JP2011007415A - 情報通信機械室における空調機制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】情報通信機械室における空調機制御方法に係り、特に、起動時の空調機制御方法に関する技術を提供する。
【解決手段】起動時において、空調機５は送風ファン最低風量、圧縮機最低周波数で運転されている。所定時間ごとに、圧縮機周波数が定格値（最大周波数）に到達するまでは、圧縮機の周波数を１段階アップして冷房能力を増加させる。
Ｔ１が設定温度（例えば３０℃）を下回ったか否かが判定される。Ｔ１＜３０℃のときは、送風ファンの風量を１段階アップして冷房能力を増加させる。Ｔ１≧３０℃のときは、許容限界温度超えを回避するため、送風ファンの風量は現状維持とする。以上の制御を一定時間ごとに繰り返し行い、圧縮機周波数が定格値（最大周波数）に到達した段階で、通常運転制御に移行する。
【選択図】図３

Description

本発明は、情報通信機械室における空調機制御方法に係り、特に、起動時の空調機制御方法に関する。

情報通信機械室（データセンタ）において、ＩＣＴ機器・装置類（以下、ＩＣＴ機器と総称）を収容するサーバラックは、前面から冷気を吸込み、内部の発熱部位（ＣＰＵやＨＤＤ等）を冷却して、上面又は背面から排気するタイプが多く、各ラックは同方向を向けて横一列に配置される。機械室内にはこのようなラック列が、隣接する列の吸気面と吸気面、排気面と排気面とを対向させて、複数列配置される。ここに、吸気面に挟まれた通路は二重床から冷気が供給されていることから、コールドアイルと呼ばれる。同様に、排気面に挟まれた通路はラックからの排気で温度が上がるため、ホットアイルと呼ばれる。
このようなサーバラックの配置に対応して、ＩＣＴ機器を冷却するための専用空調機（データセンタ用空調機）は、ホットアイルの高温空気を吸気し、コールドアイルに冷却された低温空気を供給する構造としている。
この場合、排気がホットアイル側からコールドアイル側に回り込むと冷却効率低下を招くため、回り込みを低減する工夫（例えば、特許文献１）や、コールドアイルの上方に空調機を設置し、コールドアイルに直接、冷気を供給する技術（例えば、特許文献２）、ラック列間に構成される空間を閉鎖空間とし、その上部に局所空調機を設ける技術（例えば、特許文献３）等、種々提案されている。

特開２００４−１８４０７０号公報 特開２００３−１６６７２９号公報 特開２００２−１５６１３６号公報

しかしながら、上記技術を採用したとしても、現状の空調機運転制御方式によれば、空調機起動時における高温空気吹き出しの問題を解消することはできない。すなわち、データセンタ用空調機として広く用いられている直膨型空調機では、いわゆる「液バック」（圧縮機に液状態の冷媒が戻ってくる状態）によるトラブルを回避するため、通常、圧縮機運転に先立って室内機送風ファンのみ運転する。このため、実質的な冷房運転となるまでの間は、コールドアイルには、ホットアイルから吸い込んだ高温排気がそのまま吹き出されることとなる。起動時における高温排気吹き出しの問題は、ＡＨＵ方式の場合も同様である。

一方、近年のＩＣＴ機器は、冷却不良によるエラーや故障の発生を避けるため、吸込み空気温度が一定以上になると自動的にシャットダウンする機能を備えているが、起動時に高温排気がそのまま吹き出されると、吹き出し温度がＩＣＴ機器のシャットダウン開始温度を上回り、空調近傍のＩＣＴ機器がシャットダウンを開始してしまうおそれが大きい。特に、局所空調機であるラック型空調機の場合、ＩＣＴ機器の近傍に設置されるため、高温の空気を吸込む可能性がさらに高く、起動時の高温空気吹き出しの問題はより深刻である。

起動時に送風ファンを小風量で運転して、高温空気の吹き出し量を減らすことは可能であるが、この場合、冷却能力の立ち上がりが遅くなってしまうという、新たな問題が発生する。特に、ＩＣＴ機器の電源をＵＰＳでバックアップする環境においては、停電により空調機が停止した場合は、一刻も早く空調機の冷却能力を回復することが求められるが、上記のような運転制御方式では対応できない。

