空気調和システム
【課題】ＩＴ機器等の負荷機器の負荷状況に迅速に追従した空気調和を行うことができる空気調和システムを得る。
【解決手段】冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１０、熱交換により冷媒を凝縮させる凝縮器２０、凝縮に係る冷媒を減圧する絞り装置３０及び冷媒との熱交換により、空気調和を行う空間の空気を冷却するための蒸発器４０とを配管接続して冷媒回路を構成し、蒸発器４０により冷却した空気を空間に送り込む送風機５０を有する１又は複数の空気調和装置１と、空間から吸い込んだ空気にＩＴ機器３が放熱して生じる空調負荷を検出するための温度センサー５等の負荷検出手段と、負荷検出手段の検出に係る空調負荷に基づいて、空気調和装置を制御する制御装置１００とを備えるものである。
【解決手段】冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１０、熱交換により冷媒を凝縮させる凝縮器２０、凝縮に係る冷媒を減圧する絞り装置３０及び冷媒との熱交換により、空気調和を行う空間の空気を冷却するための蒸発器４０とを配管接続して冷媒回路を構成し、蒸発器４０により冷却した空気を空間に送り込む送風機５０を有する１又は複数の空気調和装置１と、空間から吸い込んだ空気にＩＴ機器３が放熱して生じる空調負荷を検出するための温度センサー５等の負荷検出手段と、負荷検出手段の検出に係る空調負荷に基づいて、空気調和装置を制御する制御装置１００とを備えるものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は空気調和システムに関するものである。特にＩＴ機器等がある情報通信機械室（以下、データセンターという）に１台以上の空気調和装置を設置して行う空気調和の制御に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、熱を発生する機器（負荷機器）となるＩＴ機器（サーバー、スーパーコンピューター、メインフレーム、ルーター、ストレージなど）は、熱に弱く、高温になると異常な処理動作等を行うため、冷却を行う必要がある。このため、これらのＩＴ機器を設定するデータセンターには、１台以上の空気調和装置を設置し、データセンター内の温度管理を行っている。
【０００３】
近年、ＩＴ機器の処理能力の向上等により１ラックあたりの発熱密度の上昇に伴い、省エネルギーを図ることができる空気調和システムの要求が高まっている。従来のデータセンターにおける空気調和システムは、データセンター内（室内）、空気調和装置内等に設置した一つ以上の温度センサー（温度検出手段）により、ＩＴ機器が異常に至らない温度にデータセンター内の温度を制御している（例えば、特許文献１参照）。また、ＩＴ機器と空気調和装置とをネットワーク接続することにより、ＩＴ機器による空調負荷（以下、負荷という）の情報を一元管理し、空気調和装置からデータセンター内に送る風量を制御することで、データセンター内の温度を制御するようにしている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１１８８３７号公報
【特許文献２】特開２００９−２９３８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のデータセンターにおける空気調和システムでは、例えば空気調和装置内等に設置された温度センサーに基づいてデータセンター内の温度を制御している場合には、例えば、ＩＴ機器による負荷に対し、迅速に追従することが困難であった。また、通常、データセンター内には複数のＩＴ機器が設置されているが、各々のＩＴ機器にかかる負荷を予測することが困難であるため、設置されているＩＴ機器における負荷の最大値に対し、データセンター内の温度を設定している。このため、例えば負荷の低い場合でも過剰な空気調和を行うケースが存在していた。さらに、例えば、データセンターにおける負荷を判断するための負荷検出手段を配置する場合において、メンテナンス性を悪化させる位置にあるものがあるため、例えば効率の悪化を招いていた。そして、例えばネットワークを介してＩＴ機器の負荷を管理する場合には、設備の投資などで膨大なコストを費やす必要があった。
【０００６】
この発明は、例えば上記のような課題を解決するためになされたもので、例えばＩＴ機器が整列したデータセンター内において、ＩＴ機器の負荷状況に対して迅速に追従して空気調和装置を制御して空気調和を行うことができる空気調和システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る空気調和システムは、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、熱交換により冷媒を凝縮させる凝縮器、凝縮に係る冷媒を減圧する絞り装置及び冷媒との熱交換により、負荷機器が設置された空間内の空気を冷却するための蒸発器とを配管接続して冷媒回路を構成し、蒸発器が冷却した空気を空間に送るための送風機を有する１又は複数の空気調和装置と、負荷機器が空間に放熱して生じる空調負荷を検出するための負荷検出手段と、負荷検出手段の検出に係る空調負荷に基づいて、空気調和装置を制御する制御装置とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の効果として、ＩＴ機器の排熱温度から機器の負荷範囲を算出し、機器を稼動できる温度で、かつ過剰冷却とならないような雰囲気温度にデータセンター等の空間内の温度を保つことができるように空調機温度を変更するように構成したもので、余分な電力を使用せずにデータセンター温度を最適温度に保つことができるという省エネルギーでの運営が可能という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１におけるデータセンターの位置関係等を示す図である。
【図２】実施の形態１における空気の流れ等を示す図である。
【図３】この実施の形態１に係る空気調和装置１の構成を示す図である。
【図４】ＩＴ機器３と温度センサー５との位置関係を表す図である。
【図５】赤外線センサー８の設置を説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る空気調和システムの制御装置１００を中心とする構成を示す図である。
【図７】制御装置１００が行う処理のフローチャートを表す図である。
【図８】目標温度Ｔ０と最低温度Ｔ１ｍｉｎ、最高温度Ｔ１ｍａｘとの関係を示す図である。
【図９】制御装置１００による処理を適用した結果の一例を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る空気調和装置１とＩＴ機器３との関係を表す図である。
【図１１】風速センサー７による目標温度Ｔ０、送風機の回転数Ｎの制御を説明するための図である。
【図１２】差圧センサーによる目標温度Ｔ０、送風機の回転数Ｎの制御を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるデータセンターにおける空気調和システムを構成する空気調和装置等の位置関係等を示す図である。また、図２は実施の形態１における空気の流れ等を示す図である。図１等に示すように、本実施の形態においては、データセンターのフロア４の壁側に沿って複数台の空気調和装置１を設置しているものとする。また、中央の部分に、負荷を生じさせる負荷機器となるＩＴ機器３を４列に並べて設置しているものとする。
