技術資料

データセンター脱炭素化の切札
関係者外秘⽇⽴⾦属チルドタワーHICS-2000R1
PUE=1.1を実現する技術
5MW_AB系データセンター排熱設備
デザイン検討2022.2.24
株式会社 LXスタイル CEO 杉⽥正
https://LXS.jp
チルドタワー技術資料_20200224

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関係者外秘⽬次
１．省エネ技術の進化
２．⾃⼰紹介と市場動向
３．チルドタワーHICS-2000R1の特⻑
４．サーバーラック制御検討
５．ラック配置検討
６．参考図

・・・・
・・・・
・・・・
・・・・
・・・・・・・・

3
45121416※１．本デザイン検討書は動作、性能を保証していません。
別途詳細設計、検討が必要です。
※２．本検討書では、全体制御DCIMに相当するシステムを検討していません。
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１．省エネ技術の進化

1MWデータセンターで年間1億円近くも省エネ30年償却で建設費が浮く

差違

採⽤時期・その他

1MWDCの1年間電気代1.65〜2.8---

10年以上の古いデータセンター

2億円以上

⾼効率CRAC~1.5

⾼性能コンプレッサー採⽤

NTTが主導して10年前に開発

1.5億円

キャッピング~1.35

開発は10年前、この数年普及

1.35億円

海外でGoogleが採⽤
⽇本では数MW以上の⼤型DCで採⽤

1.15億円

pPUE（おおよそ）

従来

クーリングタワー
＋チラー

省エネ間接
外気冷却

~1.15

冷気分散防⽌ホットスポット対策

室内熱交換無し（冷⽔製造にコンプレッサー）

チルドタワーは⾼効率銅コイル＋チラー内蔵、⼩型~1.1

冷⽔ポンプ無し（夏場のみCRAC使⽤）

海外でFaceBookが採⽤
⽇本でも5年前から採⽤
建物建設コストが⾼い

直接
外気排熱

~1.07

ホコリ、腐⾷ガス、湿度侵⼊の⽋点有り

研究施設のみその他

1.1以下

⽔冷アタッチ、液浸、雪冷熱利⽤

スパコン（サーバが⾼価）や研究施設

1.1億円

1.07億円

冷暖を分離して、省エネ熱搬送ポンプ、密閉循環により効率を上げるとpPUE=1.1を実現。
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3２．⾃⼰紹介株式会社 LXスタイル CEO 杉⽥正新規事業開発経歴35年
ストレージRAIDNAS開発、SCSIネットワーク、Webサーバー開発（コアマイクロ在籍中バンダイ向け）、低PUE_DC開発、⽇本初DC_ISMS取得、HA_DC開発、レンサバ専⽤サーバ開発（ファーストサーバ在籍中、製造はコアマイクロ）、コンビニ向けSaaS、無料Windowsホスティング、VPSサービス、コンテナDC開発（産総研）井⼾⽔利⽤DC、雪冷熱利⽤DC、世界⼀空調省エネECサービスDC、世界⼀省エネAIスパコンDC（産総研）など、どんなサイズDCでもPUE=1.1を実現。
NEDOグリーンITプロジェクトに産総研テクニカルスタッフとして参加
間接外気冷却式(Facebook型）世界⼀空調省エネデータセンターをデザイン
PUE=1.1を実現する製品を販売する⽇⽴⾦属ソリューション部コンサルタント
コールドプレート式世界⼀空調省エネスパコン産総研ABCI構築メンバ
東京⼤学

江崎教授ご指導の「JDCC次世代データセンター勉強会」世話役メンバ

http://hiroshi1.hongo.wide.ad.jp/DCEM/※産総研との週1⽇勤務契約は本年3⽉で終了。

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データセンター消費電⼒は⼤幅増。省エネ化・脱炭素化が必須の課題。
日本国内におけるダウンロートトラフィック

世界データセンターデータ流通量及び消費電力

省エネ法改正における日本政府支援

15倍

出展

2021年5⽉

我が国のインターネットにおけるトラヒックの集計結果（総務省）
2022年1⽉ ⽇本経済新聞
出展 調査会社シナジーリサーチグループ
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データセンター消費電⼒は⽇本総電⼒約3%に、さらに増える。
１）益々増⼤する⽇本国内データセンター消費電⼒は、2030 年には約30倍の電⼒を IT 関連機器だけで、消費する予測もある。
２）⽇本国内において電気事業者の発電電⼒量合計は約700億KWh（資源エネルギー庁2020年統計）365⽇24時間で割り算すると 約80万KWh=800MWhであり、このうちデータセンターが使う電⼒は総電⼒の約2.5%〜2.8％とされている。
(⽇本データセンター協会 増永事務局⻑談)
データセンター消費電⼒と規模による省エネルギー性能
データセンター規模

