サーバ室管理用の空調システムおよび空調制御方法
【課題】省エネ効果が高く効率のよい、サーバ室管理用の空調システムおよび空調制御方法を提供する。
【解決手段】分離された第１空間と第２空間との間にサーバが設置され、第１空間に流入した給気がサーバの発熱により加熱されて第２空間を経由して還気として流出する空調システムにおいて、外気の空気状態が、目標範囲の絶対湿度の上限値超であるか、または温度の目標範囲且つ絶対湿度の目標範囲に該当する範囲の空気状態に対応するエンタルピ範囲の上限値超であり且つ目標範囲の温度上限値超である空気状態範囲に該当すると判定したときには、外気の空気状態と還気の空気状態とを比較し、この比較の結果に応じて、外気導入量を最小にして、冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定するか、外気導入量を最大にして、冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定するか、を決定する。
【解決手段】分離された第１空間と第２空間との間にサーバが設置され、第１空間に流入した給気がサーバの発熱により加熱されて第２空間を経由して還気として流出する空調システムにおいて、外気の空気状態が、目標範囲の絶対湿度の上限値超であるか、または温度の目標範囲且つ絶対湿度の目標範囲に該当する範囲の空気状態に対応するエンタルピ範囲の上限値超であり且つ目標範囲の温度上限値超である空気状態範囲に該当すると判定したときには、外気の空気状態と還気の空気状態とを比較し、この比較の結果に応じて、外気導入量を最小にして、冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定するか、外気導入量を最大にして、冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定するか、を決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、サーバ室管理用の空調システムおよび空調制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な分野でＩＴ化が進むにつれ、ネットワークへの接続回線や保守・運用サービスなどを顧客に提供するデータセンターの必要性が高まってきている。
【０００３】
データセンターのサーバ室には、一般的に多数のサーバが設置されているため、その発熱量が多い。そのようなサーバ室内で、これらのサーバを正常に稼働させるためには、サーバ室に対し適切に空調を行って所定範囲の環境条件に保つ必要がある。
【０００４】
データセンターのサーバ室のように多数のコンピュータが設置された室内を冷却するための技術として、室内の下部空間から吸い込んだ空気を上部空間に吹き出すことにより、その空気がサーバラックの上部に吸い込まれるように構成した空調システムがある。
【０００５】
この技術を利用することによりサーバ室内全体の温度勾配を少なくするとともに給気温度のばらつきを少なくして効率のよい空調制御を行うことが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１７２３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、データセンターのサーバ室のように、空調すべき対象の負荷が情報機器である場合、負荷のほとんどが顕熱負荷である、設定温湿度が一定範囲であればよい、負荷でＣＯ２が発生しないのでＣＯ２濃度上昇防止のための換気が不要であるなど、一般のビル内の状態とは異なる特徴があるが、従来は、これらの特徴に対応した空調制御は行われておらず、無駄なエネルギーを消費している場合があるという問題があった。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、省エネ効果が高く効率のよい、サーバ室管理用の空調システムおよび空調制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための実施形態のサーバ室管理用の空調システムは、分離された第１空間と第２空間とを有する。この第１空間と第２空間との間にサーバが設置され、第１空間に流入した給気がサーバの発熱により加熱されて第２空間を経由して還気として流出するサーバ室を管理するようになっている。
【００１０】
このようなサーバ室管理用の空調システムにおいて、外気の導入量を調整して導入する外気導入装置と、サーバ室の第２空間から流出された還気の導入量を調整して導入する還気導入装置と、外気と還気との少なくとも一方を加湿可能な加湿器と、外気と還気との少なくとも一方を冷却可能な冷却器と、加湿器からの還気および外気と、冷却器からの還気および外気とを給気として第１空間に流入させ、第２空間から還気を流出させる送風機と、給気温度を計測する給気温度計測器と、空調制御装置とを備える。
【００１１】
上記空調制御装置は、外気温度の計測値および外気湿度の計測値を取得する外気温湿度計測値取得部と、外気温湿度計測値取得部で取得された外気温度の計測値および外気湿度の計測値と、給気温度計測器から取得した還気温度計測値とに基づいて、予め設定された温度および絶対湿度および相対湿度の目標範囲内の給気を生成するための空調制御内容を設定する空調制御内容設定部と、空調制御内容設定部で設定された空調制御内容に基づいて、外気の導入量と、還気の導入量と、加湿器の制御量と、冷却器の制御量と、送風機による送風量とを制御する機器制御部とを有する。
【００１２】
また、上記空調制御装置の空調制御内容設定部は、外気の空気状態が、目標範囲の絶対湿度の上限値超であるか、または温度の目標範囲且つ絶対湿度の目標範囲に該当する範囲の空気状態に対応するエンタルピ範囲の上限値超であり且つ目標範囲の温度上限値超である空気状態範囲に該当すると判定したときには、外気の空気状態と還気の空気状態とを比較し、この比較の結果に応じて、外気導入量を最小にして、冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定するか、外気導入量を最大にして、冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定するか、を決定する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、一実施形態である空調システムの構成を示す全体図である。
【図２】図２は、同実施形態の空調システムの空調制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、同実施形態の空調システムの空調制御装置で分類される外気の空気状態範囲を空気線図上に示すグラフである。
【図４】図４は、同実施形態の空調制御装置において、外気と還気のエンタルピを比較する様子を、空気線図上に示したグラフである。
【図５】図５は、同実施形態の空調制御装置において、外気と還気の温度を比較する様子を、空気線図上に示したグラフである。
【図６】図６は、同実施形態の空調制御装置において、外気または還気を冷却した場合に、冷却に必要なエネルギーが小さくなるケースを選択する様子を、空気線図上に示したグラフである。
【図７】図７は、同実施形態の空調制御装置において、外気または還気を冷却した場合に、冷却に必要なエネルギーがより小さくなるケースを選択するために室外ユニットの消費電力を比較する様子を、空気線図上に示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〈サーバ室管理システムの構成〉
一実施形態であるサーバ室管理用の空調システムとしてのサーバ室管理システムの構成について、図１を参照して説明する。
【００１５】
本実施形態によるサーバ室管理システム１は、データセンター等のサーバ室１０と、このサーバ室１０の空調を行う空調システム２０とから構成される。
【００１６】
サーバ室１０は複数の開口部１１ａを有する二重床１１が設置されている。この二重床１１上に、複数のサーバ（図示せず）を格納した複数のサーバラック１２−１〜１２−４が設置される。このサーバ室１０では、設置されたサーバ内のファン（送風機）またはサーバラック１２−１〜１２−４に設置されたファンの稼働により、図１の符号３０の矢印で示すように、二重床１１の下部に流入した冷気が二重床１１上の開口部１１ａから二重床１１の上部に吸入される。この構成により、空気がサーバの発熱により加熱されて還気として流出するように、気流が発生する。このように気流が発生することにより、二重床１１の上部には、サーバラック１２−１〜１２−４に吸入する冷気を含んだ第１空間としてのコールドエリア１３と、サーバラック１２−１〜１２−４から吹き出した暖気を含んだ第２空間としてのホットエリア１４とが形成される。このようにして、発生する熱が冷気により冷却されるので、サーバは正常に稼働可能となる。