【００１１】
図３はこの実施の形態１に係る空気調和装置１の構成を示す図である。空気調和装置１は、例えば、圧縮機１０、凝縮器２０、絞り装置（膨張弁）３０、蒸発器４０を順次冷媒配管で接続し、冷媒回路（冷媒循環回路）を構成している。本実施の形態では、データセンターのフロア４に蒸発器４０を設置し、ＩＴ機器３の温度上昇を抑えるため、冷却した空気を供給する。ここで、冷媒回路を循環させる冷媒として、フロン冷媒（Ｒ４０４Ａ、Ｒ４１０Ａなど）、自然冷媒（ＣＯ2 、ＮＨ3 など）などがある。
【００１２】
圧縮機１０は、冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。ここで、圧縮機１０については、例えばインバータ回路等によるモーターの回転数制御により、冷媒の吐出量を調整できるタイプの圧縮機で構成しているものとする。圧縮機の回転数は、例えば後述する制御装置１００から指示される（次に設定された）目標温度Ｔ０＊に基づいて制御する。凝縮器２０は、データセンター（フロア４）外の空気（外気）と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化させる熱交換器である。絞り装置３０は、例えば冷媒の流量を調整して冷媒を減圧させる装置である。例えば、絞り装置３０が電子膨張弁等の場合には、後述する制御装置１００から指示される（次に設定された）目標温度Ｔ０＊に基づいて開度を調整する。蒸発器４０は、フロア４内の空気との熱交換により冷媒を蒸発ガス化させる熱交換器である。
【００１３】
また、この実施の形態における空気調和装置１は、蒸発器４０において冷媒と空気との熱交換を促し、空気調和装置１から冷却した空気を吹き出すための送風機５０を有している。本実施の形態の送風機５０は、後述する制御装置１００から指示される回転数Ｎ＊に基づき、例えばインバータ回路等で回転数等を変化させて送風量を調整することができる。
【００１４】
以上のような構成の空気調和装置１は、例えば、図２に示すようにＩＴ機器３を設置した床面のさらに下側に位置する空間であるフリーアクセスフロア２に冷却した空気を吹き出し、フリーアクセスフロア２を介して、ＩＴ機器３を設置したフロア４に供給する。
【００１５】
ＩＴ機器３は、例えば内部にファン等（図示せず）を有しており、フロア４の空気をフロントパネル（吸気面）より吸込み、背面パネル（排気面）よりフロア４に排出する。ＩＴ機器３に吸い込まれた空気は、ＩＴ機器３を通過する際、ＩＴ機器３の排熱（放熱）により温められる（この排熱が負荷となる）。そして、ＩＴ機器３による排気は、空気調和装置１に取込まれて再冷却される。以上のようにして、データセンター内の空気は循環する。ここで、ＩＴ機器３は、フリーアクセスフロア２から直接空気を吸込むようにしてもよい。
【００１６】
図４はＩＴ機器３と温度センサー５との位置関係を表す図である。温度検出手段である温度センサー５は、本実施の形態では、ＩＴ機器３の排熱（負荷）が加わった排気温度を検出するための手段である。基本的にはＩＴ機器３内部の放熱源近くに取り付けることが、より正確に負荷を検出するために有効である。ＩＴ機器３の放熱源の中で最も高温となる部分は、一般的にはＣＰＵ（Central Processing Unit ）ユニットの部分である。ただ、例えばＩＴ機器３は精密機器であること、重要なデータ等が記録されている可能性があること等から、不用意に触れることはできず、ＩＴ機器３内部に取り付けることができない場合がある。また、データセンター内の通路を避けるなどしなければならない場合がある。
【００１７】
このようなことから、例えば図４（ａ）に示すように、取付板９により、ＩＴ機器３のＣＰＵユニットの部分に対応する位置の背面パネル部分に温度センサー５を取り付けて、ＩＴ機器３が排出する空気の温度を検出する。また、図４（ｂ）に示すように、スタンドにより、背面パネルのＣＰＵユニットに対応する位置に温度センサー５を取り付けるようにしてもよい。ＩＴ機器３において、最も温度の高い位置に合わせることで、負荷の高い状態に合わせた温度を検出することができるので有効である。また、データセンター内の気流解析を行って、熱だまりが起きると予想される位置に温度センサー５を配置するようにしても有効である。このようにして、フロア４における１又は複数の箇所にそれぞれ温度センサー５を取り付ける。
【００１８】
図５は赤外線センサー８の設置を説明するための図である。図５に示すように、例えばフロア４の天井に赤外線センサー８を取り付けて、例えばＩＴ機器３の排気温度等、フロア４において高温になる箇所を検出するようにしてもよい。場合によっては、赤外線センサー８を走査させて検出を行うようにしてもよい。
【００１９】
図６はこの発明の実施の形態１に係る空気調和システムの制御装置１００を中心とする構成を示す図である。図６において、制御装置１００は、ＣＰＵ１０１、入力回路１０２、メモリ１０３及び出力回路１０４を有している。ＣＰＵ１０１は、負荷検出手段から送られる信号に基づいて空気調和システム全体を制御する処理を行う。本実施の形態では、例えば温度センサー５を負荷検出手段とし、温度センサー５の検出に係る温度に基づいて、ＩＴ機器３による負荷演算を行い、空気調和装置１が供給する空気の目標温度Ｔ０、送風機５０の回転数（送風量）Ｎを制御する処理を行う。入力回路１０２は、例えば温度センサー５からの信号をＣＰＵ１０１が処理できる形式に入力変換を行う回路である。メモリ１０３は、ＣＰＵ１０１が処理を行うために必要とするデータを記憶する記憶手段である。出力回路１０４は、ＣＰＵ１０１が処理した結果（データ）を含む信号を空気調和装置１等に送るために出力変換を行う回路である。本実施の形態では、空気調和装置１には、次の目標温度Ｔ０＊と次の送風機５０の回転数Ｎ＊を指示するための信号を送る。ここでは、制御装置１００はデータセンター内を空調する複数の空気調和装置１の動作を一律に制御するものとして説明する。
【００２０】
次に本実施の形態における、空気調和装置１の空気調和によりデータセンター内のＩＴ機器３を冷却するための処理について説明する。ここで、本実施の形態では、ＩＴ機器３内における最小負荷（最小発熱量）と最大負荷（最大発熱量）とを、実験、定格等、出力に係る公称値等により事前に把握できているものとする。そして、ＩＴ機器３を通過することによる空気の温度上昇分について、最小負荷と最大負荷とに基づいて、最小負荷による温度上昇分ΔＴｍｉｎと最大負荷による温度上昇分ΔＴｍａｘとをデータとしてメモリ１０３に記憶させておく。例えばＩＴ機器３による負荷の温度上昇分ΔＴについては、例えばΔＴ＝発熱量／（空気比熱×空気密度×風量）などにより算出することができる。
【００２１】
図７は制御装置１００が行う処理のフローチャートを表す図である。図７等に基づいて空気調和装置１の制御について説明する。まず、温度センサー５の検出に基づいて、排気温度Ｔの判定を行う（Ｓ１）。ここで、特に限定するものではないが、例えばフロア４内に複数の温度センサー５が設置されている場合、本実施の形態では、複数の温度センサー５が検出した温度のうち、最も高い温度に基づいて排気温度Ｔを判定する。
