JP2010270998A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】排熱風を床上フロアから床下フロアに取り込んで風量を増やし、風量不足に起因して発生する排気回り込みによるホットスポットの発生を効率的に防止することを課題とする。
【解決手段】空調システム１００の空調機２０は、冷却風を床下フロアに送風し、冷却風を床上フロアに設置された電子機器４０ａに供給する。電子機器４０ａは、空調機２０によって冷却風が供給されるとともに、排熱風を床上フロアに送風する。そして、空調システム１００は、負圧領域に接する床面に開口部１０を設け、開口部１０に取り込まれた排熱風が床上フロアから床下フロアに排気されるので、空調機２０から送風される冷却風と開口部１０に取り込まれた排熱風とが床下フロアで混合される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空調機が冷却風を床下フロアに送風し、冷却風を床上フロアに設置された電子機器に供給する空調システムに関する。

従来より、床下フロアからパネルを通過して電子機器に冷気供給するデータセンタが利用されている。このようなデータセンタは、床下フロアおよび床上フロアを有する二重床構成となっており、床上フロアに電子機器が設置されている。このようなデータセンタにおいて、ラックに搭載されている電子機器の高発熱密度化に伴い、サーバラックあたりの発熱量は増加する傾向にあり、電子機器の排気回り込みによるホットスポットの発生等が問題となっている。

ここで、データセンタにおける風の流れについて図１４を用いて説明する。同図に示すように、データセンタにおける風の流れとして、空調機から吹き出してラックに吸い込まれる流れ（図１４の（１）参照）と、空調機から吹き出して空調機が吸い込む流れ（図１４の（２）参照）と、ラックから排気されて空調機が吸い込む流れ（図１４の（３）参照）と、ラックから排気されてラックが吸い込む流れ（図１４の（４）参照）がある。

ラックから排気されてラックが吸い込む流路の風量が多い場合に、電子機器の排気回り込みによるホットスポットが発生する。また、空調機から吹き出される風量が不足している場合には、図１５に示すように、ラック下部に搭載された電子機器が冷却されているのに対して、ラック上部に搭載されている電子機器に対して冷却風が不足して冷却が行えずに、ラック上部でホットスポットが生じる。

ここで、図１５の例について具体的に説明する。図１５では、風量３００ｍ３／ｍｉｎの冷却風を温度２０ｄｅｇＣ一定で吹き出す空調機２０であって、総必要風量３２０ｍ３／ｍｉｎ（約５９ｋＷ相当）のラックを冷却する場合の例を示す。

図１５に示すように、２０ｄｅｇＣの冷却風が床下フロアとパネルを通過して電子機器搭載ラックに供給される。このとき、冷却風がラック下段に搭載された電子機器から順番に供給されるため、上段と下段で温度のばらつきが生じ、上段に積まれた電子機器が冷却風不足による排気再循環を起こしてホットスポットが生じる。

このため、このようなホットスポットを防止する方法として、空調機から噴出される風量よりも電子機器の吸い込み風量を大きくする技術が知られている。例えば、空調機吸い込み口面に接した空間である床上フロアで冷気と排気を混合させ、空調機から噴出される風量よりも電子機器の吸い込み風量を大きくする。

特開平８−３０３８１５号公報

しかしながら、上記した電子機器の吸い込み風量を大きくする技術では、空調機吸い込み口面に接した空間である床上フロアで冷気と排気を混合させるので、床下フロアから床上フロアに吹きだされた空気量のうち、その一部が電子機器に供給されずに空調機吸い込み口に直接戻ってしまい、エネルギーが有効に利用されないという課題があった。

そこで、この発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであり、排熱風を床上フロアから床下フロアに取り込んで風量を増やし、風量不足に起因して発生する排気回り込みによるホットスポットの発生を効率的に防止することを目的とする。

本願の開示する空調システムは、一つの態様において、排熱風を床上フロアから床下フロアに取り込むために、床上フロアの正圧に対して負圧となっている床下フロア内の領域である負圧領域に接する床面に開口部を設ける。

開示のシステムは、排熱風を床上フロアから床下フロアに取り込んで風量を増やし、風量不足に起因して発生する排気回り込みによるホットスポットの発生を効率的に防止することができるという効果を奏する。