【００１７】
空調システム２０は、還気ダクト２１と、還気温度センサ２２と、排気用ダンパ２３と、室内ユニット２４と、室外ユニット２５と、給気ダクト２６と、外気温度センサ２７と、外気湿度センサ２８と、空調制御装置２９とを有する。
【００１８】
還気ダクト２１は空気を通す管であり、サーバ室１０のホットエリア１４と空調システム２０の室内ユニット２４とを接続する。
【００１９】
還気温度センサ２２は、ホットエリア１４から流入した還気の温度を計測し、計測値を空調制御装置２９に送信する。
【００２０】
排気用ダンパ２３は、還気ダクト２１から外部に排出する還気量を、その開度により調整する。
【００２１】
室内ユニット２４は、還気導入装置としての還気導入用ダンパ２４１と、外気導入装置としての外気導入用ダンパ２４２と、フィルタ２４３と、冷気生成装置としての加湿器２４４、冷却コイル（冷却器）２４５、および給気ファン（送風機）２４６と、給気温度計測器としての給気温度センサ２４７と、給気湿度センサ２４８とを有する。
【００２２】
還気導入用ダンパ２４１は、還気ダクト２１から室内ユニット２４内に導入する還気量を、その開度により調整する。
【００２３】
外気導入用ダンパ２４２は、室内ユニット２４内に導入する外気量を、その開度により調整する。
【００２４】
フィルタ２４３は、外気導入用ダンパ２４２が開状態にされたときに導入される外気、および還気導入用ダンパ２４１が開状態にされたときに還気ダクト２１から導入される還気から、塵埃を除去する。
【００２５】
加湿器２４４は、フィルタ２４３で塵埃が除去された外気および還気を、必要に応じて加湿する。
【００２６】
冷却コイル２４５は、フィルタ２４３で塵埃が除去された外気および還気を、必要に応じて冷却して冷気を生成する。
【００２７】
給気ファン２４６は、加湿器２４４により必要に応じて加湿されるとともに、冷却コイル２４５により必要に応じて冷却されて生成された冷気を送風し、給気ダクト２６からサーバ室１０の床下を経由してコールドエリア１３に流入させる。この給気ファン２４６の回転数を制御することによって、その送風量が制御される。
【００２８】
給気温度センサ２４７は、サーバ室１０に流入させる給気の温度を計測し、計測値を空調制御装置２９に送信する。
【００２９】
給気湿度センサ２４８は、サーバ室１０に流入させる給気の湿度を計測し、計測値を空調制御装置２９に送信する。
【００３０】
室外ユニット２５は、冷却コイル２４５に接続されており、冷却コイル２４５で冷気を生成する際に利用される冷媒を冷却コイル２４５に供給する。
【００３１】
給気ダクト２６は空気を通す管であり、室内ユニット２４と、サーバ室１０のコールドエリア１３に繋がる床下とを接続する。
【００３２】
外気温度センサ２７は、外気温度を計測し、その計測値を空調制御装置２９に送信する。外気湿度センサ２８は、外気湿度を計測し、その計測値を空調制御装置２９に送信する。
【００３３】
空調制御装置２９は、図２に示すように、給気目標範囲情報記憶部２９１と、外気温湿度計測値取得部２９２と、空調制御内容設定部２９３と、機器制御部２９４とを有する。
【００３４】
給気目標範囲情報記憶部２９１は、サーバ室１０への給気温度目標範囲および給気湿度目標範囲を記憶する。
【００３５】
外気温湿度計測値取得部２９２は、外気温度センサ２７で計測された外気温度計測値、および外気湿度センサ２８で計測された外気湿度計測値を取得する。
【００３６】
空調制御内容設定部２９３は、外気温湿度計測値取得部２９２から取得された外気温度計測値、および外気湿度計測値と、還気温度センサ２２で計測された還気温度計測値、給気温度センサ２４７で計測された給気温度計測値、および給気湿度センサ２４８で計測された給気湿度計測値とを取得し、これらの計測値と、給気目標範囲情報記憶部２９１に記憶された給気温度目標範囲および給気湿度目標範囲とに基づいて、予め設定された温度範囲且つ湿度範囲内の給気を生成するための空調制御内容を設定する（詳細は後述）。
【００３７】
機器制御部２９４は、空調制御内容設定部２９３で設定された空調制御内容に基づいて、空調システム２０内の各機器の動作を制御する。
【００３８】
〈サーバ室管理システムの動作〉
次に、本実施形態によるサーバ室管理システム１の動作について説明する。
【００３９】
本実施形態において、サーバ室管理システム１の空調制御装置２９の給気目標範囲情報記憶部２９１には、サーバ室１０への給気温度目標範囲および給気湿度目標範囲が予め記憶されている。
【００４０】
本実施形態においては、サーバ室１０への給気温度目標範囲および給気湿度目標範囲として、米国暖房冷凍空調学会（ＡＳＨＲＡＥ；American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers）の規定を参考にして設定された範囲である、温度：18〜35℃、絶対湿度0.0056〜0.0107kg/kg且つ相対湿度60％以下とする範囲情報が記憶されているものとする。
【００４１】
このように給気目標範囲情報記憶部２９１に給気温度目標範囲および給気湿度目標範囲が記憶されている状態で、空調制御装置２９において、各機器の制御が行われるときの動作について説明する。
【００４２】
まず、外気温湿度計測値取得部２９２で取得された外気温度計測値および外気湿度計測値が空調制御内容設定部２９３で取得される。
【００４３】
次に、空調制御内容設定部２９３において、給気目標範囲情報記憶部２９１に記憶された給気温度目標範囲および給気湿度目標範囲に基づいて、予め設定された給気温度目標範囲且つ給気湿度目標範囲内の給気を生成するための空調制御内容が設定される。以下に、空調制御内容設定部２９３で実行される空調制御内容の設定処理について、詳細に説明する。
【００４４】
まず、取得された外気温度計測値および外気湿度計測値に基づいて、現在の外気の状態が、図３に示すように分割された空気線図上のどの領域に該当するかが判定される。空気線図は、線図上に温度、絶対／相対湿度、エンタルピなどから湿り空気の状態が分かるようにした線図のことである。
【００４５】
図３の空気線図では、飽和線X100で表した相対湿度100％（飽和状態）以下の空気の状態が、上述した給気温度目標範囲（図３の温度下限線Tlおよび温度上限線Thで示す範囲）および給気湿度目標範囲（図３の絶対湿度下限線Xlおよび絶対湿度上限線Xhで示す範囲）で示される値と、この給気温度目標範囲且つ給気湿度目標範囲に該当する範囲の空気状態に対応する、エンタルピ上限線Hhで示すエンタルピの上限値およびエンタルピ下限線Hlで示すエンタルピの下限値と、相対湿度上限線Rhで示す相対湿度の上限値とに基づいて、以下に示す５つの空気状態範囲を示す領域I〜Vに分割されている。本実施形態において、上述した給気温度目標範囲且つ給気湿度目標範囲に対応するエンタルピ上限値は50kJ/kg(DA)であり、エンタルピ下限値は35kJ/kg(DA)であるものとする。
【００４６】
−領域I（第１の空気状態範囲）：
領域Iは、給気温度目標範囲、且つ目標とする給気絶対湿度範囲、且つ給気相対湿度範囲と同様の範囲、つまり空気線図上において下記式（１）を満たす範囲である。
【００４７】
〔数１〕
（温度18度以上35度以下）
∩（絶対湿度0.0056 kg/kg(DA)以上0.0107 kg/kg(DA)以下）
∩（相対湿度60%以下） 式（１）
【００４８】
−領域II（第２の空気状態範囲）：
領域IIは、目標とする給気絶対湿度範囲の下限値未満であり、且つ目標とする範囲におけるエンタルピ下限値未満の範囲、つまり空気線図上において下記式（２）を満たす範囲である。
【００４９】
〔数２〕
（絶対湿度0.0056 kg/kg(DA)未満）
∩（比エンタルピ35kJ/kg(DA)未満） 式（２）
【００５０】
−領域III（第３の空気状態範囲）：
領域IIIは、目標とする給気絶対湿度の範囲内であり、且つ、目標とする給気温度範囲の下限値未満または目標とする給気相対湿度の上限値以上の範囲、つまり空気線上において下記式（３）を満たす範囲である。
【００５１】
〔数３〕
（絶対湿度0.0056 kg/kg(DA)以上0.0107 kg/kg(DA)以下）
∩｛（温度18度未満）∪（相対湿度60%以上）｝ 式（３）
【００５２】
−領域IV（第４の空気状態範囲）：
領域IVは、目標とする給気温度および給気湿度の範囲に対応するエンタルピ範囲内であり、且つ、目標とする給気絶対湿度範囲の下限値未満または目標とする給気温度範囲の上限値を超える範囲、つまり空気線上において下記式（４）を満たす範囲である。
【００５３】
〔数４〕
（比エンタルピ35kJ/kg(DA)以上比エンタルピ50kJ/kg(DA)以下）