【００２２】
そして、最小負荷による温度上昇分ΔＴｍｉｎと最大負荷による温度上昇分ΔＴｍａｘとに基づいて、ＩＴ機器３の吸込み温度Ｔ１が取り得る最低温度Ｔ１ｍｉｎ及び最高温度Ｔ１ｍａｘを推測する（Ｓ２）。
【００２３】
そして、ＩＴ機器３の負荷に変化がなく、目標温度Ｔ０が最低温度Ｔ１ｍｉｎ以上、最高温度Ｔ１ｍａｘ以下の範囲内にあるかどうかを判断する（Ｓ３）。目標温度Ｔ０が最低温度Ｔ１ｍｉｎ以上、最高温度Ｔ１ｍａｘ以下の範囲内にあると判断すると、現在の目標温度Ｔ０を維持した次の目標温度Ｔ０＊及び現在の送風機５０の回転数Ｎ（ｒｐｍ）を維持した次の回転数Ｎ＊を指示する信号を空気調和装置１に送る（Ｓ４）。例えば、空気調和装置１は、目標温度Ｔ０＊に基づいて圧縮機１０の回転数、絞り装置３０の開度の少なくとも一方を制御して、フリーアクセスフロア２に送る空気の温度（ＩＴ機器３の吸込み空気の温度）を維持するようにする。また、回転数Ｎ＊に基づいて送風機５０を制御する。
【００２４】
一方、目標温度Ｔ０が最低温度Ｔ１ｍｉｎ以上、最高温度Ｔ１ｍａｘ以下の範囲内にないと判断すると、ＩＴ機器３に係る負荷が高く、目標温度Ｔ０が最高温度Ｔ１ｍａｘより高い温度であるかどうかを判断する（Ｓ５）。目標温度Ｔ０が最高温度Ｔ１ｍａｘより高い温度であると判断すると、現在の目標温度Ｔ０から１℃下げた次の目標温度Ｔ０＊及び現在の送風機５０の回転数Ｎ（ｒｐｍ）からｎ増加させた次の回転数Ｎ＊を指示する信号を空気調和装置１に送る（Ｓ６）。例えば、空気調和装置１は、目標温度Ｔ０＊に基づいて圧縮機１０の回転数、絞り装置３０の開度の少なくとも一方を制御して、フリーアクセスフロア２に送る空気の温度（ＩＴ機器３の吸込み空気の温度）を下げるようにする。また、回転数Ｎ＊に基づいて送風機５０の風量を上げる。
【００２５】
目標温度Ｔ０が最高温度Ｔ１ｍａｘより高い温度でないと判断すると、目標温度Ｔ０が最低温度Ｔ１ｍｉｎより低いものと判断して、現在の目標温度Ｔ０から１℃上げた次の目標温度Ｔ０＊及び現在の送風機５０の回転数Ｎ（ｒｐｍ）からｎ減少させた次の回転数Ｎ＊を指示する信号を空気調和装置１に送る（Ｓ７）。例えば、空気調和装置１は、目標温度Ｔ０＊に基づいて圧縮機１０の回転数、絞り装置３０の開度の少なくとも一方を制御して、フリーアクセスフロア２に送る空気の温度（ＩＴ機器３の吸込み空気の温度）を上げるようにする。また、回転数Ｎ＊に基づいて送風機５０の風量を下げる。
【００２６】
図８は目標温度Ｔ０と最低温度Ｔ１ｍｉｎ、最高温度Ｔ１ｍａｘとの関係を示す図である。また、図９は制御装置１００による処理を適用した結果の一例を示す図である。上述した制御装置１００の処理において目標温度Ｔ０と最低温度Ｔ１ｍｉｎ、最高温度Ｔ１ｍａｘとの関係で場合分けを行ったものが図８に示すものとなる。
【００２７】
例えば、ＩＴ機器３において、動作可能な空気の上限となる温度は一般的に３０〜３５℃程度とされている。これ以上は、排熱がうまくできずに異常動作等となる可能性がある。このため、吸込み温度を３０〜３５℃とすることになる。以上より、ここではＩＴ機器３の負荷に基づく吸込み温度を３５℃とする。そして、空気調和装置１の目標温度Ｔ０は例えば現在２０℃とする。ここで、制御装置１００が空気調和装置１の目標温度を１℃刻みで設定できるものとする。また、送風機５０の回転数をｎ（ｒｐｍ）で制御できるものとする。ここで、本実施の形態では、吸込み温度と目標温度とが同じ温度と仮定して説明する。実際はこれらの温度が異なることから、吸込み温度が適温となるような目標温度となるように図６のような手順で制御を行うこととなる。
【００２８】
一方、前述したように、ＩＴ機器３の負荷による温度上昇分を、最小負荷、最大負荷に基づいて演算し、ΔＴｍｉｎ＝５℃、ΔＴｍａｘ＝１０℃とする。ここで、温度センサー５の検出に係る温度が３５℃であったとする。このとき、ＩＴ機器３の吸込み温度Ｔ１は、ΔＴｍｉｎ、ΔＴｍａｘから、２５℃〜３０℃の範囲にあると推測することができる。空気調和装置１において、吸込み温度が３５℃となるような空気を供給すればよいので、過剰冷却である。
【００２９】
そこで、制御装置１００は目標温度を１℃上げ、送風機５０の回転数をｎ（ｒｐｍ）下げる信号を各空気調和装置１に送る。吸込み温度Ｔ１が、ΔＴｍｉｎに基づく３５℃になる温度センサー５の検出に係る温度が４０℃になったものと判断するまで、制御装置１００は目標温度を１℃ずつ上げ続け、送風機５０の回転数をｎ（ｒｐｍ）下げ続ける処理を行う。
【００３０】
また、温度センサー５の検出に係る温度が４５℃であったとする。このとき、ＩＴ機器３の吸込み温度Ｔ１は、ΔＴｍｉｎ、ΔＴｍａｘから、３５℃〜４０℃と推測することができる。空気調和装置１において、吸込み温度が３５℃となるような空気を供給する必要があることから考えると、冷却不足である。
【００３１】
そこで、制御装置１００は目標温度を１℃下げ、送風機５０の回転数をｎ（ｒｐｍ）上げる信号を各空気調和装置１に送る。吸込み温度Ｔ１が、ΔＴｍａｘに基づく３５℃になる温度センサー５の検出に係る温度が４０℃になったものと判断するまで、制御装置１００は目標温度を１℃ずつ下げ続け、送風機５０の回転数をｎ（ｒｐｍ）上げ続ける処理を行う。
【００３２】
図９は制御装置１００による処理を適用した結果の一例を示す図である。図９に示すように、上述した制御を行うことにより、目標温度Ｔ０が最高温度Ｔ１ｍａｘと最低温度Ｔ１ｍｉｎとの間で安定する。
【００３３】
ここでは、目標温度と送風機の回転数とを両方変更するようにしたが、特に限定するものではなく、目標温度、送風機の回転数の少なくとも一方を変更するようにしてもよい。
【００３４】
以上のように、実施の形態１の空気調和システムによれば、例えば、最も温度の高い温度センサー５の検出に係る温度に基づいて、制御装置１００がＩＴ機器３にかかる負荷の判断を行い、目標温度Ｔ０＊、送風機５０の回転数Ｎ＊を変更等することにより、例えば図９に示すようにＩＴ機器３を稼動可能な吸込み温度とするように調整を行っているので、ＩＴ機器３にかかる負荷に追従したフロア４内の温度制御をすることができる。これにより、データセンターの過剰冷却することなく制御を行うことができ、省エネルギーをはかることができる。
【００３５】
このとき、温度センサー５を、邪魔にならず、保全等を行うのに都合がよい位置であるＩＴ機器３の背面等に設置することで、排気温度による負荷状況を的確に検出しつつ、メンテナンス性を向上させることができる。
【００３６】
実施の形態２．
上述した実施の形態１は、制御装置１００は、例えば温度センサー５が検出した温度に基づいて、ＩＴ機器３の負荷による温度上昇を予測し、目標温度Ｔ０等を制御するようにしたものである。本実施の形態では、ＩＴ機器３の空気の排気流量、差圧等に基づいて目標温度Ｔ０等を制御する場合について説明する。
【００３７】
図１０はこの発明の実施の形態２に係る空気調和装置１とＩＴ機器３との関係を表す図である。図１０において、図１等と同じ符号を付している機器等については、実施の形態１で説明したことと同様の動作を行う。ここで、図１０は、１台の空気調和装置１と１台のＩＴ機器３との関係を図示しているが、実施の形態１と同じように、データセンター全体の温度制御を行うためのものである。
【００３８】
