IT サービスを提供する施設である．データセンター
で は IT 機 器 の 高 密 度， 高 発 熱 化 が 進
み， 発 熱 密 度 は 2 000 W/m に も な る．
2

吉井存＊

Ari YOSHII

関口圭輔＊

宇田川陽介＊

Keisuke SEKIGUCHI Yosuke UDAGAWA

柳正秀＊

Masahide YANAGI内藤靖浩＊＊
Yasuhiro NAITO

そのため，膨大な排熱を処理する空調エネルギーの削減が大きな課題となっている．
そこで我々は，従来のデータセンター空調における空3. ラック型空調システムの高効率化技術

調気流やデータセンター空調機の問題を改善し，高効率ラック型空調システム（図 1）は，コールドアイルを屋根・な運用を実現するデータセンター用ラック型空調システ

扉で区画するアイルキャッピングと，専用開発のデータム（図１）を開発した．

センター用ラック型空調機（FTASCL-RS/C）で構成される（図３，表１）．本システムの高効率化技術を示す．

2. データセンター空調（1）IT 機器吸排気流の分離（アイルキャッピング）

データセンター空調はオフィス空調と異なる特徴があ従来方式では，空調機からの冷気が届きにくいところる．大量の排熱を空調機で置換・処理するために空調機

では，ホットアイルからコールドアイルへの高温排気がの送風量が大きいこと，熱負荷は IT 機器から発生する回り込むことによって熱溜まりが生じる場合があった．

顕熱負荷が主体となること，大量の内部発熱を処理する

こうした環境では，空調機の送風量を大きく運用せざるため年間冷房となること，などである．

を得ず送風動力が増大していた．本システムではアイル

従来空調方式では，IT 機器は高さ 2 000 mm 程度のキャッピングによって，二つのゾーンの気流を区画するラックに搭載され，列状に並べられている（図２）．空ことで，熱だまりの問題を解消した．

調機はラック列と直行する形で壁際に設置される．IT（2）コールドアイルへの直接冷気供給（ラック型空調機）

機器は機器前面から冷気を吸い込んで背面に吐き出す構

従来方式では，高発熱 IT 機器の熱処理のために二重床造が一般的である．吸気面を向い合わせた通路はコールを介して大風量を遠方まで送る必要があった．本システ

ドアイル，排気面を向い合せた通路はホットアイルと呼ムでは，ラック列内からコールドアイルへ直接冷気供給ばれている．コールドアイル床の開口パネルから二重床を行う空調形態とし，送風距離を短縮した．さらに，高を介して空調機の冷気が供給される．

効率ターボファンを使用することで送風動力を低減した．
（3）ホットアイルからの直接集熱（ラック型空調機）
従来方式では，供給された空調冷気の一部が IT 機器を冷却せずコールドアイルから空調機に戻る．そのため，空調機の吸込温度が高まらず，冷凍サイクルの運用効率が低

図１ 新空調方式：ラック型空調システム（アイルキャッピング＋ラック型空調機）

図２

従来空調方式：二重床空調方式（二重床＋壁際空調機）＊㈱ NTT ファシリティーズ
NTT FACILITIES, INC.
＊＊日立アプライアンス㈱Hitachi Appliances, Inc.
原稿受理 2013 年 2 月 12 日

冷凍 2013 年 6 月号第 88 巻第 1028 号

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下した．本システムでは，直接ホットアイルから IT 機

表１ ラック型空調機（FTASCL-RS/C）仕様

ラック型空調機

器の排気（30 ～ 40 ℃）を集熱できる空調形態とするこ

負荷が主体で，外気や人体から発生する潜熱負荷は一般

空調方式
顕熱冷却能力室内機ファン風量
電源
冷媒配管長
冷媒的なオフィスに比べて少ない．そのため，空調機は除湿外形寸法とで，高い冷却効率を実現した．
（4）室内機の高顕熱設計（ラック型空調機）
データセンターの熱負荷は IT 機器から発生する顕熱しにくい高顕熱で運転することが，無駄な加除湿を伴わず省エネルギーである．本空調機は，標準的な運用条件