∩｛（絶対湿度0.0056 kg/kg(DA)未満）∪（温度35℃超）｝ 式（４）
【００５４】
−領域V（第５の空気状態範囲）：
領域Vは、上記の領域I〜IV以外の範囲であるが、具体的には、図３に示すように、給気湿度目標範囲の上限値超であるか、または給気温度目標範囲且つ給気湿度目標範囲に該当する範囲の空気状態に対応するエンタルピ範囲の上限値超であり且つ給気温度目標範囲の上限値超である空気状態範囲である。
【００５５】
現在の外気の状態がこれらの領域I〜IVのうちいずれの領域に該当するかが判定されると、空調制御内容設定部２９３において、外気温湿度計測値取得部２９２で取得された外気温度計測値、外気湿度計測値、および還気温度センサ２２で計測された還気温度計測値、給気温度センサ２４７で計測された給気温度計測値、給気湿度センサ２４８で計測された給気湿度計測値が用いられ、それぞれ領域ごとに以下のように空調制御内容が設定される。ここでは空調制御対象となるのはサーバ室１０内のサーバから発生する熱による顕熱負荷であり、人の呼気等による潜熱負荷は発生しないものと仮定し、還気湿度値は、給気湿度センサ２４８で計測される給気湿度計測値と同一であるものとする。
【００５６】
−領域Iに該当する場合の空調制御内容：
現在の外気の状態が領域Iの範囲内にあるときは、外気をそのまま給気とすることが可能である。このため、排気用ダンパ２３を全開にし、還気導入用ダンパ２４１を閉じ、外気導入用ダンパ２４２を全開にすることで、外気導入比率が100％になるように制御内容が決定される。またこのときは、加湿器２４４による加湿処理、および冷却コイル２４５による混合した空気の冷却処理は行われない。
【００５７】
−領域IIに該当する場合の空調制御内容：
現在の外気の状態が領域IIの範囲内にあるときは、外気に還気を混合することで外気温度を加温するとともに加湿を行うように制御内容が決定される。具体的には、排気用ダンパ２３、還気導入用ダンパ２４１、および外気導入用ダンパ２４２の開度が外気導入比率に応じて0〜100％の間で調整されるとともに、加湿器２４４により必要量の加湿が行われるように制御内容が決定される。
【００５８】
このとき外気導入比率の目標値αは、混合後の空気が、給気目標範囲情報記憶部２９１に記憶された給気温度目標範囲且つ給気湿度目標範囲内で予め設定された給気温度目標値になるように、外気温度計測値および還気温度計測値により調整される。
【００５９】
このようにして外気導入比率が調整されて外気と還気とが混合された空気の絶対湿度値Xは、外気絶対湿度計測値Xo、還気絶対湿度計測値Xr、外気導入比率目標値αを用いると、下記式（５）のように表される。
【００６０】
〔数５〕
X = Xo×α + Xr×(1 - α) 式（５）
このため混合された空気を、目標とする温湿度状態の給気にするには、混合された空気の絶対湿度値Xと給気絶対湿度目標値Xs0との差分である Xs0-X 分の加湿が必要である。この差分の湿度値を上げるための必要加湿量は、給気流量Fsを用いると Fs×(Xs0-X)となり、この必要加湿量が供給されるように加湿器の水量を制御するための弁（図示せず）の制御内容が決定される。このとき、冷却コイル２４５による混合した空気の冷却処理は行われない。
【００６１】
なお、外気と還気とを混合後に加湿を行う際の必要加湿量は上記のように決定されるが、還気をあらかじめ絶対湿度目標値｛Xr + (X - Xs0)/(1 - α)｝になるように加湿しておくことで、混合後の加湿を不要にすることも可能である。
【００６２】
この場合、外気導入比率目標値αは、外気温度計測値To、加湿後の還気温度値Tr2、給気温度目標値Ts0とすると、下記式（６）で表される。
【００６３】
〔数６〕
α = (Tr2 - Ts0)/(Tr2 - To)×100(%) 式（６）
【００６４】
−領域IIIに該当する場合の空調制御内容：
現在の外気の状態が領域IIIの範囲内にあるときは、外気に還気を混合することで外気温度を加温するように制御内容が決定される。具体的には、排気用ダンパ２３、還気導入用ダンパ２４１、および外気導入用ダンパ２４２の開度が外気導入比率に応じて0〜100％の間で調整されるように制御内容が決定される。
【００６５】
この場合、外気導入比率目標値αは外気温度計測値To、還気温度計測値Tr、給気温度目標値Ts0とすると、下記式（７）で表される。
【００６６】
〔数７〕
α = (Tr - Ts0)/(Tr - To)×100(%) 式（７）
このとき、加湿器２４４による加湿処理、および冷却コイル２４５による混合した空気の冷却処理は行われない。
【００６７】
−領域IVに該当する場合の空調制御内容：
現在の外気の状態が領域IVの範囲内にあるときは、外気に加湿を行うように制御内容が決定される。具体的には、排気用ダンパ２３を全開にし、還気導入用ダンパ２４１を閉じ、外気導入用ダンパ２４２を全開にすることで、外気導入比率が100％にされるとともに、加湿器２４４により必要量の加湿が行われるように制御内容が決定される。
【００６８】
この場合、外気絶対湿度計測値Xo、給気湿度目標値Xs0とすると、必要加湿量はXs0-Xoである。このとき、加湿に伴って外気温度がToからTに低下する。給気温度目標値Ts0がTより低い場合は、外気温度が給気温度目標値になるように冷却コイル２４５により冷却処理が行われるように制御される。
【００６９】
−領域Vに該当する場合の空調制御内容：
現在の外気の状態が領域Vの範囲内にあるときは、還気を冷却するか、外気を冷却して給気として導入するかを判断して、いずれかの動作を行う。
【００７０】
還気を冷却する場合は、排気用ダンパ２３を閉じ、還気導入用ダンパ２４１を全開にし、外気導入用ダンパ２４２を閉じることで、外気導入比率が0％にされるとともに、冷却コイル２４５により冷却処理が行われるように制御内容が決定される。このとき、加湿器２４４による加湿処理は行われない。なお、この制御内容の決定の際、冷却コイル２４５による冷却処理と同時に、冷却コイル２４５による除湿処理を行うように制御内容を決定してもよい。
【００７１】
外気を冷却する場合は、排気用ダンパ２３を開き、還気導入用ダンパ２４１を閉じ、外気導入用ダンパ２４２を開くことで、外気導入比率が100%にされるとともに、冷却コイル２４５により冷却処理が行われるように制御内容が決定される。このとき、加湿器２４４による加湿処理は行われない。なお、この制御内容の決定の際、冷却コイル２４５による冷却処理と同時に、冷却コイル２４５による除湿処理を行うように制御内容を決定してもよい。
【００７２】
次に、還気を冷却して給気とするか、外気を冷却して給気とするかを判断する具体的な方法について示す。なお、実際の動作は空調制御内容設定部２９３で実施される。以下では、３通りの方法を示すが、いずれかの方法を採用すればよい。
【００７３】
−第１の方法：
図４では、還気のエンタルピ（還気エンタルピ）Hrと外気のエンタルピ（外気エンタルピ）Hoを比較すると、Ho>Hrの状態にあることが分かる。このような場合、エンタルピのより小さい還気を冷却して給気とすることで、より省エネ効果の高い空調制御を実行することができる。なお、Ho<Hrの場合は外気を冷却して給気とする。また、外気と還気のエンタルピが同一（すなわち、Ho=Hr）となった場合、その直前に外気を冷却して給気としていた場合はその動作を継続し、その直前に還気を冷却して給気としていた場合はその動作を継続するものとする。
【００７４】
−第２の方法：
図５では、還気温度計測値Trと外気温度計測値Toを比較すると、To>Trの状態にあることが分かる。このような場合、温度のより低い還気を冷却して給気とすることで、より省エネ効果の高い空調制御を実行することができる。なお、To<Trの場合は外気を冷却して給気とする。また、外気と還気の温度が同一（すなわち、To=Tr）となった場合、その直前に外気を冷却して給気としていた場合はその動作を継続し、その直前に還気を冷却して給気としていた場合はその動作を継続するものとする。
【００７５】
−第３の方法：
図６、図７を用いて説明する第３の方法では、還気の冷却または外気の冷却のうち、還気または外気を冷却するために消費されるエネルギーに相当する室外ユニット25の消費電力が、より少なくなる方を選択するようにする。この方法により、より省エネ効果の高い空調制御を実行することができる。以下では、図６、図７を用いて、この方法を具体的に説明する。
【００７６】
図６は、Ｃ１およびＣ２で示すように、還気または外気のどちらを冷却して給気を得る方がよいか、空気線図上での検討を示している。図７は、冷却コイル２４５の入口温湿度をXY軸に、室外ユニット２５の消費電力をZ軸に取った図であり、室外ユニット２５の消費電力特性を示している。図７において、還気または外気を冷却することを考えると、冷却コイル２４５の入口温度および入口湿度はそれぞれ、還気または外気の温湿度を示すものとなっている。