ファン６は、ＩＴ機器３内に設けられ、フロントパネル（吸気面）からＩＴ機器３内を通過して背面パネル（排気面）に至る空気の流れを形成する送風機である。ここで、本実施の形態のファン６は、送風量（風速）を変化させることができるものとする。また、風速センサー７は、ＩＴ機器３の背面パネル側に設置され、ファン６により排出された空気の風速（排気流量）を検出し、制御装置１００に送る風速検出手段である。ここでは風速センサー７としているが、例えば差圧センサー（差圧検出手段）等としてもよい。本実施の形態ではこれらのセンサーが負荷検出手段となる。
【００３９】
上述した実施の形態１は、制御装置１００は、例えば温度センサー５が検出した温度に基づいて、ＩＴ機器３の負荷による温度上昇を予測し、目標温度Ｔ０等を制御するようにしたものである。本実施の形態では、ＩＴ機器３の負荷により変化するＩＴ機器３の排気の風速（排気流量）、差圧等に基づいて目標温度Ｔ０等を制御する場合について説明する。
【００４０】
例えば、ＩＴ機器３は、ファン６によりＩＴ機器３内を空気を通過させ、ＩＴ機器３内の熱をＩＴ機器３外に排熱している。このとき、例えばＩＴ機器３が有するＣＰＵ等において、ＣＰＵの温度が動作可能温度（ジャンクション温度）になるように排熱するため、ファン６の回転数をＣＰＵの温度にあわせて制御しているものがある。したがって、ＩＴ機器３を通過する空気における風速と負荷の大きさとは比例関係があることとなる。そこで、本実施の形態の空気調和システムでは、ＩＴ機器３の背面において、ファン６に係る空気が流れる位置に風速センサー７を設け、制御装置１００は風速等に基づいて、空気調和装置１の制御を行う。
【００４１】
ここで、例えばファン６が最小回転数、最大回転数で運転してるときの最小風速Ｖｍｉｎ、最大風速Ｖｍａｘをメモリ１０３にデータとして記憶しておく。また、風速センサー７の代わりに差圧センサーで差圧の検出を行っている場合には、最小差圧Ｐｍｉｎ、最大差圧Ｐｍａｘをメモリ１０３にデータとして記憶しておく。
【００４２】
図１１は風速センサー７による次の目標温度Ｔ０、送風機５０の回転数Ｎの制御を説明するための図である。図１１に示すように、本実施の形態では、制御装置１００は、風速センサー７の検出に係る風速と、最小風速Ｖｍｉｎ、最大風速Ｖｍａｘとの関係に基づいて、次の目標温度Ｔ０＊、次の送風機５０の回転数Ｎ＊を決定する。
【００４３】
例えば、ＩＴ機器３内のＣＰＵの動作可能温度（ジャンクション温度）は、一般的に８５〜１０５℃とされている。ここでは、例えばジャンクション温度を８５℃とする。そして、ジャンクション温度を８５℃に維持するため、ＩＴ機器３に搭載されたファン６が駆動する際の最小風速をＶｍｉｎ＝２ｍ／ｓｅｃとし、最大風速をＶｍａｘ＝４ｍ／ｓｅｃとする。ここで、実際に回転可能な回転数よりもマージンをとって、最小風速と最大風速とを設定し、最小風速と最大風速との幅を狭めておいてもよい。また、制御装置１００は、空気調和装置１の目標温度を１℃刻みで設定できるものとし、送風機５０の回転数を１（ｒｐｍ）で制御できるものとする。
【００４４】
制御装置１００は、風速センサー７の検出に係る風速が２ｍ／ｓｅｃである（場合によっては２ｍ／ｓｅｃ以下）と判断すれば、ＩＴ機器３の負荷に対して空気調和装置１による熱量供給が充足しているものとして、目標温度を１℃上げ、送風機５０の回転数を１（ｒｐｍ）下げる信号を各空気調和装置１に送る。また、風速センサー７の検出に係る風速が４ｍ／ｓｅｃである（場合によっては４ｍ／ｓｅｃ以上）と判断すると、ＩＴ機器３の負荷に対して空気調和装置１による熱量供給が不足しているものとして、目標温度を１℃下げ、送風機５０の回転数を１（ｒｐｍ）上げる信号を各空気調和装置１に送る。以上のようにして、制御装置１００は、風速センサー７が検出する風速が２〜４ｍ／ｓｅｃの範囲内に収まるように空気調和装置１を制御する。
【００４５】
図１２は差圧センサーによる目標温度Ｔ０、送風機５０の回転数Ｎの制御を説明するための図である。例えば、風速センサー７の代わりに差圧センサーを用いるような場合であっても、制御装置１００は有効に空気調和装置１を制御することができる。
【００４６】
ここでも目標温度Ｔ０と送風機の回転数Ｎとを両方を変更等する指示を送るようにようにしたが、特に限定するものではなく、目標温度Ｔ０＊、送風機の回転数Ｎ＊のどちらかの変更等をするようにしてもよい。
【００４７】
以上のように、実施の形態２の空気調和システムによれば、風速センサー７の検出に係る風速に基づいて、制御装置１００は空気調和装置１の目標温度Ｔ０を制御するようにしたので、ＩＴ機器３にかかる負荷に追従した温度制御をすることができる。このため、データセンターの過剰冷却を避けることが可能となり省エネルギーをはかることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 空気調和装置、２ フリーアクセスフロア、３ ＩＴ機器、４ フロア、５ 温度センサー、６ ファン、７ 風速センサー、８ 赤外線センサー、９ 取付板、１０ 圧縮機、２０ 凝縮器、３０ 絞り装置、４０ 蒸発器、５０ 送風機、１００ 制御装置、１０１ ＣＰＵ、１０２ 入力回路、１０３ メモリ、１０４ 出力回路。
【技術分野】
【０００１】
この発明は空気調和システムに関するものである。特にＩＴ機器等がある情報通信機械室（以下、データセンターという）に１台以上の空気調和装置を設置して行う空気調和の制御に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、熱を発生する機器（負荷機器）となるＩＴ機器（サーバー、スーパーコンピューター、メインフレーム、ルーター、ストレージなど）は、熱に弱く、高温になると異常な処理動作等を行うため、冷却を行う必要がある。このため、これらのＩＴ機器を設定するデータセンターには、１台以上の空気調和装置を設置し、データセンター内の温度管理を行っている。
【０００３】
近年、ＩＴ機器の処理能力の向上等により１ラックあたりの発熱密度の上昇に伴い、省エネルギーを図ることができる空気調和システムの要求が高まっている。従来のデータセンターにおける空気調和システムは、データセンター内（室内）、空気調和装置内等に設置した一つ以上の温度センサー（温度検出手段）により、ＩＴ機器が異常に至らない温度にデータセンター内の温度を制御している（例えば、特許文献１参照）。また、ＩＴ機器と空気調和装置とをネットワーク接続することにより、ＩＴ機器による空調負荷（以下、負荷という）の情報を一元管理し、空気調和装置からデータセンター内に送る風量を制御することで、データセンター内の温度を制御するようにしている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１１８８３７号公報
【特許文献２】特開２００９−２９３８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のデータセンターにおける空気調和システムでは、例えば空気調和装置内等に設置された温度センサーに基づいてデータセンター内の温度を制御している場合には、例えば、ＩＴ機器による負荷に対し、迅速に追従することが困難であった。また、通常、データセンター内には複数のＩＴ機器が設置されているが、各々のＩＴ機器にかかる負荷を予測することが困難であるため、設置されているＩＴ機器における負荷の最大値に対し、データセンター内の温度を設定している。このため、例えば負荷の低い場合でも過剰な空気調和を行うケースが存在していた。さらに、例えば、データセンターにおける負荷を判断するための負荷検出手段を配置する場合において、メンテナンス性を悪化させる位置にあるものがあるため、例えば効率の悪化を招いていた。そして、例えばネットワークを介してＩＴ機器の負荷を管理する場合には、設備の投資などで膨大なコストを費やす必要があった。
