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】省エネ効果の高い空調制御を効率良く、確実に実行することが可能な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】空調制御対象のサーバ室から流出された還気および外気の少なくとも一方を導入し、予め設定された給気温度目標範囲且つ給気絶対湿度目標範囲且つ給気相対湿度目標範囲内の状態である目標状態の給気を生成するように、フィードバック制御で空調制御内容を設定する。このとき、外気が給気絶対湿度目標範囲の上限値以下、給気相対湿度目標範囲の上限値超、および目標状態の中に該当する予め設定された第１比エンタルピ以上であり、且つ還気が第１比エンタルピ以上である場合、または、外気と還気とを混合した給気が前記給気相対湿度目標範囲の上限値超になる場合には、目標値を切り替え、第１比エンタルピよりも高い第２比エンタルピに該当する状態の給気を生成するように空調制御目標値を設定する。
【解決手段】空調制御対象のサーバ室から流出された還気および外気の少なくとも一方を導入し、予め設定された給気温度目標範囲且つ給気絶対湿度目標範囲且つ給気相対湿度目標範囲内の状態である目標状態の給気を生成するように、フィードバック制御で空調制御内容を設定する。このとき、外気が給気絶対湿度目標範囲の上限値以下、給気相対湿度目標範囲の上限値超、および目標状態の中に該当する予め設定された第１比エンタルピ以上であり、且つ還気が第１比エンタルピ以上である場合、または、外気と還気とを混合した給気が前記給気相対湿度目標範囲の上限値超になる場合には、目標値を切り替え、第１比エンタルピよりも高い第２比エンタルピに該当する状態の給気を生成するように空調制御目標値を設定する。
【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】
一般的にデータセンターでは、多数のサーバが設置されているため発熱量が多く、これらのサーバを正常に稼働させるためには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おいて吹き出すことにより、該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、データセンター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、一般のビルの状態とは異なる特徴があるが、従来のデータセンターではこれら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】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、省エネ効果の高い空調制御を効率良く、確実に実行することが可能な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本実施形態のサーバ室管理用の空調システムは、空調制御対象のサーバ室から流出された還気および外気の少なくとも一方を導入し、予め設定された給気温度目標範囲且つ給気絶対湿度目標範囲且つ給気相対湿度目標範囲内の状態である目標状態の給気を生成するように、フィードバック制御で空調制御内容を設定する。このとき、外気が、給気絶対湿度目標範囲の上限値以下、且つ給気相対湿度目標範囲の上限値超、且つ目標状態の中に該当する予め設定された第１比エンタルピ以上であり、且つ還気が、第１比エンタルピ以上である場合、または、前記外気と前記還気とを混合した給気が前記給気相対湿度目標範囲の上限値超になる場合には、目標値設定を切り替え、目標状態の中で、第１比エンタルピよりも高い第２比エンタルピに該当する状態の給気を生成するように空調制御目標値設定する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態による空調システムの構成を示す全体図である。
【図２】一実施形態による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】一実施形態による空調システムの空調制御装置で分類される外気の状態範囲を空気線図上に示すグラフである。
【図４】一実施形態による空調システムの空調制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】一実施形態による空調システムの空調制御装置の空調制御内容設定部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
〈一実施形態によるサーバ室管理システムの構成〉
本発明の一実施形態による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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、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が設置されている。このサーバ室１０では、設置されたサーバ内のファン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、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。そして、サーバでは発生する熱が冷気により冷却されて正常に稼働可能となる。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、開度により調整する。
【００１８】
室内ユニット２４は、還気導入用ダンパ２４１と、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２４５、および給気ファン２４６と、給気温度センサ２４７と、給気湿度センサ２４８とを有する。
【００１９】
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、開度により調整する。