【００７７】
ここで、外気温度計測値To、外気湿度計測値Xo、還気温度計測値Tr、還気湿度計測値Xr、に対して、外気を冷却した場合の消費電力Poと、還気を冷却した場合の消費電力Prを比較すると、Po<Prの状態にあることが分かる。このような場合、外気を冷却して給気とすることで、より省エネ効果の高い空調制御を実行することができる。なお、Po>Prの場合は還気を冷却して給気とする。また、外気と還気に対する室外ユニット25の消費電力が同一（すなわち、Po=Pr）となった場合、その直前に外気を冷却して給気としていた場合はその動作を継続し、その直前に還気を冷却して給気としていた場合はその動作を継続するものとする。
【００７８】
なお、室外ユニット２５の消費電力特性が、給気ファン２４６による給気風量や、給気温度によって異なる場合、冷却コイル２４５の入口温湿度に加え、給気風量や給気温度によって、図７に例示した特性グラフを切替えてもよい。
【００７９】
上述した処理により空調制御内容設定部２９３において空調制御内容が設定されると、これに基づいて排気用ダンパ２３、還気導入用ダンパ２４１、および外気導入用ダンパ２４２の開度、加湿器２４４、冷却コイル２４５の制御量、給気ファン２４６の回転数を制御する制御信号が機器制御部２９４で生成され、各機器に送信されることにより制御が行われ、目標とする範囲内の給気温度値および給気湿度値の給気が生成される。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態によれば、外気の状態に応じて空調制御内容を切り替え、なるべく外気を利用するとともにサーバ管理に適した制御を行うことで、省エネ効果の高いサーバ管理のための空調制御を行うことができる。
【００８１】
また、なるべく外気を利用して空調制御を行うことで、サーバ室管理システムの稼働に掛かる経費を低減させることができる。
【００８２】
なお、上記実施形態においては、給気温度目標範囲および給気湿度目標範囲として、米国空調学会（ＡＳＨＲＡＥ）を参考にして定めた値を用いたがこれには限定されず、制御対象の状態等に応じて他の値を用いてもよい。また、図３のように分割された各領域は、一部もしくは全部が他の領域と重なっていてもよい。
【００８３】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８４】
１…サーバ室管理システム
１０…サーバ室
１１…二重床
１２−１〜１２−４…サーバラック
１３…コールドエリア
１４…ホットエリア
２０…空調システム
２１…還気ダクト
２２…還気温度センサ
２３…排気用ダンパ
２４…室内ユニット
２５…室外ユニット
２６…給気ダクト
２７…外気温度センサ
２８…外気湿度センサ
２９…空調制御装置
２４１…還気導入用ダンパ
２４２…外気導入用ダンパ
２４３…フィルタ
２４４…加湿器
２４５…冷却コイル
２４６…給気ファン
２４７…給気温度センサ
２４８…給気湿度センサ
２９１…給気目標範囲情報記憶部
２９２…外気温湿度計測値取得部
２９３…空調制御内容設定部
２９４…機器制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、サーバ室管理用の空調システムおよび空調制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な分野でＩＴ化が進むにつれ、ネットワークへの接続回線や保守・運用サービスなどを顧客に提供するデータセンターの必要性が高まってきている。
【０００３】
データセンターのサーバ室には、一般的に多数のサーバが設置されているため、その発熱量が多い。そのようなサーバ室内で、これらのサーバを正常に稼働させるためには、サーバ室に対し適切に空調を行って所定範囲の環境条件に保つ必要がある。
【０００４】
データセンターのサーバ室のように多数のコンピュータが設置された室内を冷却するための技術として、室内の下部空間から吸い込んだ空気を上部空間に吹き出すことにより、その空気がサーバラックの上部に吸い込まれるように構成した空調システムがある。
【０００５】
この技術を利用することによりサーバ室内全体の温度勾配を少なくするとともに給気温度のばらつきを少なくして効率のよい空調制御を行うことが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１７２３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、データセンターのサーバ室のように、空調すべき対象の負荷が情報機器である場合、負荷のほとんどが顕熱負荷である、設定温湿度が一定範囲であればよい、負荷でＣＯ２が発生しないのでＣＯ２濃度上昇防止のための換気が不要であるなど、一般のビル内の状態とは異なる特徴があるが、従来は、これらの特徴に対応した空調制御は行われておらず、無駄なエネルギーを消費している場合があるという問題があった。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、省エネ効果が高く効率のよい、サーバ室管理用の空調システムおよび空調制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための実施形態のサーバ室管理用の空調システムは、分離された第１空間と第２空間とを有する。この第１空間と第２空間との間にサーバが設置され、第１空間に流入した給気がサーバの発熱により加熱されて第２空間を経由して還気として流出するサーバ室を管理するようになっている。
【００１０】
このようなサーバ室管理用の空調システムにおいて、外気の導入量を調整して導入する外気導入装置と、サーバ室の第２空間から流出された還気の導入量を調整して導入する還気導入装置と、外気と還気との少なくとも一方を加湿可能な加湿器と、外気と還気との少なくとも一方を冷却可能な冷却器と、加湿器からの還気および外気と、冷却器からの還気および外気とを給気として第１空間に流入させ、第２空間から還気を流出させる送風機と、給気温度を計測する給気温度計測器と、空調制御装置とを備える。
【００１１】
上記空調制御装置は、外気温度の計測値および外気湿度の計測値を取得する外気温湿度計測値取得部と、外気温湿度計測値取得部で取得された外気温度の計測値および外気湿度の計測値と、給気温度計測器から取得した還気温度計測値とに基づいて、予め設定された温度および絶対湿度および相対湿度の目標範囲内の給気を生成するための空調制御内容を設定する空調制御内容設定部と、空調制御内容設定部で設定された空調制御内容に基づいて、外気の導入量と、還気の導入量と、加湿器の制御量と、冷却器の制御量と、送風機による送風量とを制御する機器制御部とを有する。
【００１２】
また、上記空調制御装置の空調制御内容設定部は、外気の空気状態が、目標範囲の絶対湿度の上限値超であるか、または温度の目標範囲且つ絶対湿度の目標範囲に該当する範囲の空気状態に対応するエンタルピ範囲の上限値超であり且つ目標範囲の温度上限値超である空気状態範囲に該当すると判定したときには、外気の空気状態と還気の空気状態とを比較し、この比較の結果に応じて、外気導入量を最小にして、冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定するか、外気導入量を最大にして、冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定するか、を決定する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、一実施形態である空調システムの構成を示す全体図である。
【図２】図２は、同実施形態の空調システムの空調制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、同実施形態の空調システムの空調制御装置で分類される外気の空気状態範囲を空気線図上に示すグラフである。
【図４】図４は、同実施形態の空調制御装置において、外気と還気のエンタルピを比較する様子を、空気線図上に示したグラフである。
【図５】図５は、同実施形態の空調制御装置において、外気と還気の温度を比較する様子を、空気線図上に示したグラフである。
【図６】図６は、同実施形態の空調制御装置において、外気または還気を冷却した場合に、冷却に必要なエネルギーが小さくなるケースを選択する様子を、空気線図上に示したグラフである。
【図７】図７は、同実施形態の空調制御装置において、外気または還気を冷却した場合に、冷却に必要なエネルギーがより小さくなるケースを選択するために室外ユニットの消費電力を比較する様子を、空気線図上に示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〈サーバ室管理システムの構成〉