【０００６】
この発明は、例えば上記のような課題を解決するためになされたもので、例えばＩＴ機器が整列したデータセンター内において、ＩＴ機器の負荷状況に対して迅速に追従して空気調和装置を制御して空気調和を行うことができる空気調和システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る空気調和システムは、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、熱交換により冷媒を凝縮させる凝縮器、凝縮に係る冷媒を減圧する絞り装置及び冷媒との熱交換により、負荷機器が設置された空間内の空気を冷却するための蒸発器とを配管接続して冷媒回路を構成し、蒸発器が冷却した空気を空間に送るための送風機を有する１又は複数の空気調和装置と、負荷機器が空間に放熱して生じる空調負荷を検出するための負荷検出手段と、負荷検出手段の検出に係る空調負荷に基づいて、空気調和装置を制御する制御装置とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の効果として、ＩＴ機器の排熱温度から機器の負荷範囲を算出し、機器を稼動できる温度で、かつ過剰冷却とならないような雰囲気温度にデータセンター等の空間内の温度を保つことができるように空調機温度を変更するように構成したもので、余分な電力を使用せずにデータセンター温度を最適温度に保つことができるという省エネルギーでの運営が可能という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１におけるデータセンターの位置関係等を示す図である。
【図２】実施の形態１における空気の流れ等を示す図である。
【図３】この実施の形態１に係る空気調和装置１の構成を示す図である。
【図４】ＩＴ機器３と温度センサー５との位置関係を表す図である。
【図５】赤外線センサー８の設置を説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る空気調和システムの制御装置１００を中心とする構成を示す図である。
【図７】制御装置１００が行う処理のフローチャートを表す図である。
【図８】目標温度Ｔ０と最低温度Ｔ１ｍｉｎ、最高温度Ｔ１ｍａｘとの関係を示す図である。
【図９】制御装置１００による処理を適用した結果の一例を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る空気調和装置１とＩＴ機器３との関係を表す図である。
【図１１】風速センサー７による目標温度Ｔ０、送風機の回転数Ｎの制御を説明するための図である。
【図１２】差圧センサーによる目標温度Ｔ０、送風機の回転数Ｎの制御を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるデータセンターにおける空気調和システムを構成する空気調和装置等の位置関係等を示す図である。また、図２は実施の形態１における空気の流れ等を示す図である。図１等に示すように、本実施の形態においては、データセンターのフロア４の壁側に沿って複数台の空気調和装置１を設置しているものとする。また、中央の部分に、負荷を生じさせる負荷機器となるＩＴ機器３を４列に並べて設置しているものとする。
【００１１】
図３はこの実施の形態１に係る空気調和装置１の構成を示す図である。空気調和装置１は、例えば、圧縮機１０、凝縮器２０、絞り装置（膨張弁）３０、蒸発器４０を順次冷媒配管で接続し、冷媒回路（冷媒循環回路）を構成している。本実施の形態では、データセンターのフロア４に蒸発器４０を設置し、ＩＴ機器３の温度上昇を抑えるため、冷却した空気を供給する。ここで、冷媒回路を循環させる冷媒として、フロン冷媒（Ｒ４０４Ａ、Ｒ４１０Ａなど）、自然冷媒（ＣＯ2 、ＮＨ3 など）などがある。
【００１２】
圧縮機１０は、冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。ここで、圧縮機１０については、例えばインバータ回路等によるモーターの回転数制御により、冷媒の吐出量を調整できるタイプの圧縮機で構成しているものとする。圧縮機の回転数は、例えば後述する制御装置１００から指示される（次に設定された）目標温度Ｔ０＊に基づいて制御する。凝縮器２０は、データセンター（フロア４）外の空気（外気）と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化させる熱交換器である。絞り装置３０は、例えば冷媒の流量を調整して冷媒を減圧させる装置である。例えば、絞り装置３０が電子膨張弁等の場合には、後述する制御装置１００から指示される（次に設定された）目標温度Ｔ０＊に基づいて開度を調整する。蒸発器４０は、フロア４内の空気との熱交換により冷媒を蒸発ガス化させる熱交換器である。
【００１３】
また、この実施の形態における空気調和装置１は、蒸発器４０において冷媒と空気との熱交換を促し、空気調和装置１から冷却した空気を吹き出すための送風機５０を有している。本実施の形態の送風機５０は、後述する制御装置１００から指示される回転数Ｎ＊に基づき、例えばインバータ回路等で回転数等を変化させて送風量を調整することができる。
【００１４】
以上のような構成の空気調和装置１は、例えば、図２に示すようにＩＴ機器３を設置した床面のさらに下側に位置する空間であるフリーアクセスフロア２に冷却した空気を吹き出し、フリーアクセスフロア２を介して、ＩＴ機器３を設置したフロア４に供給する。
【００１５】
ＩＴ機器３は、例えば内部にファン等（図示せず）を有しており、フロア４の空気をフロントパネル（吸気面）より吸込み、背面パネル（排気面）よりフロア４に排出する。ＩＴ機器３に吸い込まれた空気は、ＩＴ機器３を通過する際、ＩＴ機器３の排熱（放熱）により温められる（この排熱が負荷となる）。そして、ＩＴ機器３による排気は、空気調和装置１に取込まれて再冷却される。以上のようにして、データセンター内の空気は循環する。ここで、ＩＴ機器３は、フリーアクセスフロア２から直接空気を吸込むようにしてもよい。
【００１６】
図４はＩＴ機器３と温度センサー５との位置関係を表す図である。温度検出手段である温度センサー５は、本実施の形態では、ＩＴ機器３の排熱（負荷）が加わった排気温度を検出するための手段である。基本的にはＩＴ機器３内部の放熱源近くに取り付けることが、より正確に負荷を検出するために有効である。ＩＴ機器３の放熱源の中で最も高温となる部分は、一般的にはＣＰＵ（Central Processing Unit ）ユニットの部分である。ただ、例えばＩＴ機器３は精密機器であること、重要なデータ等が記録されている可能性があること等から、不用意に触れることはできず、ＩＴ機器３内部に取り付けることができない場合がある。また、データセンター内の通路を避けるなどしなければならない場合がある。
【００１７】