【００２０】
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、開度により調整する。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
室外ユニット２５は、冷却コイル２４５に接続され、冷却コイル２４５で冷気を生成する際に利用される冷媒を供給する。
【００２８】
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。
【００２９】
外気温度センサ２７は、外気温度を計測し、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、計測値を空調制御装置２９に送信する。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
空調制御内容設定部２９３は、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、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と、還気温度センサ２２で取得された還気温度計測値、給気温度センサ２４７で取得された給気温度計測値、および給気湿度センサ２４８で取得された給気湿度計測値に基づいて、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を設定する。
【００３４】
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。
【００３５】
〈一実施形態による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。
【００３６】
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。
【００３７】
本実施形態においては、サーバ室１０への給気の目標状態である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）の規定に従って、温度：18〜27℃、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。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。
【００４１】
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、エンタルピー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。
【００４２】
図３の空気線図では、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および給気湿度目標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ーの上限値および下限値とに基づいて、以下に示す４つの空気状態範囲を示す領域I〜IV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ー上限値は50kJ/kg(DA)であり、エンタルピー下限値は35kJ/kg(DA)であるものとする。
【００４３】
−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）を満たす範囲であり、サーバ室１０の給気として適した目標状態の空気である。
【００４４】
〔数１〕
（温度18度以上27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）
−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ー下限値未満の範囲、つまり空気線図上において下記式（２）を満たす範囲、および、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。
【００４５】
〔数２〕
（絶対湿度0.0056 kg/kg(DA)未満）
∩（比エンタルピー35kJ/kg(DA)未満） 式（２）
〔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）
−領域III（第３の空気状態範囲）：
領域III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ー範囲内であり、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（４）を満たす範囲である。
【００４６】
〔数４〕
（比エンタルピー35kJ/kg(DA)以上比エンタルピー50kJ/kg(DA)以下）
∩｛（絶対湿度0.0056 kg/kg(DA)未満）∪（温度27度超）｝ 式（４）
−領域IV（第４の空気状態範囲）：
領域IVは、上記の領域I〜III以外の範囲である。
【００４７】
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。
【００４８】
−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、外気がサーバ室１０の環境に適した目標状態であるため、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。
【００４９】
−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必要に応じて加湿を行って目標状態（領域Iの状態）とな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％の間で調整されるとともに、必要に応じて加湿器２４４により加湿が行われるように制御内容が決定される。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