図１は、実施例１に係る空調システムの構成を示すブロック図である。 図２は、開口部および空調機の詳しい構成図である。 図３は、ラックの冷却について説明するための図である。 図４は、実施例１に係る空調システムを適用したデータセンタの上面図である。 図５は、実施例１に係る空調システムを適用したデータセンタの横面図である。 図６は、実施例１に係る空調システムを適用したデータセンタの斜視図である。 図７は、シミュレーション結果を示す図である。 図８は、シミュレーション結果を示す図である。 図９は、シミュレーション結果を示す図である。 図１０は、圧力分布について説明するための図である。 図１１は、開口部の設置位置の例を示す図である。 図１２は、シミュレーション結果を示す図である。 図１３は、実施例２に係る空調システムの構成を示すブロック図である。 図１４は、空調システムにおける風の流れを説明するための図である。 図１５は、従来のラックの冷却について説明するための図である。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る空調システムの実施例を詳細に説明する。

以下の実施例では、実施例１に係る空調システムの構成および処理の流れを順に説明し最後に実施例１による効果を説明する。

［空調システムの構成］
次に、図１を用いて、空調システム１００の構成を説明する。図１は、実施例１に係る空調システムの構成を示すブロック図である。同図に示すように、この空調システム１００は、床上フロア１ａおよび床下フロア１ｂの二重床構成となっており、空調機２０が冷却風を床下フロア１ｂに送風し、床上フロア１ａに設置された電子機器４０ａに冷却風を供給する。電子機器４０ａに冷却風供給する為の床面開口パネルは排熱風との混合を防ぐ為に、通常、電子機器に隣接するところに設けられる。以下にこれら各部について説明する。

電子機器に冷却風を供給するために電子機器に隣接して設けられた床面開口パネルとは別に設けられた開口部１０は、排熱風を床上フロア１ａから床下フロア１ｂに取り込むために、床上フロア１ａの正圧に対して負圧となっている床下フロア１ｂ内の領域である負圧領域に接する床面タイル３１に設けられている。

空調機２０は、床下フロア１ｂに送風するブロワ２１と、電子機器４０ａの排熱風を冷却する熱交換器２４とを有し、冷却風を床下フロア１ｂにブロワ２１で送風し、冷却風を床面開口パネル５０を介して床上フロア１ａに設置された電子機器４０ａに供給する。

ここで、図２を用いて開口部１０および空調機２０の詳しい構成について説明する。図２は、開口部および空調機の詳しい構成図である。同図に示すように、開口部１０は、空調機の近傍における負圧領域に接する床面タイル３１上に設置されている。

空調機２０は、ブロワ２１、空調機吸い込み口２３、熱交換器２４を有する。ブロワ２１は、内蔵されるモータ２１ａで駆動させて、空調機吹き出し口から床下フロア１ｂに冷却風を送風する。

熱交換器２４は、空調機吸い込み口２３によって吸い込まれた電子機器４０ａの排熱風を冷却し、冷却された冷却風をブロワ２１に送風させる。

ここで、図３を用いて、ラックの冷却について詳しく説明する。図３は、ラックの冷却について説明する。図３では、風量３００ｍ３／ｍｉｎの冷却風を温度２０ｄｅｇＣ一定で吹き出す空調機２０であって、総必要風量３２０ｍ３／ｍｉｎ（約５９ｋＷ相当）のラックを冷却する場合の例を示す。

同図に示すように、空調機２０で冷却された後、ブロワから吹き出された温度２０ｄｅｇＣ、風量３００ｍ３／ｍｉｎの冷却風が開口部１０に取り込まれた排熱風３０ｄｅｇＣ、２０ｍ３／ｍｉｎと混合して、トータル３２０ｍ３／ｍｉｎの風が床上フロアに吹き出される。

つまり、空調システム１では、電子機器の排熱風を取り込むために、空床下内で風が混合される冷却風の平均温度が上昇するものの、冷却風の風量を増加させることができる結果、ラック吸気面上での温度のバラツキを防止し、ホットスポットを防止することが可能である。

図１の説明に戻って、電子機器４０ａは、床面タイル３１上に設置されたラック４０に搭載されており、空調機２０によって冷却風が供給されるとともに、排熱風を床上フロア１ａに送風する。

床面開口パネル５０は、床下フロア１ｂに送風された冷却風を床上フロア１ａに供給するために、ラック４０近傍の床面タイル上に設置された開口パネルである。

ここで、図４〜図１２を用いて、実施例１に係る空調システム１を適用したデータセンタをモデル化し、床下フロア高さ、空調機風量、空調機吹き出し開口部面積をパラメータとして行ったシミュレーションの結果について説明する。まず、シミュレーション対象である空調システムを適用したセンタについて、図４〜図６を用いて説明する。図４は、実施例１に係る空調システムを適用したデータセンタの上面図である。図５は、実施例１に係る空調システムを適用したデータセンタの横面図である。図６は、実施例１に係る空調システムを適用したデータセンタの斜視図である。