このようなことから、例えば図４（ａ）に示すように、取付板９により、ＩＴ機器３のＣＰＵユニットの部分に対応する位置の背面パネル部分に温度センサー５を取り付けて、ＩＴ機器３が排出する空気の温度を検出する。また、図４（ｂ）に示すように、スタンドにより、背面パネルのＣＰＵユニットに対応する位置に温度センサー５を取り付けるようにしてもよい。ＩＴ機器３において、最も温度の高い位置に合わせることで、負荷の高い状態に合わせた温度を検出することができるので有効である。また、データセンター内の気流解析を行って、熱だまりが起きると予想される位置に温度センサー５を配置するようにしても有効である。このようにして、フロア４における１又は複数の箇所にそれぞれ温度センサー５を取り付ける。
【００１８】
図５は赤外線センサー８の設置を説明するための図である。図５に示すように、例えばフロア４の天井に赤外線センサー８を取り付けて、例えばＩＴ機器３の排気温度等、フロア４において高温になる箇所を検出するようにしてもよい。場合によっては、赤外線センサー８を走査させて検出を行うようにしてもよい。
【００１９】
図６はこの発明の実施の形態１に係る空気調和システムの制御装置１００を中心とする構成を示す図である。図６において、制御装置１００は、ＣＰＵ１０１、入力回路１０２、メモリ１０３及び出力回路１０４を有している。ＣＰＵ１０１は、負荷検出手段から送られる信号に基づいて空気調和システム全体を制御する処理を行う。本実施の形態では、例えば温度センサー５を負荷検出手段とし、温度センサー５の検出に係る温度に基づいて、ＩＴ機器３による負荷演算を行い、空気調和装置１が供給する空気の目標温度Ｔ０、送風機５０の回転数（送風量）Ｎを制御する処理を行う。入力回路１０２は、例えば温度センサー５からの信号をＣＰＵ１０１が処理できる形式に入力変換を行う回路である。メモリ１０３は、ＣＰＵ１０１が処理を行うために必要とするデータを記憶する記憶手段である。出力回路１０４は、ＣＰＵ１０１が処理した結果（データ）を含む信号を空気調和装置１等に送るために出力変換を行う回路である。本実施の形態では、空気調和装置１には、次の目標温度Ｔ０＊と次の送風機５０の回転数Ｎ＊を指示するための信号を送る。ここでは、制御装置１００はデータセンター内を空調する複数の空気調和装置１の動作を一律に制御するものとして説明する。
【００２０】
次に本実施の形態における、空気調和装置１の空気調和によりデータセンター内のＩＴ機器３を冷却するための処理について説明する。ここで、本実施の形態では、ＩＴ機器３内における最小負荷（最小発熱量）と最大負荷（最大発熱量）とを、実験、定格等、出力に係る公称値等により事前に把握できているものとする。そして、ＩＴ機器３を通過することによる空気の温度上昇分について、最小負荷と最大負荷とに基づいて、最小負荷による温度上昇分ΔＴｍｉｎと最大負荷による温度上昇分ΔＴｍａｘとをデータとしてメモリ１０３に記憶させておく。例えばＩＴ機器３による負荷の温度上昇分ΔＴについては、例えばΔＴ＝発熱量／（空気比熱×空気密度×風量）などにより算出することができる。
【００２１】
図７は制御装置１００が行う処理のフローチャートを表す図である。図７等に基づいて空気調和装置１の制御について説明する。まず、温度センサー５の検出に基づいて、排気温度Ｔの判定を行う（Ｓ１）。ここで、特に限定するものではないが、例えばフロア４内に複数の温度センサー５が設置されている場合、本実施の形態では、複数の温度センサー５が検出した温度のうち、最も高い温度に基づいて排気温度Ｔを判定する。
【００２２】
そして、最小負荷による温度上昇分ΔＴｍｉｎと最大負荷による温度上昇分ΔＴｍａｘとに基づいて、ＩＴ機器３の吸込み温度Ｔ１が取り得る最低温度Ｔ１ｍｉｎ及び最高温度Ｔ１ｍａｘを推測する（Ｓ２）。
【００２３】
そして、ＩＴ機器３の負荷に変化がなく、目標温度Ｔ０が最低温度Ｔ１ｍｉｎ以上、最高温度Ｔ１ｍａｘ以下の範囲内にあるかどうかを判断する（Ｓ３）。目標温度Ｔ０が最低温度Ｔ１ｍｉｎ以上、最高温度Ｔ１ｍａｘ以下の範囲内にあると判断すると、現在の目標温度Ｔ０を維持した次の目標温度Ｔ０＊及び現在の送風機５０の回転数Ｎ（ｒｐｍ）を維持した次の回転数Ｎ＊を指示する信号を空気調和装置１に送る（Ｓ４）。例えば、空気調和装置１は、目標温度Ｔ０＊に基づいて圧縮機１０の回転数、絞り装置３０の開度の少なくとも一方を制御して、フリーアクセスフロア２に送る空気の温度（ＩＴ機器３の吸込み空気の温度）を維持するようにする。また、回転数Ｎ＊に基づいて送風機５０を制御する。
【００２４】
一方、目標温度Ｔ０が最低温度Ｔ１ｍｉｎ以上、最高温度Ｔ１ｍａｘ以下の範囲内にないと判断すると、ＩＴ機器３に係る負荷が高く、目標温度Ｔ０が最高温度Ｔ１ｍａｘより高い温度であるかどうかを判断する（Ｓ５）。目標温度Ｔ０が最高温度Ｔ１ｍａｘより高い温度であると判断すると、現在の目標温度Ｔ０から１℃下げた次の目標温度Ｔ０＊及び現在の送風機５０の回転数Ｎ（ｒｐｍ）からｎ増加させた次の回転数Ｎ＊を指示する信号を空気調和装置１に送る（Ｓ６）。例えば、空気調和装置１は、目標温度Ｔ０＊に基づいて圧縮機１０の回転数、絞り装置３０の開度の少なくとも一方を制御して、フリーアクセスフロア２に送る空気の温度（ＩＴ機器３の吸込み空気の温度）を下げるようにする。また、回転数Ｎ＊に基づいて送風機５０の風量を上げる。
【００２５】
目標温度Ｔ０が最高温度Ｔ１ｍａｘより高い温度でないと判断すると、目標温度Ｔ０が最低温度Ｔ１ｍｉｎより低いものと判断して、現在の目標温度Ｔ０から１℃上げた次の目標温度Ｔ０＊及び現在の送風機５０の回転数Ｎ（ｒｐｍ）からｎ減少させた次の回転数Ｎ＊を指示する信号を空気調和装置１に送る（Ｓ７）。例えば、空気調和装置１は、目標温度Ｔ０＊に基づいて圧縮機１０の回転数、絞り装置３０の開度の少なくとも一方を制御して、フリーアクセスフロア２に送る空気の温度（ＩＴ機器３の吸込み空気の温度）を上げるようにする。また、回転数Ｎ＊に基づいて送風機５０の風量を下げる。
【００２６】
図８は目標温度Ｔ０と最低温度Ｔ１ｍｉｎ、最高温度Ｔ１ｍａｘとの関係を示す図である。また、図９は制御装置１００による処理を適用した結果の一例を示す図である。上述した制御装置１００の処理において目標温度Ｔ０と最低温度Ｔ１ｍｉｎ、最高温度Ｔ１ｍａｘとの関係で場合分けを行ったものが図８に示すものとなる。
【００２７】
例えば、ＩＴ機器３において、動作可能な空気の上限となる温度は一般的に３０〜３５℃程度とされている。これ以上は、排熱がうまくできずに異常動作等となる可能性がある。このため、吸込み温度を３０〜３５℃とすることになる。以上より、ここではＩＴ機器３の負荷に基づく吸込み温度を３５℃とする。そして、空気調和装置１の目標温度Ｔ０は例えば現在２０℃とする。ここで、制御装置１００が空気調和装置１の目標温度を１℃刻みで設定できるものとする。また、送風機５０の回転数をｎ（ｒｐｍ）で制御できるものとする。ここで、本実施の形態では、吸込み温度と目標温度とが同じ温度と仮定して説明する。実際はこれらの温度が異なることから、吸込み温度が適温となるような目標温度となるように図６のような手順で制御を行うこととなる。
【００２８】
一方、前述したように、ＩＴ機器３の負荷による温度上昇分を、最小負荷、最大負荷に基づいて演算し、ΔＴｍｉｎ＝５℃、ΔＴｍａｘ＝１０℃とする。ここで、温度センサー５の検出に係る温度が３５℃であったとする。このとき、ＩＴ機器３の吸込み温度Ｔ１は、ΔＴｍｉｎ、ΔＴｍａｘから、２５℃〜３０℃の範囲にあると推測することができる。空気調和装置１において、吸込み温度が３５℃となるような空気を供給すればよいので、過剰冷却である。