〔数５〕
X = Xo×α + Xr ×(1-α) 式（５）
このため混合された空気が目標とする給気湿度範囲の下限値以下であるときには、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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
〔数６〕
α = (Tr2 - Ts0)/(Tr2 - To)×100(%) 式（６）
−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、外気に加湿を行って目標状態（領域Iの状態）とな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。
【００５６】
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。
【００５７】
−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、還気を冷却して目標状態（領域Iの状態）とな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、除湿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。
【００５８】
なお、現在の外気の状態が領域IVの範囲内にあるときでも、サーバ室１０内に作業者がおり換気が必要な場合は、一定量の外気を取り入れるように、予め外気導入比率に下限値を設定して制御してもよい。
【００５９】
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。
【００６０】
上述したように空調制御目標値が設定される際には、例えば上記領域I内において、最も好適な比エンタルピ状態として予め設定された第１の比エンタルピである42kJ/kg(DA)の範囲を第１の目標設定範囲Yとし、この目標設定範囲Y上のいずれかの位置に該当する状態のときの温度値および絶対湿度値が、給気温度目標値Ts0および給気湿度目標値Xs0として設定される。
【００６１】
このような設定処理において、外気の状態が上記領域IIに範囲にあるときには、図４のフローチャートに示すように実行される。
【００６２】
現在の外気の状態が上記領域IIの範囲にあるときには、まずこの第１の比エンタルピ42kJ/kg(DA)に該当する図３の空気線図の点線上のいずれかの状態の空気になるような比率で外気と還気とが混合され、その後必要に応じて加湿されて気化冷却されることで目標設定範囲Ｙ内の給気温度目標値Ts0および給気湿度目標値Xs0に該当する状態の空気に調整される。
【００６３】
この一連の制御は、通常状態では、調整後の空気の温度値および湿度値と、給気温度目標値Ts0および給気湿度目標値Xs0との差分がなくなるように、フィードバック制御により効率よく実行されている（Ｓ１）。
【００６４】
しかし、上記領域IIのうち、外気が、下記式（７）を満たす範囲の状態（図３の空気線図上の斜線部分；領域Iの給気絶対湿度目標範囲の上限値以下且つ給気相対湿度目標範囲の上限値超、且つ比エンタルピが第１の比エンタルピ以上の状態）にあり、還気が、第１の比エンタルピ以上の状態にある場合、または外気と還気とを混合した給気が第１の比エンタルピ程度であるが相対湿度が、給気条件の制約範囲である領域Iの上限値である60％より高くなる場合には（Ｓ２の「YES」）、外気と還気とを混合しても比エンタルピ42kJ/kg(DA)の状態の空気に調整することができない。
【００６５】
〔数７〕
（絶対湿度0.0107 kg/kg(DA)以下）
∩（相対湿度60%以上）｝
∩（比エンタルピー42kJ/kg(DA)以上） 式（７）
そのため空調制御装置２９では、外気のみを取り込む状態で停滞してしまい、サーバ室１０内を、サーバ室１０に好適な上記領域Iで示される状態にすることができない。
【００６６】
また、外気と還気とを混合した給気が、第１の比エンタルピ42kJ/kg(DA)程度であっても、相対湿度が60%より高くなる場合には、給気条件が制約範囲である領域Iを外れてしまう。
【００６７】
そこで、外気が領域II内の上記式（７）を満たす範囲の状態にあり、還気が第１の比エンタルピ以上の状態にある場合、または外気と還気とを混合した給気が第１の比エンタルピ程度であるが相対湿度が60％より高くなる場合には、目標値設定を切り替え（Ｓ３）、給気温度目標値Ts0および給気湿度目標値Xs0を、領域Iの範囲内で、第１の比エンタルピよりも高い第２の比エンタルピに該当する設定範囲Ｚ内の値にシフトさせる（Ｓ４）。
【００６８】
これにより、シフト後の給気温度目標値Ts0および給気湿度目標値Xs0になるような比率で外気と還気とが混合され、領域I内の好ましい状態の空気が調整されるようになる。
【００６９】
このとき例えば、図３の空気線図上で、外気の状態を示す位置と還気の状態を示す位置とを結ぶ線と、領域Iの給気相対湿度目標範囲の上限値である相対湿度60％を示す線との交点を給気温度目標値Ts0および給気湿度目標値Xs0とすることで、少ないエネルギーで効率良く制御することができる。
【００７０】
図５に、上記システムを実現するための空調制御装置２９の構成を示す。図５は、図２の空調制御装置２９の空調制御内容設定部２９３の内部構造を示している。
【００７１】
図４でも示したように、空調制御内容設定部２９３は、通常は外気条件（外気温度計測値、外気湿度計測値）、還気条件（還気温度計測値、還気温度計測値）を入力とし、機器の制御指示値を出力するようにフィードバック制御機能部２９３ａが動作している。
【００７２】