おおよその数⽇本総電⼒量での⽐率

設備最⼤電⼒省エネルギー性能

GAFAM

10カ所前後0.5%〜0.8%@30MW〜

PUE=1.1〜1.3

中・⼤規模

約350カ所

約1%

＠0.5MW〜＠10MW

PUE=1.3〜1.8

⼩規模（既存）約3,000カ所

約1%

＠0.5MW以下

PUE=2.2〜3.0

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データセンター冷却の世界市場規模は2025年に157億ドルに達すると予測
2020年の同市場規模は94億ドルと推計

昨年発売された調査資料

https://www.dreamnews.jp/press/0000234625/
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何しろマーケットがデカい、伸びるのは海外勢

⾸都圏だけで450MW以上
詳細資料がダウンロード出来る︓https://www.cbre-propertysearch.jp/article/data_center_20211208/
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CBREの予想では、データセンターへの投資は数年で既存データセンター設備と同額

引⽤先：https://www.cbre-propertysearch.jp/article/data_center_20211208/

CBREは世界最⼤の不動産ファンド
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※⽇本GLPは中国資本

https://cloud.watch.impress.co.jp/docs/news/1389405.html?fbclid=IwAR3lZrIktQO6bBNFYVjuiesrnnV09Bl3eh4H-8m7qN35UNqH48K2gEKALpE

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⽇⽴⾦属

チルドタワー HICS-2000R1 の特⻑

チルドタワー技術資料_20200224

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時代が追いついてきた時代が追いついてきた チルドタワー省エネ技術
データセンター省エネ技術
データセンター消費電⼒は膨⼤
中規模DC 10MW級
電気代1ヶ⽉約500万円 年間4億円以上
稼働率20%

PUE=1.65電気代15円/KWh

省エネ意識の⾼まりから、室温を上げて省エネ
DC要求水温上昇
100%

チルド対象市場

DC（2005年）

DC（2023年）

飲料
客
アルミ鋳造
先
一般めっき
蒸着
設
50%
備
一般樹脂成形
稼
有利
働研究設備
率

有利

0%
5℃
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17℃

冷水供給温度

32℃

12

⽇⽴⾦属

チルドタワーHICS-2000R1

HICS-2000R1767/907KW
7,920/9,360m3/min
50/60Hz

関係者外秘

銅コイル＋チラー
30年の実績
圧倒的な省エネ性能
膨張タンク
省エネポンプ

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関係者外秘PUEは年間でのIT機器とその他機器電⼒⽐率イメージ
チルドタワーは夏期以外は排熱のみコンプレッサー稼働時間が短い、寿命も⻑い
数字は仮定数値14

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HICS-2000R1 767/907KW 7,920/9,360m3/min 50/60Hz
サービス
スペース

9,875

サービス
スペース

1,500

6,875

1,500
1,500
サービス
スペース

2,200

1,500

サービス
スペース

3,581

1,500

6,875

サービス
スペース

9,875

チルドタワー技術資料_20200224

1,500
サービス
スペース

（8台+1台）ｘ2列=18台

3重構造

z

800,000

騒⾳対策

チルドタワーにサイレンサー、内壁と外壁の間から吸気

関係者外秘チルタワー排気にサイレンサー
内壁下部から吸気外壁

18,250

チルドタワー3,045+サイレンサー20,000

Max4,700
6,000?

騒⾳条例
10m?50db?

800

架台20,000
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1,500n+1構成で圧倒的に⼩さいフットプリント
HICS-2000R1 2台 5コア＋1コア
767x2-256KW=1,278KW 7,920x2-2,640=13,200m3/min 50Hz
膨張
タンク

サービス
スペース

サービス
スペース

6,875

ヘッダ（⾼温戻り）
チルドタワー
循環ポンプ（内蔵）チルドタワーHICS-2000R1
ヘッダ（冷⽔）
送⽔ポンプ

1,500

サービス
スペース

9,875

サービス
スペース

バイパス

関係者外秘

⾼温⽔戻りサービス
スペース

1,500

2,200

1,500

2,200

1,500

8,900
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第1系統 第2系統
426KW 426KW

第3系統
426KW
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関係者外秘HICS-2000R1 18台（8台＋1台ｘAB系） 5MWx2=10MW
＠767.4/907.0KW 50/60Hz