直膨空冷パッケージ型＊＊34 kW（定格条件）
28 kW（JIS条件）
380 ～ 125 m /min
AC 三相 200 V 50 Hz/60 Hz
最大 160 m
R 410A
室内機：W 600×D 1 017×H 2 000 mm
室外機：W 1 350×D 900×H 1 940 mm

図３ ラック型空調機 ＊定格条件 室内吸込 35 ℃/19.9 ℃WB，外気温度 35 ℃，冷媒配管長 5 m＊ JIS 条件 室内吸込 27 ℃/19 ℃WB，外気温度 35 ℃，冷媒配管長 5 m

で顕熱比を約 1.0 にまで高めた機器設計がなされている．
（5）年間冷房専用スクロール圧縮機 ･ 低圧力比制御（ラック型空調機）① 低圧力比制御年間冷房であるデータセンター空調の特徴を踏まえ，外気温度の低い中間期，冬期に圧縮機の信頼性が許す限り凝縮圧力を低く運転し，高効率運転を実現する制御を導入した（図４）．
② 年間冷房専用スクロール圧縮機
最新の圧縮機（非対称歯形）をベースに過圧縮防止弁

図５

図４ 低圧力比制御による消費電力圧縮機を適用し，本用途専用の圧縮機を開発した（図５）．過圧縮防止弁を適用することで低圧力比の効率改善と圧力比（外気温度）に対する効率をフラット化および運転可能範囲の拡大を実現し，低圧力比制御の機能をさらにブラッシュアップした（図６）．また，圧縮機用モータはDC 化し，効率向上を追求した．
前述のアイルキャッピングとラック型空調機の高効率化技術によって，ラック型空調システムは，年間 COP ＊1

図６圧力比（外気温度）と圧縮機効率（東京）6.13 を達成した．

ラック型空調機

本空調システムの適用によって，一般電算機用空調機を適用した従来の二重床空調システム（年間 COP 2.6）よ＊1

年間 COP
各外気温度帯で定格顕熱能力を発揮させた場合の顕熱
COP を , 東京の気象条件の年間の外気温度分布で加重平均したもの . 室内吸込空気温度は規定値で計算 . 年間冷房となるデータセンター空調では定格条件だけでなく , 年間トータルでの効率が重要となる .

調が 5 分停止すると IT サービスが停止するほどであり，空調には高い信頼性が要求される .

⑤年間冷房専用ｽｸﾛｰﾙ圧縮機・制御

アイル
キャッピング①IT機器吸排気流の分離

新空調方式：ラック型空調システム

従来空調方式：二重床空調方式（ラック型空調機+アイルキャッピング）（壁際空調機 +二重床空調システム）（年間COP6.13）（年間COP2.6）

図７

4. 高 信 頼 設 計
高発熱 IT 機器が搭載されたデータセンターでは，空③ホットアイルからの高温集熱④室内機の高顕熱設計58％削減

り，年間消費電力を 58 ％削減可能となる（図７）．

②コールドアイルへの直接冷気供給

5. おわり空調エネルギー削減効果に一般電算機用空調機を使用した従来空調方式に比べて，年間の消費電力量を 58 ％削減可能なデータセンラック型空調機（FTASCL-RS/C）は，震度 6 強の地震ター用ラック型空調システムを開発した．発熱密度がでも運転を継続する構造筐体設計，IT 機器へ影響を与大きく 24 時間 365 日稼働するデータセンターにおいて，えない低電磁ノイズ性能，空調機の漏水リスクを回避す

空調機の消費電力量を減らすことは，CO2 削減の観点かる制御・構造など ,らも意義が大きい．今後も，社会情報基盤を担うデータデータセンター用空調機に要求される高い信頼性を備えるものとした．

センターのファシリティー技術の発展に努め，地球環境保全に貢献していきたい．

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