このとき、フィードバック制御の目標値は、外気が「上記式（７）を満たす範囲の状態にあり、還気が第１の比エンタルピ以上の状態にある場合、または外気と還気とを混合した給気が第１の比エンタルピ程度であるが相対湿度が60％より高くなる場合」に該当しないと目標値切替え機能部２９３ｃの判定部２９３ｃ１で判定された場合（図４のＳ２の出力が「NO」）には、空調目標値（標準値）保持部２９３ｂに保存されている標準値（第1の比エタンルピ上の目標設定範囲Ｙの値）が用いられるように、目標値切替え機能部２９３ｃの切り替えスイッチ２９３ｃ２で接続される。
【００７３】
これに対して、外気が上記式（７）の範囲にあるかまたは外気と給気とを混合した給気の相対湿度が60％より高くなると目標値切替え機能部２９３ｃの判定部２９３ｃ１で判定され、目標値変更要の場合（図４のＳ２の出力が「Yes」）、外気条件、還気条件を入力とする空調目標値作成機能部２９３ｄにより作成した第２の比エンタルピの目標値に、目標値切替え機能部２９３ｃの切り替えスイッチ２９３ｃ２により切替えが行われる。これが図５中の目標値切替え機能である。この場合、切替えられた目標値に従ってフィードバック制御が行われる。
【００７４】
その後外気条件が、「上記式（７）を満たす範囲の状態にあり、還気が第１の比エンタルピ以上の状態にある場合、または外気と還気とを混合した給気が第１の比エンタルピ程度であるが相対湿度が60％より高くなる場合」に該当しなくなった場合には（Ｓ５の「YES」）、再度通常の制御目標値設定に切り替え（Ｓ６）、空調制御が実行される。
【００７５】
以上の実施形態によれば、外気の状態に応じて空調制御内容を切り替え、外気を利用した冷却を行う時間を長くするとともにサーバ管理に適した制御を確実に行うことで、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。
【００７６】
このとき、外気、還気ともに比エンタルピが目標よりも高く、外気と還気とを混合することで目標の比エンタルピにすることができないために目標状態の空気に調整できないときにも、目標値設定を一定の範囲で切替え、目標状態の空気を得られるように調整可能とする。
【００７７】
これにより、給気が目標状態からはずれている時間を短くすることができ、サーバ室を好適な状態に保つことができる。
【００７８】
また、上記の各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）の規定に従っ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。
【００７９】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。この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、特許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】
【００８０】
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】
一般的にデータセンターでは、多数のサーバが設置されているため発熱量が多く、これらのサーバを正常に稼働させるためには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おいて吹き出すことにより、該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、データセンター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、一般のビルの状態とは異なる特徴があるが、従来のデータセンターではこれら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】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、省エネ効果の高い空調制御を効率良く、確実に実行することが可能な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本実施形態のサーバ室管理用の空調システムは、空調制御対象のサーバ室から流出された還気および外気の少なくとも一方を導入し、予め設定された給気温度目標範囲且つ給気絶対湿度目標範囲且つ給気相対湿度目標範囲内の状態である目標状態の給気を生成するように、フィードバック制御で空調制御内容を設定する。このとき、外気が、給気絶対湿度目標範囲の上限値以下、且つ給気相対湿度目標範囲の上限値超、且つ目標状態の中に該当する予め設定された第１比エンタルピ以上であり、且つ還気が、第１比エンタルピ以上である場合、または、前記外気と前記還気とを混合した給気が前記給気相対湿度目標範囲の上限値超になる場合には、目標値設定を切り替え、目標状態の中で、第１比エンタルピよりも高い第２比エンタルピに該当する状態の給気を生成するように空調制御目標値設定する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態による空調システムの構成を示す全体図である。
【図２】一実施形態による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】一実施形態による空調システムの空調制御装置で分類される外気の状態範囲を空気線図上に示すグラフである。
【図４】一実施形態による空調システムの空調制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】一実施形態による空調システムの空調制御装置の空調制御内容設定部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
〈一実施形態によるサーバ室管理システムの構成〉