チルドタワーHICS-2000R1（8台+1台）ｘ2列=18台

膨張タンク

膨張タンク

20,000①⼊⼝⽔温20℃ 出⼝⽔温15℃

＠767.4/907.0KW 50/60Hz

18,250

⼊⼝⽔温20℃ 出⼝⽔温15℃

ヘッダ（冷⽔）送⽔ポンプ

34,800ヘッダ（⾼温戻り）

40,000
チルドタワー技術資料_20200224

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参考出⼝⽔温25℃

HICS-2000R1 14台（6台＋１台 AB系） 5MWx2=10MW

関係者外秘20,00018,250②⼊⼝⽔温35℃
出⼝⽔温25℃ ＠767.4/907.0KW
50/60Hz （6台+1台）ｘ2列=14台
⼊⼝⽔温35℃
出⼝⽔温25℃
＠767.4/907.0KW
50/60Hz

27,40040,000
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19密閉式循環によりポンプ電⼒省エネ
チルドタワーポンプ

AHU、冷却ドアは定量⽔量稼働。温調はファン使⽤。

ヘッダ

膨張タンク

関係者外秘

FCU：ファンコイルユニット

ポンプ
引⽤先︓https://ec.daikinaircon.com/ecatalog/
CL19370XXX/index_spn.html

AHU：エアーハンドラユニット

FCU FCU AHU 冷却 冷却 冷却 AHU
ドア ドア ドア

チルドタワー技術資料_20200224

冷却ドア：
ラック取付冷却リアドア

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省エネを実現するガイドラインJEITAより有償で配布されています。
⽶国暖房冷房空調学会ASHRAEガイドラインは外気導⼊に対応してA1〜

チルドタワー技術資料_20200224

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Google
熱交換コイル
ラック背後のファン群

ホットアイル

床下から冷却水
ホットアイルは気温が高く、メンテナンス作業に適さず、作業出来ない構造になっている。
隙間が空いている
3ラックで1クラスタを構成？

チルドタワー技術資料_20200224

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関係者外秘４．サーバーラック制御検討
１．冷却リアドアへの流量を定流量弁により制限。
２．冷却リアドアに流れる⾵量は、サーバー消費電⼒に⽐例させファンコントロール。
安全率1.5~1.8 1KVAx150CFM（255m3/h)以上とする。
３．サーバー温度傾斜
冷却リアドア⼊⼝温度は、25℃〜28℃を想定。
排熱温度は30℃から38℃を想定
４．ラック内部に調圧バッファエリア
外部上下に調圧ブラシ
５．別途⼤型AHU（エアーハンドラユニット）
ホットアイルからコールドアイル再調整
加湿機能付きチルドタワー技術資料_20200224

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冷却リアドア制御⽅式

Google式より熱拡散が少ないので⾼温排⽔が出る①メーカーCDU ⾼価でチルドタワーに不適 客は買わない
空調サブコンでは、責任を機器メーカーに押し付け可能
25℃︖低い排⽔温度

排気不良対策制御は必要変化する排⽔温度

CDU
20℃
過⼤な⽔量

②マイクロソフト式

CDUが⼀括制御
流量と温度を調整

台湾DELTA社（⾮公開）

CDU⽅式より⾼い排⽔温度

電磁弁による個別制御

ポンプ制御不明③産総研スパコンABCICDU⽅式より⾼い排⽔温度

定流量弁による流量制御無し
35℃〜38℃以上 ファンによる個別制御

省エネポンプ、⾼め圧⼒でポンプ制御容易、電磁弁寿命に問題無し 28℃から30℃可
チルドタワー技術資料_20200224

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関係者外秘キャッピング＆⾃動調圧
排気エリア 30℃〜40℃ 熱交換機で取り切れなかった熱量でホットエリアとなる※過⼤なコールドアイルーホットアイル微差圧が出ないように⾃動調圧ブラシを使う

チルドタワー技術資料_20200224

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５a.ラック配置検討 1.2MW データセンター 1系統426KW 32ラック
⽔冷冷却ドア 稼働率50% 25KVAx0.5=12.5KVA
必要排熱設備 12.5KVAx32ラック＝400KW
コールドエリア

関係者外秘AHU
エアーハンドラーユニット
キャッピング壁

7.0m
ホットエリアコールドエリア

ラック
冷却リアドア

14.0m
7.0m

ホットエリア17.0m

チルドタワー技術資料_20200224

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５b.ラック配置検討 1.2MW データセンター 1系統426KW 48ラック
⽔冷冷却ドア付き 稼働率50% 25KVAx0.5=12.5KWx18=225KW
⽔冷冷却ドア無し 稼働率50% 10KVAx0.5=5KWx36=180KW
必要排熱設備 225+180=405KW
コールドエリア