【００２９】
そこで、制御装置１００は目標温度を１℃上げ、送風機５０の回転数をｎ（ｒｐｍ）下げる信号を各空気調和装置１に送る。吸込み温度Ｔ１が、ΔＴｍｉｎに基づく３５℃になる温度センサー５の検出に係る温度が４０℃になったものと判断するまで、制御装置１００は目標温度を１℃ずつ上げ続け、送風機５０の回転数をｎ（ｒｐｍ）下げ続ける処理を行う。
【００３０】
また、温度センサー５の検出に係る温度が４５℃であったとする。このとき、ＩＴ機器３の吸込み温度Ｔ１は、ΔＴｍｉｎ、ΔＴｍａｘから、３５℃〜４０℃と推測することができる。空気調和装置１において、吸込み温度が３５℃となるような空気を供給する必要があることから考えると、冷却不足である。
【００３１】
そこで、制御装置１００は目標温度を１℃下げ、送風機５０の回転数をｎ（ｒｐｍ）上げる信号を各空気調和装置１に送る。吸込み温度Ｔ１が、ΔＴｍａｘに基づく３５℃になる温度センサー５の検出に係る温度が４０℃になったものと判断するまで、制御装置１００は目標温度を１℃ずつ下げ続け、送風機５０の回転数をｎ（ｒｐｍ）上げ続ける処理を行う。
【００３２】
図９は制御装置１００による処理を適用した結果の一例を示す図である。図９に示すように、上述した制御を行うことにより、目標温度Ｔ０が最高温度Ｔ１ｍａｘと最低温度Ｔ１ｍｉｎとの間で安定する。
【００３３】
ここでは、目標温度と送風機の回転数とを両方変更するようにしたが、特に限定するものではなく、目標温度、送風機の回転数の少なくとも一方を変更するようにしてもよい。
【００３４】
以上のように、実施の形態１の空気調和システムによれば、例えば、最も温度の高い温度センサー５の検出に係る温度に基づいて、制御装置１００がＩＴ機器３にかかる負荷の判断を行い、目標温度Ｔ０＊、送風機５０の回転数Ｎ＊を変更等することにより、例えば図９に示すようにＩＴ機器３を稼動可能な吸込み温度とするように調整を行っているので、ＩＴ機器３にかかる負荷に追従したフロア４内の温度制御をすることができる。これにより、データセンターの過剰冷却することなく制御を行うことができ、省エネルギーをはかることができる。
【００３５】
このとき、温度センサー５を、邪魔にならず、保全等を行うのに都合がよい位置であるＩＴ機器３の背面等に設置することで、排気温度による負荷状況を的確に検出しつつ、メンテナンス性を向上させることができる。
【００３６】
実施の形態２．
上述した実施の形態１は、制御装置１００は、例えば温度センサー５が検出した温度に基づいて、ＩＴ機器３の負荷による温度上昇を予測し、目標温度Ｔ０等を制御するようにしたものである。本実施の形態では、ＩＴ機器３の空気の排気流量、差圧等に基づいて目標温度Ｔ０等を制御する場合について説明する。
【００３７】
図１０はこの発明の実施の形態２に係る空気調和装置１とＩＴ機器３との関係を表す図である。図１０において、図１等と同じ符号を付している機器等については、実施の形態１で説明したことと同様の動作を行う。ここで、図１０は、１台の空気調和装置１と１台のＩＴ機器３との関係を図示しているが、実施の形態１と同じように、データセンター全体の温度制御を行うためのものである。
【００３８】
ファン６は、ＩＴ機器３内に設けられ、フロントパネル（吸気面）からＩＴ機器３内を通過して背面パネル（排気面）に至る空気の流れを形成する送風機である。ここで、本実施の形態のファン６は、送風量（風速）を変化させることができるものとする。また、風速センサー７は、ＩＴ機器３の背面パネル側に設置され、ファン６により排出された空気の風速（排気流量）を検出し、制御装置１００に送る風速検出手段である。ここでは風速センサー７としているが、例えば差圧センサー（差圧検出手段）等としてもよい。本実施の形態ではこれらのセンサーが負荷検出手段となる。
【００３９】
上述した実施の形態１は、制御装置１００は、例えば温度センサー５が検出した温度に基づいて、ＩＴ機器３の負荷による温度上昇を予測し、目標温度Ｔ０等を制御するようにしたものである。本実施の形態では、ＩＴ機器３の負荷により変化するＩＴ機器３の排気の風速（排気流量）、差圧等に基づいて目標温度Ｔ０等を制御する場合について説明する。
【００４０】
例えば、ＩＴ機器３は、ファン６によりＩＴ機器３内を空気を通過させ、ＩＴ機器３内の熱をＩＴ機器３外に排熱している。このとき、例えばＩＴ機器３が有するＣＰＵ等において、ＣＰＵの温度が動作可能温度（ジャンクション温度）になるように排熱するため、ファン６の回転数をＣＰＵの温度にあわせて制御しているものがある。したがって、ＩＴ機器３を通過する空気における風速と負荷の大きさとは比例関係があることとなる。そこで、本実施の形態の空気調和システムでは、ＩＴ機器３の背面において、ファン６に係る空気が流れる位置に風速センサー７を設け、制御装置１００は風速等に基づいて、空気調和装置１の制御を行う。
【００４１】
ここで、例えばファン６が最小回転数、最大回転数で運転してるときの最小風速Ｖｍｉｎ、最大風速Ｖｍａｘをメモリ１０３にデータとして記憶しておく。また、風速センサー７の代わりに差圧センサーで差圧の検出を行っている場合には、最小差圧Ｐｍｉｎ、最大差圧Ｐｍａｘをメモリ１０３にデータとして記憶しておく。
【００４２】
図１１は風速センサー７による次の目標温度Ｔ０、送風機５０の回転数Ｎの制御を説明するための図である。図１１に示すように、本実施の形態では、制御装置１００は、風速センサー７の検出に係る風速と、最小風速Ｖｍｉｎ、最大風速Ｖｍａｘとの関係に基づいて、次の目標温度Ｔ０＊、次の送風機５０の回転数Ｎ＊を決定する。
【００４３】
例えば、ＩＴ機器３内のＣＰＵの動作可能温度（ジャンクション温度）は、一般的に８５〜１０５℃とされている。ここでは、例えばジャンクション温度を８５℃とする。そして、ジャンクション温度を８５℃に維持するため、ＩＴ機器３に搭載されたファン６が駆動する際の最小風速をＶｍｉｎ＝２ｍ／ｓｅｃとし、最大風速をＶｍａｘ＝４ｍ／ｓｅｃとする。ここで、実際に回転可能な回転数よりもマージンをとって、最小風速と最大風速とを設定し、最小風速と最大風速との幅を狭めておいてもよい。また、制御装置１００は、空気調和装置１の目標温度を１℃刻みで設定できるものとし、送風機５０の回転数を１（ｒｐｍ）で制御できるものとする。
【００４４】
制御装置１００は、風速センサー７の検出に係る風速が２ｍ／ｓｅｃである（場合によっては２ｍ／ｓｅｃ以下）と判断すれば、ＩＴ機器３の負荷に対して空気調和装置１による熱量供給が充足しているものとして、目標温度を１℃上げ、送風機５０の回転数を１（ｒｐｍ）下げる信号を各空気調和装置１に送る。また、風速センサー７の検出に係る風速が４ｍ／ｓｅｃである（場合によっては４ｍ／ｓｅｃ以上）と判断すると、ＩＴ機器３の負荷に対して空気調和装置１による熱量供給が不足しているものとして、目標温度を１℃下げ、送風機５０の回転数を１（ｒｐｍ）上げる信号を各空気調和装置１に送る。以上のようにして、制御装置１００は、風速センサー７が検出する風速が２〜４ｍ／ｓｅｃの範囲内に収まるように空気調和装置１を制御する。
【００４５】