本発明の一実施形態による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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、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が設置されている。このサーバ室１０では、設置されたサーバ内のファン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、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。そして、サーバでは発生する熱が冷気により冷却されて正常に稼働可能となる。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、開度により調整する。
【００１８】
室内ユニット２４は、還気導入用ダンパ２４１と、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２４５、および給気ファン２４６と、給気温度センサ２４７と、給気湿度センサ２４８とを有する。
【００１９】
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、開度により調整する。
【００２０】
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、開度により調整する。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
室外ユニット２５は、冷却コイル２４５に接続され、冷却コイル２４５で冷気を生成する際に利用される冷媒を供給する。
【００２８】
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。
【００２９】
外気温度センサ２７は、外気温度を計測し、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、計測値を空調制御装置２９に送信する。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
空調制御内容設定部２９３は、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、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と、還気温度センサ２２で取得された還気温度計測値、給気温度センサ２４７で取得された給気温度計測値、および給気湿度センサ２４８で取得された給気湿度計測値に基づいて、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を設定する。
【００３４】
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。
【００３５】
〈一実施形態による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。
【００３６】
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。
【００３７】
本実施形態においては、サーバ室１０への給気の目標状態である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）の規定に従って、温度：18〜27℃、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。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。
【００４１】
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、エンタルピー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。
【００４２】
図３の空気線図では、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および給気湿度目標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ーの上限値および下限値とに基づいて、以下に示す４つの空気状態範囲を示す領域I〜IV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ー上限値は50kJ/kg(DA)であり、エンタルピー下限値は35kJ/kg(DA)であるものとする。
【００４３】
−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）を満たす範囲であり、サーバ室１０の給気として適した目標状態の空気である。
【００４４】
〔数１〕
（温度18度以上27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）
−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ー下限値未満の範囲、つまり空気線図上において下記式（２）を満たす範囲、および、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。
【００４５】
〔数２〕
（絶対湿度0.0056 kg/kg(DA)未満）
∩（比エンタルピー35kJ/kg(DA)未満） 式（２）
〔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）
−領域III（第３の空気状態範囲）：
領域III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ー範囲内であり、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（４）を満たす範囲である。
【００４６】
〔数４〕
（比エンタルピー35kJ/kg(DA)以上比エンタルピー50kJ/kg(DA)以下）
∩｛（絶対湿度0.0056 kg/kg(DA)未満）∪（温度27度超）｝ 式（４）
−領域IV（第４の空気状態範囲）：