一実施形態であるサーバ室管理用の空調システムとしてのサーバ室管理システムの構成について、図１を参照して説明する。
【００１５】
本実施形態によるサーバ室管理システム１は、データセンター等のサーバ室１０と、このサーバ室１０の空調を行う空調システム２０とから構成される。
【００１６】
サーバ室１０は複数の開口部１１ａを有する二重床１１が設置されている。この二重床１１上に、複数のサーバ（図示せず）を格納した複数のサーバラック１２−１〜１２−４が設置される。このサーバ室１０では、設置されたサーバ内のファン（送風機）またはサーバラック１２−１〜１２−４に設置されたファンの稼働により、図１の符号３０の矢印で示すように、二重床１１の下部に流入した冷気が二重床１１上の開口部１１ａから二重床１１の上部に吸入される。この構成により、空気がサーバの発熱により加熱されて還気として流出するように、気流が発生する。このように気流が発生することにより、二重床１１の上部には、サーバラック１２−１〜１２−４に吸入する冷気を含んだ第１空間としてのコールドエリア１３と、サーバラック１２−１〜１２−４から吹き出した暖気を含んだ第２空間としてのホットエリア１４とが形成される。このようにして、発生する熱が冷気により冷却されるので、サーバは正常に稼働可能となる。
【００１７】
空調システム２０は、還気ダクト２１と、還気温度センサ２２と、排気用ダンパ２３と、室内ユニット２４と、室外ユニット２５と、給気ダクト２６と、外気温度センサ２７と、外気湿度センサ２８と、空調制御装置２９とを有する。
【００１８】
還気ダクト２１は空気を通す管であり、サーバ室１０のホットエリア１４と空調システム２０の室内ユニット２４とを接続する。
【００１９】
還気温度センサ２２は、ホットエリア１４から流入した還気の温度を計測し、計測値を空調制御装置２９に送信する。
【００２０】
排気用ダンパ２３は、還気ダクト２１から外部に排出する還気量を、その開度により調整する。
【００２１】
室内ユニット２４は、還気導入装置としての還気導入用ダンパ２４１と、外気導入装置としての外気導入用ダンパ２４２と、フィルタ２４３と、冷気生成装置としての加湿器２４４、冷却コイル（冷却器）２４５、および給気ファン（送風機）２４６と、給気温度計測器としての給気温度センサ２４７と、給気湿度センサ２４８とを有する。
【００２２】
還気導入用ダンパ２４１は、還気ダクト２１から室内ユニット２４内に導入する還気量を、その開度により調整する。
【００２３】
外気導入用ダンパ２４２は、室内ユニット２４内に導入する外気量を、その開度により調整する。
【００２４】
フィルタ２４３は、外気導入用ダンパ２４２が開状態にされたときに導入される外気、および還気導入用ダンパ２４１が開状態にされたときに還気ダクト２１から導入される還気から、塵埃を除去する。
【００２５】
加湿器２４４は、フィルタ２４３で塵埃が除去された外気および還気を、必要に応じて加湿する。
【００２６】
冷却コイル２４５は、フィルタ２４３で塵埃が除去された外気および還気を、必要に応じて冷却して冷気を生成する。
【００２７】
給気ファン２４６は、加湿器２４４により必要に応じて加湿されるとともに、冷却コイル２４５により必要に応じて冷却されて生成された冷気を送風し、給気ダクト２６からサーバ室１０の床下を経由してコールドエリア１３に流入させる。この給気ファン２４６の回転数を制御することによって、その送風量が制御される。
【００２８】
給気温度センサ２４７は、サーバ室１０に流入させる給気の温度を計測し、計測値を空調制御装置２９に送信する。
【００２９】
給気湿度センサ２４８は、サーバ室１０に流入させる給気の湿度を計測し、計測値を空調制御装置２９に送信する。
【００３０】
室外ユニット２５は、冷却コイル２４５に接続されており、冷却コイル２４５で冷気を生成する際に利用される冷媒を冷却コイル２４５に供給する。
【００３１】
給気ダクト２６は空気を通す管であり、室内ユニット２４と、サーバ室１０のコールドエリア１３に繋がる床下とを接続する。
【００３２】
外気温度センサ２７は、外気温度を計測し、その計測値を空調制御装置２９に送信する。外気湿度センサ２８は、外気湿度を計測し、その計測値を空調制御装置２９に送信する。
【００３３】
空調制御装置２９は、図２に示すように、給気目標範囲情報記憶部２９１と、外気温湿度計測値取得部２９２と、空調制御内容設定部２９３と、機器制御部２９４とを有する。
【００３４】
給気目標範囲情報記憶部２９１は、サーバ室１０への給気温度目標範囲および給気湿度目標範囲を記憶する。
【００３５】
外気温湿度計測値取得部２９２は、外気温度センサ２７で計測された外気温度計測値、および外気湿度センサ２８で計測された外気湿度計測値を取得する。
【００３６】
空調制御内容設定部２９３は、外気温湿度計測値取得部２９２から取得された外気温度計測値、および外気湿度計測値と、還気温度センサ２２で計測された還気温度計測値、給気温度センサ２４７で計測された給気温度計測値、および給気湿度センサ２４８で計測された給気湿度計測値とを取得し、これらの計測値と、給気目標範囲情報記憶部２９１に記憶された給気温度目標範囲および給気湿度目標範囲とに基づいて、予め設定された温度範囲且つ湿度範囲内の給気を生成するための空調制御内容を設定する（詳細は後述）。
【００３７】
機器制御部２９４は、空調制御内容設定部２９３で設定された空調制御内容に基づいて、空調システム２０内の各機器の動作を制御する。
【００３８】
〈サーバ室管理システムの動作〉
次に、本実施形態によるサーバ室管理システム１の動作について説明する。
【００３９】
本実施形態において、サーバ室管理システム１の空調制御装置２９の給気目標範囲情報記憶部２９１には、サーバ室１０への給気温度目標範囲および給気湿度目標範囲が予め記憶されている。
【００４０】
本実施形態においては、サーバ室１０への給気温度目標範囲および給気湿度目標範囲として、米国暖房冷凍空調学会（ＡＳＨＲＡＥ；American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers）の規定を参考にして設定された範囲である、温度：18〜35℃、絶対湿度0.0056〜0.0107kg/kg且つ相対湿度60％以下とする範囲情報が記憶されているものとする。
【００４１】
このように給気目標範囲情報記憶部２９１に給気温度目標範囲および給気湿度目標範囲が記憶されている状態で、空調制御装置２９において、各機器の制御が行われるときの動作について説明する。
【００４２】
まず、外気温湿度計測値取得部２９２で取得された外気温度計測値および外気湿度計測値が空調制御内容設定部２９３で取得される。
【００４３】
次に、空調制御内容設定部２９３において、給気目標範囲情報記憶部２９１に記憶された給気温度目標範囲および給気湿度目標範囲に基づいて、予め設定された給気温度目標範囲且つ給気湿度目標範囲内の給気を生成するための空調制御内容が設定される。以下に、空調制御内容設定部２９３で実行される空調制御内容の設定処理について、詳細に説明する。
【００４４】
まず、取得された外気温度計測値および外気湿度計測値に基づいて、現在の外気の状態が、図３に示すように分割された空気線図上のどの領域に該当するかが判定される。空気線図は、線図上に温度、絶対／相対湿度、エンタルピなどから湿り空気の状態が分かるようにした線図のことである。
【００４５】
図３の空気線図では、飽和線X100で表した相対湿度100％（飽和状態）以下の空気の状態が、上述した給気温度目標範囲（図３の温度下限線Tlおよび温度上限線Thで示す範囲）および給気湿度目標範囲（図３の絶対湿度下限線Xlおよび絶対湿度上限線Xhで示す範囲）で示される値と、この給気温度目標範囲且つ給気湿度目標範囲に該当する範囲の空気状態に対応する、エンタルピ上限線Hhで示すエンタルピの上限値およびエンタルピ下限線Hlで示すエンタルピの下限値と、相対湿度上限線Rhで示す相対湿度の上限値とに基づいて、以下に示す５つの空気状態範囲を示す領域I〜Vに分割されている。本実施形態において、上述した給気温度目標範囲且つ給気湿度目標範囲に対応するエンタルピ上限値は50kJ/kg(DA)であり、エンタルピ下限値は35kJ/kg(DA)であるものとする。
【００４６】
−領域I（第１の空気状態範囲）：
領域Iは、給気温度目標範囲、且つ目標とする給気絶対湿度範囲、且つ給気相対湿度範囲と同様の範囲、つまり空気線図上において下記式（１）を満たす範囲である。
【００４７】
〔数１〕
（温度18度以上35度以下）
∩（絶対湿度0.0056 kg/kg(DA)以上0.0107 kg/kg(DA)以下）
∩（相対湿度60%以下） 式（１）
【００４８】
−領域II（第２の空気状態範囲）：