図１２は差圧センサーによる目標温度Ｔ０、送風機５０の回転数Ｎの制御を説明するための図である。例えば、風速センサー７の代わりに差圧センサーを用いるような場合であっても、制御装置１００は有効に空気調和装置１を制御することができる。
【００４６】
ここでも目標温度Ｔ０と送風機の回転数Ｎとを両方を変更等する指示を送るようにようにしたが、特に限定するものではなく、目標温度Ｔ０＊、送風機の回転数Ｎ＊のどちらかの変更等をするようにしてもよい。
【００４７】
以上のように、実施の形態２の空気調和システムによれば、風速センサー７の検出に係る風速に基づいて、制御装置１００は空気調和装置１の目標温度Ｔ０を制御するようにしたので、ＩＴ機器３にかかる負荷に追従した温度制御をすることができる。このため、データセンターの過剰冷却を避けることが可能となり省エネルギーをはかることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 空気調和装置、２ フリーアクセスフロア、３ ＩＴ機器、４ フロア、５ 温度センサー、６ ファン、７ 風速センサー、８ 赤外線センサー、９ 取付板、１０ 圧縮機、２０ 凝縮器、３０ 絞り装置、４０ 蒸発器、５０ 送風機、１００ 制御装置、１０１ ＣＰＵ、１０２ 入力回路、１０３ メモリ、１０４ 出力回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、熱交換により前記冷媒を凝縮させる凝縮器、凝縮に係る冷媒を減圧する絞り装置及び冷媒との熱交換により、負荷機器が設置された空間内の空気を冷却するための蒸発器とを配管接続して冷媒回路を構成し、前記蒸発器が冷却した空気を前記空間に送るための送風機を有する１又は複数の空気調和装置と、
前記負荷機器が前記空間に放熱して生じる空調負荷を検出するための負荷検出手段と、
前記負荷検出手段の検出に係る前記空調負荷に基づいて、前記空気調和装置を制御する制御装置と
を備えることを特徴とする空気調和システム。
【請求項２】
前記負荷検出手段は前記負荷機器が排出する空気の温度を検出する温度検出手段であり、
前記制御装置は、あらかじめ定められた前記負荷機器の放熱によって上昇する温度の範囲に係るデータに基づいて、前記温度検出手段が検出した温度から、前記負荷機器が前記空間から吸い込む空気の温度の範囲を推定し、該吸い込む空気の温度の範囲と前記空気調和装置が前記空間に送る空気の目標温度とを比較して、前記空気調和装置を制御することを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
【請求項３】
前記負荷検出手段は、放熱する熱量に基づいて排出する風量を変化させる前記負荷機器が排出する空気の風速を検出する風速検出手段であり、
前記制御装置は、風速検出手段が検出した風速と、あらかじめ定められた風速の範囲とを比較して、前記空気調和装置を制御することを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
【請求項４】
前記負荷検出手段は、放熱する熱量に基づいて排出する風量を変化させる前記負荷機器が排出する空気に係る差圧を検出する差圧検出手段であり、
前記制御装置は、差圧検出手段が検出した差圧と、あらかじめ定められた差圧の範囲とを比較して、前記空気調和装置を制御することを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記空気調和装置が空間に送る空気の目標温度、前記送風機の回転数の少なくとも一方を制御して、前記空気調和装置を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気調和システム。
【請求項６】
前記目標温度に基づいて、前記圧縮機の回転数、前記絞り装置の開度の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項５に記載の空気調和システム。
【請求項１】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、熱交換により前記冷媒を凝縮させる凝縮器、凝縮に係る冷媒を減圧する絞り装置及び冷媒との熱交換により、負荷機器が設置された空間内の空気を冷却するための蒸発器とを配管接続して冷媒回路を構成し、前記蒸発器が冷却した空気を前記空間に送るための送風機を有する１又は複数の空気調和装置と、
前記負荷機器が前記空間に放熱して生じる空調負荷を検出するための負荷検出手段と、
前記負荷検出手段の検出に係る前記空調負荷に基づいて、前記空気調和装置を制御する制御装置と
を備えることを特徴とする空気調和システム。
【請求項２】
前記負荷検出手段は前記負荷機器が排出する空気の温度を検出する温度検出手段であり、
前記制御装置は、あらかじめ定められた前記負荷機器の放熱によって上昇する温度の範囲に係るデータに基づいて、前記温度検出手段が検出した温度から、前記負荷機器が前記空間から吸い込む空気の温度の範囲を推定し、該吸い込む空気の温度の範囲と前記空気調和装置が前記空間に送る空気の目標温度とを比較して、前記空気調和装置を制御することを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
【請求項３】
前記負荷検出手段は、放熱する熱量に基づいて排出する風量を変化させる前記負荷機器が排出する空気の風速を検出する風速検出手段であり、
前記制御装置は、風速検出手段が検出した風速と、あらかじめ定められた風速の範囲とを比較して、前記空気調和装置を制御することを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
【請求項４】
前記負荷検出手段は、放熱する熱量に基づいて排出する風量を変化させる前記負荷機器が排出する空気に係る差圧を検出する差圧検出手段であり、
前記制御装置は、差圧検出手段が検出した差圧と、あらかじめ定められた差圧の範囲とを比較して、前記空気調和装置を制御することを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記空気調和装置が空間に送る空気の目標温度、前記送風機の回転数の少なくとも一方を制御して、前記空気調和装置を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気調和システム。
【請求項６】
前記目標温度に基づいて、前記圧縮機の回転数、前記絞り装置の開度の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項５に記載の空気調和システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２４２０４１（Ｐ２０１２−２４２０４１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１４６１４（Ｐ２０１１−１１４６１４）
【出願日】平成２３年５月２３日（２０１１．５．２３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２３日（２０１１．５．２３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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