領域IVは、上記の領域I〜III以外の範囲である。
【００４７】
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。
【００４８】
−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、外気がサーバ室１０の環境に適した目標状態であるため、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。
【００４９】
−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必要に応じて加湿を行って目標状態（領域Iの状態）とな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％の間で調整されるとともに、必要に応じて加湿器２４４により加湿が行われるように制御内容が決定される。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
〔数５〕
X = Xo×α + Xr ×(1-α) 式（５）
このため混合された空気が目標とする給気湿度範囲の下限値以下であるときには、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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
〔数６〕
α = (Tr2 - Ts0)/(Tr2 - To)×100(%) 式（６）
−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、外気に加湿を行って目標状態（領域Iの状態）とな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。
【００５６】
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。
【００５７】
−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、還気を冷却して目標状態（領域Iの状態）とな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、除湿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。
【００５８】
なお、現在の外気の状態が領域IVの範囲内にあるときでも、サーバ室１０内に作業者がおり換気が必要な場合は、一定量の外気を取り入れるように、予め外気導入比率に下限値を設定して制御してもよい。
【００５９】
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。
【００６０】
上述したように空調制御目標値が設定される際には、例えば上記領域I内において、最も好適な比エンタルピ状態として予め設定された第１の比エンタルピである42kJ/kg(DA)の範囲を第１の目標設定範囲Yとし、この目標設定範囲Y上のいずれかの位置に該当する状態のときの温度値および絶対湿度値が、給気温度目標値Ts0および給気湿度目標値Xs0として設定される。
【００６１】
このような設定処理において、外気の状態が上記領域IIに範囲にあるときには、図４のフローチャートに示すように実行される。
【００６２】
現在の外気の状態が上記領域IIの範囲にあるときには、まずこの第１の比エンタルピ42kJ/kg(DA)に該当する図３の空気線図の点線上のいずれかの状態の空気になるような比率で外気と還気とが混合され、その後必要に応じて加湿されて気化冷却されることで目標設定範囲Ｙ内の給気温度目標値Ts0および給気湿度目標値Xs0に該当する状態の空気に調整される。
【００６３】
この一連の制御は、通常状態では、調整後の空気の温度値および湿度値と、給気温度目標値Ts0および給気湿度目標値Xs0との差分がなくなるように、フィードバック制御により効率よく実行されている（Ｓ１）。
【００６４】
しかし、上記領域IIのうち、外気が、下記式（７）を満たす範囲の状態（図３の空気線図上の斜線部分；領域Iの給気絶対湿度目標範囲の上限値以下且つ給気相対湿度目標範囲の上限値超、且つ比エンタルピが第１の比エンタルピ以上の状態）にあり、還気が、第１の比エンタルピ以上の状態にある場合、または外気と還気とを混合した給気が第１の比エンタルピ程度であるが相対湿度が、給気条件の制約範囲である領域Iの上限値である60％より高くなる場合には（Ｓ２の「YES」）、外気と還気とを混合しても比エンタルピ42kJ/kg(DA)の状態の空気に調整することができない。
【００６５】
〔数７〕
（絶対湿度0.0107 kg/kg(DA)以下）
∩（相対湿度60%以上）｝
∩（比エンタルピー42kJ/kg(DA)以上） 式（７）
そのため空調制御装置２９では、外気のみを取り込む状態で停滞してしまい、サーバ室１０内を、サーバ室１０に好適な上記領域Iで示される状態にすることができない。
【００６６】
また、外気と還気とを混合した給気が、第１の比エンタルピ42kJ/kg(DA)程度であっても、相対湿度が60%より高くなる場合には、給気条件が制約範囲である領域Iを外れてしまう。
【００６７】
そこで、外気が領域II内の上記式（７）を満たす範囲の状態にあり、還気が第１の比エンタルピ以上の状態にある場合、または外気と還気とを混合した給気が第１の比エンタルピ程度であるが相対湿度が60％より高くなる場合には、目標値設定を切り替え（Ｓ３）、給気温度目標値Ts0および給気湿度目標値Xs0を、領域Iの範囲内で、第１の比エンタルピよりも高い第２の比エンタルピに該当する設定範囲Ｚ内の値にシフトさせる（Ｓ４）。
【００６８】
これにより、シフト後の給気温度目標値Ts0および給気湿度目標値Xs0になるような比率で外気と還気とが混合され、領域I内の好ましい状態の空気が調整されるようになる。
【００６９】