領域IIは、目標とする給気絶対湿度範囲の下限値未満であり、且つ目標とする範囲におけるエンタルピ下限値未満の範囲、つまり空気線図上において下記式（２）を満たす範囲である。
【００４９】
〔数２〕
（絶対湿度0.0056 kg/kg(DA)未満）
∩（比エンタルピ35kJ/kg(DA)未満） 式（２）
【００５０】
−領域III（第３の空気状態範囲）：
領域IIIは、目標とする給気絶対湿度の範囲内であり、且つ、目標とする給気温度範囲の下限値未満または目標とする給気相対湿度の上限値以上の範囲、つまり空気線上において下記式（３）を満たす範囲である。
【００５１】
〔数３〕
（絶対湿度0.0056 kg/kg(DA)以上0.0107 kg/kg(DA)以下）
∩｛（温度18度未満）∪（相対湿度60%以上）｝ 式（３）
【００５２】
−領域IV（第４の空気状態範囲）：
領域IVは、目標とする給気温度および給気湿度の範囲に対応するエンタルピ範囲内であり、且つ、目標とする給気絶対湿度範囲の下限値未満または目標とする給気温度範囲の上限値を超える範囲、つまり空気線上において下記式（４）を満たす範囲である。
【００５３】
〔数４〕
（比エンタルピ35kJ/kg(DA)以上比エンタルピ50kJ/kg(DA)以下）
∩｛（絶対湿度0.0056 kg/kg(DA)未満）∪（温度35℃超）｝ 式（４）
【００５４】
−領域V（第５の空気状態範囲）：
領域Vは、上記の領域I〜IV以外の範囲であるが、具体的には、図３に示すように、給気湿度目標範囲の上限値超であるか、または給気温度目標範囲且つ給気湿度目標範囲に該当する範囲の空気状態に対応するエンタルピ範囲の上限値超であり且つ給気温度目標範囲の上限値超である空気状態範囲である。
【００５５】
現在の外気の状態がこれらの領域I〜IVのうちいずれの領域に該当するかが判定されると、空調制御内容設定部２９３において、外気温湿度計測値取得部２９２で取得された外気温度計測値、外気湿度計測値、および還気温度センサ２２で計測された還気温度計測値、給気温度センサ２４７で計測された給気温度計測値、給気湿度センサ２４８で計測された給気湿度計測値が用いられ、それぞれ領域ごとに以下のように空調制御内容が設定される。ここでは空調制御対象となるのはサーバ室１０内のサーバから発生する熱による顕熱負荷であり、人の呼気等による潜熱負荷は発生しないものと仮定し、還気湿度値は、給気湿度センサ２４８で計測される給気湿度計測値と同一であるものとする。
【００５６】
−領域Iに該当する場合の空調制御内容：
現在の外気の状態が領域Iの範囲内にあるときは、外気をそのまま給気とすることが可能である。このため、排気用ダンパ２３を全開にし、還気導入用ダンパ２４１を閉じ、外気導入用ダンパ２４２を全開にすることで、外気導入比率が100％になるように制御内容が決定される。またこのときは、加湿器２４４による加湿処理、および冷却コイル２４５による混合した空気の冷却処理は行われない。
【００５７】
−領域IIに該当する場合の空調制御内容：
現在の外気の状態が領域IIの範囲内にあるときは、外気に還気を混合することで外気温度を加温するとともに加湿を行うように制御内容が決定される。具体的には、排気用ダンパ２３、還気導入用ダンパ２４１、および外気導入用ダンパ２４２の開度が外気導入比率に応じて0〜100％の間で調整されるとともに、加湿器２４４により必要量の加湿が行われるように制御内容が決定される。
【００５８】
このとき外気導入比率の目標値αは、混合後の空気が、給気目標範囲情報記憶部２９１に記憶された給気温度目標範囲且つ給気湿度目標範囲内で予め設定された給気温度目標値になるように、外気温度計測値および還気温度計測値により調整される。
【００５９】
このようにして外気導入比率が調整されて外気と還気とが混合された空気の絶対湿度値Xは、外気絶対湿度計測値Xo、還気絶対湿度計測値Xr、外気導入比率目標値αを用いると、下記式（５）のように表される。
【００６０】
〔数５〕
X = Xo×α + Xr×(1 - α) 式（５）
このため混合された空気を、目標とする温湿度状態の給気にするには、混合された空気の絶対湿度値Xと給気絶対湿度目標値Xs0との差分である Xs0-X 分の加湿が必要である。この差分の湿度値を上げるための必要加湿量は、給気流量Fsを用いると Fs×(Xs0-X)となり、この必要加湿量が供給されるように加湿器の水量を制御するための弁（図示せず）の制御内容が決定される。このとき、冷却コイル２４５による混合した空気の冷却処理は行われない。
【００６１】
なお、外気と還気とを混合後に加湿を行う際の必要加湿量は上記のように決定されるが、還気をあらかじめ絶対湿度目標値｛Xr + (X - Xs0)/(1 - α)｝になるように加湿しておくことで、混合後の加湿を不要にすることも可能である。
【００６２】
この場合、外気導入比率目標値αは、外気温度計測値To、加湿後の還気温度値Tr2、給気温度目標値Ts0とすると、下記式（６）で表される。
【００６３】
〔数６〕
α = (Tr2 - Ts0)/(Tr2 - To)×100(%) 式（６）
【００６４】
−領域IIIに該当する場合の空調制御内容：
現在の外気の状態が領域IIIの範囲内にあるときは、外気に還気を混合することで外気温度を加温するように制御内容が決定される。具体的には、排気用ダンパ２３、還気導入用ダンパ２４１、および外気導入用ダンパ２４２の開度が外気導入比率に応じて0〜100％の間で調整されるように制御内容が決定される。
【００６５】
この場合、外気導入比率目標値αは外気温度計測値To、還気温度計測値Tr、給気温度目標値Ts0とすると、下記式（７）で表される。
【００６６】
〔数７〕
α = (Tr - Ts0)/(Tr - To)×100(%) 式（７）
このとき、加湿器２４４による加湿処理、および冷却コイル２４５による混合した空気の冷却処理は行われない。
【００６７】
−領域IVに該当する場合の空調制御内容：
現在の外気の状態が領域IVの範囲内にあるときは、外気に加湿を行うように制御内容が決定される。具体的には、排気用ダンパ２３を全開にし、還気導入用ダンパ２４１を閉じ、外気導入用ダンパ２４２を全開にすることで、外気導入比率が100％にされるとともに、加湿器２４４により必要量の加湿が行われるように制御内容が決定される。
【００６８】
この場合、外気絶対湿度計測値Xo、給気湿度目標値Xs0とすると、必要加湿量はXs0-Xoである。このとき、加湿に伴って外気温度がToからTに低下する。給気温度目標値Ts0がTより低い場合は、外気温度が給気温度目標値になるように冷却コイル２４５により冷却処理が行われるように制御される。
【００６９】
−領域Vに該当する場合の空調制御内容：
現在の外気の状態が領域Vの範囲内にあるときは、還気を冷却するか、外気を冷却して給気として導入するかを判断して、いずれかの動作を行う。
【００７０】
還気を冷却する場合は、排気用ダンパ２３を閉じ、還気導入用ダンパ２４１を全開にし、外気導入用ダンパ２４２を閉じることで、外気導入比率が0％にされるとともに、冷却コイル２４５により冷却処理が行われるように制御内容が決定される。このとき、加湿器２４４による加湿処理は行われない。なお、この制御内容の決定の際、冷却コイル２４５による冷却処理と同時に、冷却コイル２４５による除湿処理を行うように制御内容を決定してもよい。
【００７１】
外気を冷却する場合は、排気用ダンパ２３を開き、還気導入用ダンパ２４１を閉じ、外気導入用ダンパ２４２を開くことで、外気導入比率が100%にされるとともに、冷却コイル２４５により冷却処理が行われるように制御内容が決定される。このとき、加湿器２４４による加湿処理は行われない。なお、この制御内容の決定の際、冷却コイル２４５による冷却処理と同時に、冷却コイル２４５による除湿処理を行うように制御内容を決定してもよい。
【００７２】
次に、還気を冷却して給気とするか、外気を冷却して給気とするかを判断する具体的な方法について示す。なお、実際の動作は空調制御内容設定部２９３で実施される。以下では、３通りの方法を示すが、いずれかの方法を採用すればよい。
【００７３】
−第１の方法：
図４では、還気のエンタルピ（還気エンタルピ）Hrと外気のエンタルピ（外気エンタルピ）Hoを比較すると、Ho>Hrの状態にあることが分かる。このような場合、エンタルピのより小さい還気を冷却して給気とすることで、より省エネ効果の高い空調制御を実行することができる。なお、Ho<Hrの場合は外気を冷却して給気とする。また、外気と還気のエンタルピが同一（すなわち、Ho=Hr）となった場合、その直前に外気を冷却して給気としていた場合はその動作を継続し、その直前に還気を冷却して給気としていた場合はその動作を継続するものとする。
【００７４】
−第２の方法：