本発明は、上記課題を解決するためのものであって、空調起動時におけるＩＣＴ機器のシャットダウン回避と、冷却能力立ち上がり迅速化を両立可能とする空調機制御技術を提供するものである。
本発明は、以下の内容を要旨とする。すなわち、本発明に係る情報通信機械室における空調制御方法は、
（１）複数のサーバラック列により、コールドアイルとホットアイルとが形成される室内において、ラック列を構成するサーバラックを一以上の空調機により冷却する情報通信機械室における空調機制御方法であって、いずれかの空調機について、圧縮機による能力制御が正常に行われる状態に至るまでは、吹き出し温度が設定温度以下となるように、当該空調機の送風ファン風量を抑制することを特徴とする。

本発明において、「一以上の空調機」とは、ベース空調機（フロアマウント空調機）のみ、局所空調機（ラック型空調機）のみ、ベース空調機と局所空調機の両方、等の種々の組み合わせを含む概念である。ベース空調機と局所空調機の組み合わせとすることにより、局所的な冷気供給過不足に対してより適切な対応が可能となる。
また、「空調機」の冷房方式は、直膨式、ＡＨＵ式のいずれをも含む。
本発明による制御の対象となる状況は、起動時であることが多い。ここに、「起動時」とは、空調停止時又は停電等による電源遮断からの立ち上がり時、サーモオン時、等をいう。但し、起動時に限らず、冷凍サイクルの不安定等が原因で、圧縮機インバータによる温度制御が行えない状態（例えば、膨張弁開度の定期キャリブレーション時等）の場合も、本発明の対象となりうる。

（２）上記（１）の発明において、前記設定温度を、サーバラック内ＩＣＴ機器の高温障害回避のためのシャットダウン開始温度より低い値に設定したことを特徴とする。
本発明によれば、吹き出し温度を常にＩＣＴ機器のシャットダウン温度より低く維持することができる。

（３）上記各発明において、前記空調機が直膨式空調機であり、前記「圧縮機による能力制御が正常に行われる状態」が、圧縮機が能力制御に移行可能なインバータ周波数となった後、一定時間経過した状態、であることを特徴とする。
圧縮機については、起動時等に能力制御が正常に行われる状態（安定運転状態）に到達するまでに一定の時間を要する。本発明は、圧縮機の冷房能力立ち上がり状況に対応させてファン風量を追随させ、上述の「液バック」を回避するものである。
なお、圧縮機について「安定運転状態」とは、冷媒と冷凍機油の分離が行われ、冷媒循環が円滑に行われる状態が例示される。分離を促進するためには、インバータ周波数を上げて冷媒温度を速やかに高くする必要がある。
（４）上記（３）の発明において、前記直膨式空調機が、サーバラック列内に配置されるラック型空調機であることを特徴とする。
ラック列を構成する各サーバラックと同一モジュールのラック型空調機を用いることにより、より高度の空調制御が可能となる。

（５）上記（３）又は（４）の発明において、運転開始時に、送風ファン風量を最低風量、とし、その後、圧縮機インバータ周波数が、圧縮機が能力制御に移行可能な周波数に達するまでは、一定時間ごとに圧縮機周波数を1段階ずつ増加させ、その間、吹き出し温度が前記設定温度を下回るときは、送風ファン風量を1段階ずつ増加させ、吹き出し温度が前記設定温度以上のときは、送風ファン風量を現状維持させ、圧縮機インバータ周波数が、圧縮機が能力制御に移行可能なインバータ周波数となった後、一定時間経過したときは、通常温度制御に移行する、ことを特徴とする。

上記各発明によれば、起動時に空調機が高温排気を吹き出すことがないため、ＩＣＴ機器のシャットダウンを回避することができ、併せて、圧縮機の冷房能力立ち上がり状況に対応させて、ファン風量を追随させるため、起動後の冷却能力の立ち上がり迅速化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る情報通信機械室における空調機制御システム１の断面構成を示す図である。 情報通信機械室７の俯瞰図である。 空調システム１の起動時制御フローを示す図である。