このとき例えば、図３の空気線図上で、外気の状態を示す位置と還気の状態を示す位置とを結ぶ線と、領域Iの給気相対湿度目標範囲の上限値である相対湿度60％を示す線との交点を給気温度目標値Ts0および給気湿度目標値Xs0とすることで、少ないエネルギーで効率良く制御することができる。
【００７０】
図５に、上記システムを実現するための空調制御装置２９の構成を示す。図５は、図２の空調制御装置２９の空調制御内容設定部２９３の内部構造を示している。
【００７１】
図４でも示したように、空調制御内容設定部２９３は、通常は外気条件（外気温度計測値、外気湿度計測値）、還気条件（還気温度計測値、還気温度計測値）を入力とし、機器の制御指示値を出力するようにフィードバック制御機能部２９３ａが動作している。
【００７２】
このとき、フィードバック制御の目標値は、外気が「上記式（７）を満たす範囲の状態にあり、還気が第１の比エンタルピ以上の状態にある場合、または外気と還気とを混合した給気が第１の比エンタルピ程度であるが相対湿度が60％より高くなる場合」に該当しないと目標値切替え機能部２９３ｃの判定部２９３ｃ１で判定された場合（図４のＳ２の出力が「NO」）には、空調目標値（標準値）保持部２９３ｂに保存されている標準値（第1の比エタンルピ上の目標設定範囲Ｙの値）が用いられるように、目標値切替え機能部２９３ｃの切り替えスイッチ２９３ｃ２で接続される。
【００７３】
これに対して、外気が上記式（７）の範囲にあるかまたは外気と給気とを混合した給気の相対湿度が60％より高くなると目標値切替え機能部２９３ｃの判定部２９３ｃ１で判定され、目標値変更要の場合（図４のＳ２の出力が「Yes」）、外気条件、還気条件を入力とする空調目標値作成機能部２９３ｄにより作成した第２の比エンタルピの目標値に、目標値切替え機能部２９３ｃの切り替えスイッチ２９３ｃ２により切替えが行われる。これが図５中の目標値切替え機能である。この場合、切替えられた目標値に従ってフィードバック制御が行われる。
【００７４】
その後外気条件が、「上記式（７）を満たす範囲の状態にあり、還気が第１の比エンタルピ以上の状態にある場合、または外気と還気とを混合した給気が第１の比エンタルピ程度であるが相対湿度が60％より高くなる場合」に該当しなくなった場合には（Ｓ５の「YES」）、再度通常の制御目標値設定に切り替え（Ｓ６）、空調制御が実行される。
【００７５】
以上の実施形態によれば、外気の状態に応じて空調制御内容を切り替え、外気を利用した冷却を行う時間を長くするとともにサーバ管理に適した制御を確実に行うことで、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。
【００７６】
このとき、外気、還気ともに比エンタルピが目標よりも高く、外気と還気とを混合することで目標の比エンタルピにすることができないために目標状態の空気に調整できないときにも、目標値設定を一定の範囲で切替え、目標状態の空気を得られるように調整可能とする。
【００７７】
これにより、給気が目標状態からはずれている時間を短くすることができ、サーバ室を好適な状態に保つことができる。
【００７８】
また、上記の各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）の規定に従っ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。
【００７９】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。この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、特許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】
【００８０】
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】
空調制御対象のサーバ室から流出された還気の導入量を調整する手段と、
外気の導入量を調整する手段と、
前記導入された還気および外気の少なくとも一方から、予め設定された給気温度目標範囲、且つ給気絶対湿度目標範囲、且つ給気相対湿度目標範囲内の状態である目標状態の給気を生成するために、前記目標状態の中で予め設定された第１比エンタルピに該当する状態の給気を生成するように空調制御を行い、
前記外気が、前記給気絶対湿度目標範囲の上限値以下、前記給気相対湿度目標範囲の上限値超、および前記第１比エンタルピ以上であり、且つ前記還気が、前記第１比エンタルピ以上である場合、または、前記外気と前記還気とを混合した給気が前記給気相対湿度目標範囲の上限値超になる場合には、前記目標状態の中で、前記第１比エンタルピよりも高い第２比エンタルピに該当する状態の給気を生成するように、空調制御内容を切り替えて設定する空調制御内容設定部と、
この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、外気導入量、還気導入量、および空調制御量を決定して前記サーバ室を空調するための空調機器を制御する機器制御部と、
を備えることを特徴と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、前記外気が、前記給気絶対湿度目標範囲の上限値以下、且つ前記給気相対湿度目標範囲の上限値超、且つ前記第１比エンタルピ以上であり、且つ前記還気が、前記第１比エンタルピ以上である場合、または、前記外気と前記還気とを混合した給気が前記給気相対湿度目標範囲の上限値超になる場合に、空気線図上において、当該外気の状態を示す位置と当該還気の状態を示す位置とを結ぶ線と、前記目標状態の給気相対湿度目標範囲の上限値を示す線との交点の状態の給気を生成するように空調制御内容を切り替えて設定する
ことを特徴とする請求項１に記載のサーバ室管理用の空調システム。
【請求項３】
サーバ室管理用の空調システムが、