図５では、還気温度計測値Trと外気温度計測値Toを比較すると、To>Trの状態にあることが分かる。このような場合、温度のより低い還気を冷却して給気とすることで、より省エネ効果の高い空調制御を実行することができる。なお、To<Trの場合は外気を冷却して給気とする。また、外気と還気の温度が同一（すなわち、To=Tr）となった場合、その直前に外気を冷却して給気としていた場合はその動作を継続し、その直前に還気を冷却して給気としていた場合はその動作を継続するものとする。
【００７５】
−第３の方法：
図６、図７を用いて説明する第３の方法では、還気の冷却または外気の冷却のうち、還気または外気を冷却するために消費されるエネルギーに相当する室外ユニット25の消費電力が、より少なくなる方を選択するようにする。この方法により、より省エネ効果の高い空調制御を実行することができる。以下では、図６、図７を用いて、この方法を具体的に説明する。
【００７６】
図６は、Ｃ１およびＣ２で示すように、還気または外気のどちらを冷却して給気を得る方がよいか、空気線図上での検討を示している。図７は、冷却コイル２４５の入口温湿度をXY軸に、室外ユニット２５の消費電力をZ軸に取った図であり、室外ユニット２５の消費電力特性を示している。図７において、還気または外気を冷却することを考えると、冷却コイル２４５の入口温度および入口湿度はそれぞれ、還気または外気の温湿度を示すものとなっている。
【００７７】
ここで、外気温度計測値To、外気湿度計測値Xo、還気温度計測値Tr、還気湿度計測値Xr、に対して、外気を冷却した場合の消費電力Poと、還気を冷却した場合の消費電力Prを比較すると、Po<Prの状態にあることが分かる。このような場合、外気を冷却して給気とすることで、より省エネ効果の高い空調制御を実行することができる。なお、Po>Prの場合は還気を冷却して給気とする。また、外気と還気に対する室外ユニット25の消費電力が同一（すなわち、Po=Pr）となった場合、その直前に外気を冷却して給気としていた場合はその動作を継続し、その直前に還気を冷却して給気としていた場合はその動作を継続するものとする。
【００７８】
なお、室外ユニット２５の消費電力特性が、給気ファン２４６による給気風量や、給気温度によって異なる場合、冷却コイル２４５の入口温湿度に加え、給気風量や給気温度によって、図７に例示した特性グラフを切替えてもよい。
【００７９】
上述した処理により空調制御内容設定部２９３において空調制御内容が設定されると、これに基づいて排気用ダンパ２３、還気導入用ダンパ２４１、および外気導入用ダンパ２４２の開度、加湿器２４４、冷却コイル２４５の制御量、給気ファン２４６の回転数を制御する制御信号が機器制御部２９４で生成され、各機器に送信されることにより制御が行われ、目標とする範囲内の給気温度値および給気湿度値の給気が生成される。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態によれば、外気の状態に応じて空調制御内容を切り替え、なるべく外気を利用するとともにサーバ管理に適した制御を行うことで、省エネ効果の高いサーバ管理のための空調制御を行うことができる。
【００８１】
また、なるべく外気を利用して空調制御を行うことで、サーバ室管理システムの稼働に掛かる経費を低減させることができる。
【００８２】
なお、上記実施形態においては、給気温度目標範囲および給気湿度目標範囲として、米国空調学会（ＡＳＨＲＡＥ）を参考にして定めた値を用いたがこれには限定されず、制御対象の状態等に応じて他の値を用いてもよい。また、図３のように分割された各領域は、一部もしくは全部が他の領域と重なっていてもよい。
【００８３】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８４】
１…サーバ室管理システム
１０…サーバ室
１１…二重床
１２−１〜１２−４…サーバラック
１３…コールドエリア
１４…ホットエリア
２０…空調システム
２１…還気ダクト
２２…還気温度センサ
２３…排気用ダンパ
２４…室内ユニット
２５…室外ユニット
２６…給気ダクト
２７…外気温度センサ
２８…外気湿度センサ
２９…空調制御装置
２４１…還気導入用ダンパ
２４２…外気導入用ダンパ
２４３…フィルタ
２４４…加湿器
２４５…冷却コイル
２４６…給気ファン
２４７…給気温度センサ
２４８…給気湿度センサ
２９１…給気目標範囲情報記憶部
２９２…外気温湿度計測値取得部
２９３…空調制御内容設定部
２９４…機器制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離された第１空間と第２空間とを有し、前記第１空間と前記第２空間との間にサーバが設置され、前記第１空間に流入した給気が前記サーバの発熱により加熱されて前記第２空間を経由して還気として流出するサーバ室を管理するための空調システムであって、
外気の導入量を調整して導入する外気導入装置と、
前記サーバ室の第２空間から流出された前記還気の導入量を調整して導入する還気導入装置と、
前記外気と前記還気との少なくとも一方を加湿可能な加湿器と、
前記外気と前記還気との少なくとも一方を冷却可能な冷却器と、
前記加湿器からの前記還気および前記外気と前記冷却器からの前記還気および前記外気とを前記給気として前記第１空間に流入させ、前記第２空間から前記還気を流出させる送風機と、
給気温度を計測する給気温度計測器と、
空調制御装置であって、
外気温度の計測値および外気湿度の計測値を取得する外気温湿度計測値取得部と、
前記外気温湿度計測値取得部で取得された前記外気温度の計測値および前記外気湿度の計測値と、前記給気温度計測器から取得した還気温度計測値とに基づいて、予め設定された温度および絶対湿度および相対湿度の目標範囲内の給気を生成するための空調制御内容を設定する空調制御内容設定部と、
前記空調制御内容設定部で設定された空調制御内容に基づいて、前記外気の導入量と、前記還気の導入量と、前記加湿器の制御量と、前記冷却器の制御量と、前記送風機による送風量とを制御する機器制御部と
を有するものと、
を備え、
前記空調制御内容設定部は、
外気の空気状態が、前記目標範囲の絶対湿度の上限値超であるか、または前記温度の目標範囲且つ前記絶対湿度の目標範囲に該当する範囲の空気状態に対応するエンタルピ範囲の上限値超であり且つ前記目標範囲の温度上限値超である空気状態範囲に該当すると判定したときには、外気の空気状態と還気の空気状態とを比較し、該比較の結果に応じて、
外気導入量を最小にして、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定するか、
外気導入量を最大にして、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定するか、を決定する
サーバ室管理用の空調システム。
【請求項２】
前記空調制御内容設定部は、
外気の空気状態が前記空気状態範囲に該当すると判定したときには、
外気エンタルピと還気エンタルピとを比較し、
前記比較の結果、前記還気エンタルピが前記外気エンタルピより小さい場合には、外気導入量を最小にし、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定し、
前記比較の結果、前記外気エンタルピが前記還気エンタルピより小さい場合には、外気導入量を最大にし、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定する
請求項１に記載のサーバ室管理用の空調システム。
【請求項３】
前記空調制御内容設定部は、
外気の空気状態が前記空気状態範囲に該当すると判定したときには、
外気温度と還気温度とを比較し、
前記比較の結果、前記還気温度が前記外気温度より低い場合には、外気導入量を最小にし、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定し、
前記比較の結果、前記外気温度が前記還気温度より低い場合には、外気導入量を最大にし、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定する
請求項１に記載のサーバ室管理用の空調システム。
【請求項４】
前記空調制御内容設定部は、
外気の空気状態が前記空気状態範囲に該当すると判定したときには、
予め設定された温度および絶対湿度および相対湿度の目標範囲内の給気を生成するための、前記冷却器で消費される、外気を冷却するのに必要なエネルギーと、還気を冷却するのに必要なエネルギーとを比較し、
前記比較の結果、前記還気の冷却に必要なエネルギーが前記外気の冷却に必要なエネルギーより小さい場合には、外気導入量を最小にし、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定し、