ホットエリアコールドエリア

7.0m

AHU
エアーハンドラーユニット
キャッピング壁

7.0m

6.0m
20.0m

関係者外秘

ラック
冷却リアドアホットエリアホットエリアコールドエリア
17.0m
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関係者外秘室内断⾯ ⾼熱伝導パネルによる無動⼒排熱（案）AHUに戻る排熱を窓から捨てる。
排熱回収
⾼熱伝導パネルによる排熱

ホットアイル

軽量天井

キャッピング壁
ケーブルラック

断熱材

コールドアイル

狭いとハンチングする

狭いとハンチングする
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関係者外秘AHU【室内機】
中央電子株式会社製 Cool Loop

1台30KWだが、⼊⼝28℃

出⼝38℃での性能確認が必要

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AHU シュナイダー

関係者外秘https://www.se.com/jp/ja/product/ACRC600P/inrow-rc、600mm、冷⽔200-240v-50-60hz、加湿器付き/?ﬁlter=business-3-upsと冷却ソリューション&parent-subcategory-id=7220&range=61779-uniﬂair-chilled-water-inrow-cooling&selected-node-id=27590195729

チルドタワー技術資料_20200224

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関係者外秘AHU（エアーハンドラーユニット）特注品
熱交換機、加湿器内蔵 外気導⼊対応フィルター付き
ムンタースジャパン製

上記は150KW型 搬⼊可能なサイズに分割製造
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関係者外秘開閉窓（密閉可能な防炎シャッター）湿度侵⼊におけるAHU、冷却ドア性能低下を防ぐ

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関係者外秘６．参考図
古いデータセンターの省エネ化⾼密度化を実現する⼩型チルドタワー

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関係者外秘キャッピング事例

⾃動調圧ブラシキャッピングが⼗分に設備されシュートサーキットを少なくサーバ吸気排気の温度傾斜8℃から10℃とする
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関係者外秘実施例 7年前

12KVA/1Rack x10 x2列データセンター
240KW級 天井の⾼い⼯場の⼀部屋に構築 世界28ヶ所展開リファレンスデザイン
横吹き出しとすると、⾵損が減り、⾵速が下がる。
1m/sec〜2m/secで⾼密度ラック冷却が可能
フリーアクセス（⾼床）が不要で低コストに。
※通路幅コールドアイルが狭いと⾵速が上がり、サーバーが冷⾵を吸気出来ないとか、ラック台数が多いと冷⾵が届かない

通常のリターン温度管理に加えて、消費電⼒、キャッピング気圧差を使えば、更に省エネ化可能

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関係者外秘実施例 7年前

12KVA/1Rack x10 x2列データセンター

12KVA/1Rackなら、ハイパーコンパージド VBLOCK が問題無く設置出来る。
キャッピングは防炎シートを使っています。
アルミフレーム＋中空ポリカを使⽤すると断熱効果の⾼いキャッピングが可能。
サーバー室構築ガイドブックにも事例が掲載されています。
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チルドタワー技術資料_20200224

実施例 7年前
⾼密度実装可能なデザイン

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関係者外秘

CFD

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キャッピング調圧ブラシ付き 古い⾼床データセンターの改造

関係者外秘

完全に寒暖密閉ヒートシャットは無いが、調圧ブラシを使うとサーバーファンへの過圧⼒を低減出来る。
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関係者外秘キャッピング調圧ブラシ付き CFD(流体解析モデル）

3KVA 15ラック2列
FMACS4台 n+1として1台停⽌ 3台稼働

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関係者外秘100KVA
室内型データセンター
コンテナは物理セキュ
リティが低い⼤型ダンプ突⼊などに耐える別途設備が必要
⼯場の⼀部に同じIT設備を収納する案

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関係者外秘サーバーファン
静圧⼒不⾜による排気不良デザイン

チルドタワー技術資料_20200224

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産総研スパコン ABCI 排熱はコールドプレート⽔冷＋空冷ハイブリッド

⼤型データセンターでヒートポンプは使わない。クーリングタワー＋冷⽔チラーとなる。
チルドタワーはフットプリントが⼩さい。
導⼊費⽤は⾼価だが、保守（汚れにくい）寿命はビル償却と同じ30年で2倍、省エネなので価値は⾼い。
産総研のABCIスパコンが⼤幅アップグレード： https://news.mynavi.jp/techplus/article/20210507-1884603/
チルドタワー技術資料_20200224

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関係者外秘600KW排熱レンタル設備

右側クーリングタワーは3,400KW

場所︓産総研 柏センター

チルドタワー技術資料_20200224

以上43