前記サーバ室から流出された還気および外気の少なくとも一方を導入し、予め設定された給気温度目標範囲、且つ給気絶対湿度目標範囲、且つ給気相対湿度目標範囲内の状態である目標状態の給気を生成するために、前記目標状態の中で予め設定された第１比エンタルピに該当する状態の給気を生成するように空調制御を行い、
前記外気が、前記給気絶対湿度目標範囲の上限値以下、前記給気相対湿度目標範囲の上限値超、および前記第１比エンタルピ以上であり、且つ前記還気が、前記第１比エンタルピ以上である場合、または、前記外気と前記還気とを混合した給気が前記給気相対湿度目標範囲の上限値超になる場合には、前記目標状態の中で、前記第１比エンタルピよりも高い第２比エンタルピに該当する状態の給気を生成するように、空調制御内容を切り替えて設定し、
この設定された空調制御内容に基づいて、外気導入量、還気導入量、および空調制御量を決定して前記サーバ室を空調するための空調機器を制御する
ことを特徴とするサーバ室管理用の空調制御方法。
【請求項４】
前記外気が、前記給気絶対湿度目標範囲の上限値以下、且つ前記給気相対湿度目標範囲の上限値超、且つ前記第１比エンタルピ以上であり、且つ前記還気が、前記第１比エンタルピ以上である場合、または、前記外気と前記還気とを混合した給気が前記給気相対湿度目標範囲の上限値超になる場合に、空気線図上において、当該外気の状態を示す位置と当該還気の状態を示す位置とを結ぶ線と、前記目標状態の給気相対湿度目標範囲の上限値を示す線との交点の状態の給気を生成するように空調制御内容を切り替えて設定する
ことを特徴とする請求項３に記載のサーバ室管理用の空調制御方法。
【請求項１】
空調制御対象のサーバ室から流出された還気の導入量を調整する手段と、
外気の導入量を調整する手段と、
前記導入された還気および外気の少なくとも一方から、予め設定された給気温度目標範囲、且つ給気絶対湿度目標範囲、且つ給気相対湿度目標範囲内の状態である目標状態の給気を生成するために、前記目標状態の中で予め設定された第１比エンタルピに該当する状態の給気を生成するように空調制御を行い、
前記外気が、前記給気絶対湿度目標範囲の上限値以下、前記給気相対湿度目標範囲の上限値超、および前記第１比エンタルピ以上であり、且つ前記還気が、前記第１比エンタルピ以上である場合、または、前記外気と前記還気とを混合した給気が前記給気相対湿度目標範囲の上限値超になる場合には、前記目標状態の中で、前記第１比エンタルピよりも高い第２比エンタルピに該当する状態の給気を生成するように、空調制御内容を切り替えて設定する空調制御内容設定部と、
この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、外気導入量、還気導入量、および空調制御量を決定して前記サーバ室を空調するための空調機器を制御する機器制御部と、
を備えることを特徴と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、前記外気が、前記給気絶対湿度目標範囲の上限値以下、且つ前記給気相対湿度目標範囲の上限値超、且つ前記第１比エンタルピ以上であり、且つ前記還気が、前記第１比エンタルピ以上である場合、または、前記外気と前記還気とを混合した給気が前記給気相対湿度目標範囲の上限値超になる場合に、空気線図上において、当該外気の状態を示す位置と当該還気の状態を示す位置とを結ぶ線と、前記目標状態の給気相対湿度目標範囲の上限値を示す線との交点の状態の給気を生成するように空調制御内容を切り替えて設定する
ことを特徴とする請求項１に記載のサーバ室管理用の空調システム。
【請求項３】
サーバ室管理用の空調システムが、
前記サーバ室から流出された還気および外気の少なくとも一方を導入し、予め設定された給気温度目標範囲、且つ給気絶対湿度目標範囲、且つ給気相対湿度目標範囲内の状態である目標状態の給気を生成するために、前記目標状態の中で予め設定された第１比エンタルピに該当する状態の給気を生成するように空調制御を行い、
前記外気が、前記給気絶対湿度目標範囲の上限値以下、前記給気相対湿度目標範囲の上限値超、および前記第１比エンタルピ以上であり、且つ前記還気が、前記第１比エンタルピ以上である場合、または、前記外気と前記還気とを混合した給気が前記給気相対湿度目標範囲の上限値超になる場合には、前記目標状態の中で、前記第１比エンタルピよりも高い第２比エンタルピに該当する状態の給気を生成するように、空調制御内容を切り替えて設定し、
この設定された空調制御内容に基づいて、外気導入量、還気導入量、および空調制御量を決定して前記サーバ室を空調するための空調機器を制御する
ことを特徴とするサーバ室管理用の空調制御方法。
【請求項４】
前記外気が、前記給気絶対湿度目標範囲の上限値以下、且つ前記給気相対湿度目標範囲の上限値超、且つ前記第１比エンタルピ以上であり、且つ前記還気が、前記第１比エンタルピ以上である場合、または、前記外気と前記還気とを混合した給気が前記給気相対湿度目標範囲の上限値超になる場合に、空気線図上において、当該外気の状態を示す位置と当該還気の状態を示す位置とを結ぶ線と、前記目標状態の給気相対湿度目標範囲の上限値を示す線との交点の状態の給気を生成するように空調制御内容を切り替えて設定する
ことを特徴とする請求項３に記載の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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１１４２７（Ｐ２０１３−１１４２７Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５７２９（Ｐ２０１１−１４５７２９）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【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１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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