図４〜図６に示すように、シミュレーション対象のデータセンタのモデルとして、部屋サイズが「７．２［ｍ］かける１０．８［ｍ］（Ｗ×Ｄ）」、床上フロア高さが「２．５［ｍ］」、床面パネル３０のサイズが「０．６［ｍ］×０．６［ｍ］（Ｗ×Ｄ）、開口部１０の面積が「０．８［ｍ］ × ０．６［ｍ］ （Ｗ×Ｄ）」を設定する。

まず、シミュレーション処理として、パラメータ（床下フロア高さ、空調機風量）を変更した場合に、床上フロアの圧力に対して床下フロアで負圧となる負圧領域の範囲で空調機前面からの最大垂直距離ｄ［ｍ］（以下、負圧距離と呼ぶ）の値がどのように変化するかを確認した。

このシミュレーション結果を図７〜図９に示す。図７〜図９は、シミュレーション結果を示す図である。図７および図８の例は、床下フロア高さを変更した場合における負圧距離ｄの値の変化を確認するためのシミュレーション結果である。図７および図８に例示するように、シミュレーション結果では、床下フロア低いほど負圧距離ｄの値が大きくなっている。

また、図９の例は、空調機風量を変更した場合における負圧距離ｄの値の変化を確認するためのシミュレーション結果である。図９に示すように、空調機風量が大きいほど負圧距離ｄの値が大きくなる。

ここで、図１０を用いて、床下の圧力分布について説明する。図１０は、圧力分布について説明するための図である。同図に示すように、床下フロアの高さを変更した場合における負圧距離ｄの変化と、床面から−０．０４［ｍ］の高さの圧力分布の変化とを示している。ここで、図１０の例では、黒い部分が、床上フロアの正圧に対して負圧となっている床下フロア内の領域である負圧領域を示している。図１０に示すように、床下フロアの高さが高いほど、負圧距離ｄが短くなっている。

また、図１０に例示するように、床下フロアの高さが「ｈ＝０．９」である場合には、空調機に対して電子機器を設置している側に負圧領域がなく、空調機に対して電子機器を設置している側とは反対側に負圧領域が存在する。このようなデータセンタの場合には、空調機に対して電子機器を設置している側とは反対側に開口部を設けるようにしてもよい。つまり、このようなシミュレーション結果をもとに、データセンタの条件に適した開口部の位置を決めることができる。

次に、図１１、図１２を用いて、実施例１に係る空調システム１を適用したデータセンタをモデル化し、床上フロアに対して負圧となる床下エリアに床面開口パネル５０を設けてシミュレーションを行った場合のシミュレーション結果である風量増加効果について説明する。図１１および図１２の例では、空調機の風量が４．０[ｍ３／ｓ]、吹き出し温度が２０ｄｅｇＣに設定された状態でのシミュレーション行ったものとする。図１１は、開口部の設置位置の例を示す図である。図１２は、シミュレーション結果を示す図である。

図１１に示すように、シミュレーション対象のデータセンタのモデルとして、空調機近傍の負圧領域に開口部が設置されている。また、データセンタの各床面開口パネルに対して識別番号（図１２では、「Ｇｒｉｌｌ Ｎｏ．」）１〜２０が割り当てられている。

このようなデータセンタにおけるシミュレーション結果を図１２に示す。図１２では、シミュレーション結果として、開口部１０および各床面開口パネル５０の風量、開口部１０および各床面開口パネル５０の吹き出し温度を示す。

具体的には、図１２では、各グリルの識別番号である「Ｇｒｉｌｌ Ｎｏ．」と、各グリルから吹き出された風の風量である「Ａｉｒ Ｆｌｏｗ」と、吹き出された風の温度である「Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ」とを対応付けて示されている。

図１２に示すように、実施例１に係る空調システム１を適用したデータセンタでは、空調機の風量が４．０[ｍ３／ｓ]に対して０．８７[ｍ３／ｓ]の風量増加を達成している。また、実施例１に係る空調システム１を適用したデータセンタでは、各グリルから吹き出された風の温度について、空調機の吹き出し温度２０ｄｅｇＣに対して０．９５〜１．１３ｄｅｇＣの温度上昇に抑えている。

[実施例１の効果]
上述してきたように、空調システム１００は、実施例１の空調システム１では、排熱風を床上フロアから床下フロアに取り込むために、負圧領域に接する床面に開口部４を設けたので、排熱風を床上フロアから床下フロアに取り込んで風量を増やし、風量不足に起因して発生する排気回り込みによるホットスポットの発生を効率的に防止することが可能である。

ところで、上記の実施例１では、開口部が常に開いている場合を説明したが、本実施例はこれに限定されるものではなく、開口部の開閉を制御できるようにしてもよい。

そこで、以下の実施例２では、開口部を通過する風の向きを検知し、開口部を通過する風の向きに応じて開口部の開閉を制御する場合として、図１３を用いて、実施例２に係る空調システムの構成を説明する。図１３は、実施例２に係る空調システムの構成を示すブロック図である。