前記比較の結果、前記外気の冷却に必要なエネルギーが前記還気の冷却に必要なエネルギーより小さい場合には、外気導入量を最大にし、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定する
請求項１に記載のサーバ室管理用の空調システム。
【請求項５】
分離された第１空間と第２空間とを有し、前記第１空間と前記第２空間との間に複数のサーバが設置され、前記第１空間に流入した冷気が前記サーバの発熱により加熱されて前記第２空間から還気として流出するように気流が形成されたサーバ格納容器に、還気導入装置および給気導入装置が接続されたサーバ室管理用の空調システムの空調制御装置が、
該空調制御装置の外気温湿度計測値取得部により、外気温度計測値および外気湿度計測値を取得し、
該空調制御装置の空調制御内容設定部により、給気温度計測器から還気温度計測値を取得し、前記取得した外気温度計測値および外気湿度計測値および還気温度計測値に基づいて、予め設定された温度および絶対湿度および相対湿度の目標範囲内の給気を生成するため、外気の空気状態が、前記目標範囲の絶対湿度の上限値超であるか、または前記温度の目標範囲且つ前記絶対湿度の目標範囲に該当する範囲の空気状態に対応するエンタルピ範囲の上限値超であり且つ前記目標範囲の温度上限値超である空気状態範囲に該当すると判定したときには、外気の空気状態と還気の空気状態とを比較し、該比較の結果に応じて、外気導入量を最小にして、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定するか、外気導入量を最大にして、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定するか、を決定した上で、該当の空調制御内容を設定し、
該空調制御装置の機器制御部により、前記設定した空調制御内容に基づいて、前記外気の導入量と、前記還気の導入量と、前記加湿器の制御量と、前記冷却器の制御量と、前記送風機による送風量とを制御する
サーバ室管理用の空調制御方法。
【請求項１】
分離された第１空間と第２空間とを有し、前記第１空間と前記第２空間との間にサーバが設置され、前記第１空間に流入した給気が前記サーバの発熱により加熱されて前記第２空間を経由して還気として流出するサーバ室を管理するための空調システムであって、
外気の導入量を調整して導入する外気導入装置と、
前記サーバ室の第２空間から流出された前記還気の導入量を調整して導入する還気導入装置と、
前記外気と前記還気との少なくとも一方を加湿可能な加湿器と、
前記外気と前記還気との少なくとも一方を冷却可能な冷却器と、
前記加湿器からの前記還気および前記外気と前記冷却器からの前記還気および前記外気とを前記給気として前記第１空間に流入させ、前記第２空間から前記還気を流出させる送風機と、
給気温度を計測する給気温度計測器と、
空調制御装置であって、
外気温度の計測値および外気湿度の計測値を取得する外気温湿度計測値取得部と、
前記外気温湿度計測値取得部で取得された前記外気温度の計測値および前記外気湿度の計測値と、前記給気温度計測器から取得した還気温度計測値とに基づいて、予め設定された温度および絶対湿度および相対湿度の目標範囲内の給気を生成するための空調制御内容を設定する空調制御内容設定部と、
前記空調制御内容設定部で設定された空調制御内容に基づいて、前記外気の導入量と、前記還気の導入量と、前記加湿器の制御量と、前記冷却器の制御量と、前記送風機による送風量とを制御する機器制御部と
を有するものと、
を備え、
前記空調制御内容設定部は、
外気の空気状態が、前記目標範囲の絶対湿度の上限値超であるか、または前記温度の目標範囲且つ前記絶対湿度の目標範囲に該当する範囲の空気状態に対応するエンタルピ範囲の上限値超であり且つ前記目標範囲の温度上限値超である空気状態範囲に該当すると判定したときには、外気の空気状態と還気の空気状態とを比較し、該比較の結果に応じて、
外気導入量を最小にして、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定するか、
外気導入量を最大にして、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定するか、を決定する
サーバ室管理用の空調システム。
【請求項２】
前記空調制御内容設定部は、
外気の空気状態が前記空気状態範囲に該当すると判定したときには、
外気エンタルピと還気エンタルピとを比較し、
前記比較の結果、前記還気エンタルピが前記外気エンタルピより小さい場合には、外気導入量を最小にし、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定し、
前記比較の結果、前記外気エンタルピが前記還気エンタルピより小さい場合には、外気導入量を最大にし、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定する
請求項１に記載のサーバ室管理用の空調システム。
【請求項３】
前記空調制御内容設定部は、
外気の空気状態が前記空気状態範囲に該当すると判定したときには、
外気温度と還気温度とを比較し、
前記比較の結果、前記還気温度が前記外気温度より低い場合には、外気導入量を最小にし、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定し、
前記比較の結果、前記外気温度が前記還気温度より低い場合には、外気導入量を最大にし、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定する
請求項１に記載のサーバ室管理用の空調システム。
【請求項４】
前記空調制御内容設定部は、
外気の空気状態が前記空気状態範囲に該当すると判定したときには、
予め設定された温度および絶対湿度および相対湿度の目標範囲内の給気を生成するための、前記冷却器で消費される、外気を冷却するのに必要なエネルギーと、還気を冷却するのに必要なエネルギーとを比較し、
前記比較の結果、前記還気の冷却に必要なエネルギーが前記外気の冷却に必要なエネルギーより小さい場合には、外気導入量を最小にし、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定し、
前記比較の結果、前記外気の冷却に必要なエネルギーが前記還気の冷却に必要なエネルギーより小さい場合には、外気導入量を最大にし、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定する
請求項１に記載のサーバ室管理用の空調システム。
【請求項５】
分離された第１空間と第２空間とを有し、前記第１空間と前記第２空間との間に複数のサーバが設置され、前記第１空間に流入した冷気が前記サーバの発熱により加熱されて前記第２空間から還気として流出するように気流が形成されたサーバ格納容器に、還気導入装置および給気導入装置が接続されたサーバ室管理用の空調システムの空調制御装置が、
該空調制御装置の外気温湿度計測値取得部により、外気温度計測値および外気湿度計測値を取得し、
該空調制御装置の空調制御内容設定部により、給気温度計測器から還気温度計測値を取得し、前記取得した外気温度計測値および外気湿度計測値および還気温度計測値に基づいて、予め設定された温度および絶対湿度および相対湿度の目標範囲内の給気を生成するため、外気の空気状態が、前記目標範囲の絶対湿度の上限値超であるか、または前記温度の目標範囲且つ前記絶対湿度の目標範囲に該当する範囲の空気状態に対応するエンタルピ範囲の上限値超であり且つ前記目標範囲の温度上限値超である空気状態範囲に該当すると判定したときには、外気の空気状態と還気の空気状態とを比較し、該比較の結果に応じて、外気導入量を最小にして、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定するか、外気導入量を最大にして、前記冷却器により冷却処理が行われるように空調制御内容を設定するか、を決定した上で、該当の空調制御内容を設定し、
該空調制御装置の機器制御部により、前記設定した空調制御内容に基づいて、前記外気の導入量と、前記還気の導入量と、前記加湿器の制御量と、前記冷却器の制御量と、前記送風機による送風量とを制御する
サーバ室管理用の空調制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１０４６３９（Ｐ２０１３−１０４６３９Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５０８３７（Ｐ２０１１−２５０８３７）
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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