同図に示すように、実施例２に係る空調システム１００ａは、実施例１の空調システム１００と比較して、風向風速センサ６０と、開口パネル制御部７０とが新たに設けられている点が異なる。開口部１０は、開閉可変となっており、後述する開口パネル制御部７０によって開閉が制御されている。

風向風速センサ６０は、床下に排熱風を取り込む為に設けられた開口部１０について、開口部１０を通過する風の向きを検知する。そして、風向風速センサ６０は、開口パネル制御部７０に検知した結果を通知する。

床下に排熱風を取り込む為に設けられた開口部１０について、開口パネル制御部７０は、風の向きが床上から床下であると検知された場合には、開口部１０を開くように制御し、風向風速センサ６０によって前記風の向きが床下から床上であると検知された場合には、開口部１０を閉じるように制御する。

このように、上記の実施例２では、空調システム１００ａは、開口部１０を通過する風の向きを風向風速センサ６０で検知する。そして、空調システム１００ａは、風向風速センサ６０によって、床下に排熱風を取り込む為に設けられた開口部１０については、風の向きが床上から床下であると検知された場合には、開口部１０を開くように制御し、風向風速センサ６０によって風の向きが床下から床上であると検知された場合には、開口部１０を閉じるように制御する。このため、床下に排熱風を取り込む為に設けられた開口部１０について、風の向きが床下から床上であると検知された場合には、開口部１０を閉じることで、床上フロアで冷気排気が混合しないようにすることが可能である。

さて、これまで本発明の実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下では実施例３として本発明に含まれる他の実施例を説明する。

（１）圧力情報を用いて開口部を開閉
上記の実施例２では、開口部を通過する風の向きを検知し、開口部を通過する風の向きに応じて開口部の開閉を制御する場合を説明したが、本実施例はこれに限定されるものではなく、開口部の床下圧力情報を検知し、開口部の床下圧力情報に応じて開口部の開閉を制御してもよい。

具体的には、空調システムは、開口部の床下圧力情報を検知する床下圧力センサと、開口部の床下圧力情報に応じて開口部の開閉を制御する開口パネル制御部とを有する。そして、空調システムの開口パネル制御部は、床下圧力センサによって検知された床下圧力情報が所定の閾値以下である場合には、床下に排熱風を取り込む為に設けられた開口部については、開口部を開くように制御し、床下圧力センサによって検知された床下圧力情報が所定の閾値以上である場合には、開口部を閉じるように制御する。

このように、空調システムは、床下に排熱風を取り込む為に設けられた開口部について、開口部の床下圧力情報を検知し、検知された床下圧力情報が所定の閾値以下である場合には、開口部を開くように制御し、床下圧力センサによって検知された床下圧力情報が所定の閾値以上である場合には、開口部を閉じるように制御する。このため、床下圧力情報が所定の閾値以上である場合には、開口部を閉じることで、床上フロアで冷気排気が混合しないようにすることが可能である。

１、１００ 空調システム
１ａ 床上フロア
１ｂ 床下フロア
１０ 開口部
２０ 空調機
２１ ブロワ
２２ 空調機吹き出しダクト
２３ 空調機吸い込み口
２４ 熱交換器
３１ 床面タイル
４０ ラック
４０ａ 電子機器

Claims (3)

1. 床下フロアを有し、床に設置された電子機器の冷却を行う空調システムであって
   冷却風を前記床下フロアに送風する空調機と、
   床面の前記電子機器に冷却風を供給する位置に設けられた床面開口パネルと、
   前記空調機の送風時に、前記床上フロアの正圧に対して負圧となっている床下フロア内の領域である負圧領域に接する床面に設けられた開口部と、
   を備えることを特徴とする空調システム。
2. 床下に排熱風を取り込むために設けられた開口部について、当該開口パネルを通過する風の向きを検知する風向風速センサと、
   前記風向風速センサによって前記風の向きが床上から床下であると検知された場合には、前記開口部を開くように制御し、前記風向風速センサによって前記風の向きが床下から床上であると検知された場合には、前記開口部を閉じるように制御する開口パネル制御部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
3. 床下に排熱風を取り込むために設けられた開口部について、当該開口部の床下圧力情報を検知する床下圧力センサと、
   前記床下圧力センサによって検知された前記床下圧力情報が所定の閾値以下である場合には、前記開口部を開くように制御し、前記床下圧力センサによって検知された前記床下圧力情報が所定の閾値以上である場合には、前記開口部を閉じるように制御する開口パネル制御部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。

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