以下、本発明に係る空調機制御方法の一実施形態について、図１乃至３を参照してさらに詳細に説明する。重複説明を避けるため、各図において同一構成には同一符号を用いて示している。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。
図１、２を参照して、本実施形態に係る空調機制御システム１は、情報通信機械室７内に収容されるサーバラック２を、フロアマウント空調機４及びラック型空調機５により冷却するものである。
機械室７内部は、床パネル７ｄ及び天井パネル７ｅにより３つの空間に区画されており、床パネル７ｄの下部には二重床下空間７ｃが、天井パネル７ｅの上部には天井空間７ｂが形成されている。空調機４の室内ユニット４ａと二重床空間７ｃとは往き側ダクト７ａを介して結ばれている。また、天井空間７ｂと室内ユニット４ａとは、戻り側ダクト７ｈを介して結ばれている。

サーバラック２は、同一モジュールで構成されており、これを横一列に並べることによりラック列３が形成されている。サーバラック２には、ラックマウントサーバ（以下、サーバ）２ａが格納されている。サーバ２ａの発生熱は、各サーバが備える冷却ファン（図示せず）により、前面側から吸気した空気とともに背面側に排気され、サーバラック２全体として、前面側から冷気を吸込み背面側から排気するように構成されている。ラック列３を構成する各サーバラックは、隣接する列の吸気面と吸気面、排気面と排気面が対向するように配置されており、これにより吸気側通路のコールドアイル８と、排気側通路のホットアイル９が形成されている。

フロアマウント空調機４は、蒸発器４ｅ及び送風ファン４ｃを備えた室内ユニット４ａと、不図示の室外ユニット、及びこれらを接続する冷媒配管４ｄを備えている。
また、ラック型空調機５は、蒸発器５ｅ、送風ファン５ｃ及び電子膨張弁５ｈを備えた室内ユニット５ａ、圧縮機５ｆ、凝縮器５ｇ、運転制御を司る制御部５ｉを主要構成とする室外ユニット５ｂ、及びこれらを接続する冷媒配管５ｄを備えている。ラック型空調機５は、ラック列３を構成する各サーバラックと同一モジュールに形成され、高発熱サーバラックの近傍に配設されている。

以上の構成により各ラック列３の冷却は、フロアマウント空調機４及びラック型空調機５により、以下の通り行われる。フロアマウント空調機４については、室内ユニット４ａに導入される室内空気を、蒸発器４ｅにおいて熱交換して冷気とし、送風ファン４ｃにより往き側ダクト７ａを介して床下空間７ｃに送出する。供給冷気は、床面に設けられた穴あきパネル７ｆを通過してコールドアイル８に供給される。さらに各サーバラックに吸込まれて、サーバ２ａを冷却した後に高温排気となってホットアイル９に排出される。排気はホットアイル９を上昇して、天井パネル７ｅに設けられた吸込口７ｇから天井空間７ｂに導かれ、戻り側ダクト７ｈを介して空調機４に戻される。

一方、ラック型空調機５については、ホットアイル９の高温排気の一部を直接吸い込んで、蒸発器５ｅで熱交換して冷気とし、送風ファン５ｃによりコールドアイル８に吹き出す。供給冷気は、フロアマウント空調機４からの冷気と混合されて、各サーバラックに吸込まれる。以上のような冷気・排気循環により、各サーバラックの冷却が行われる。
なお、ラック型空調機５の吹き出し口近傍には温度センサＳ１が配設されており、通常運転制御時は温度センサＳ１の計測値に基づいて、例えば吹き出し温度２０℃を維持するように圧縮機周波数制御により能力制御が行われる。フロアマウント空調機４についても同様である。

次に図３をも参照して、ラック型空調機５を例にして、空調機制御システム１の起動時制御フローについて説明する。なお、以下の制御部は、制御部５ｉからの指令により行われる。
起動時において、空調機５は送風ファン最低風量、圧縮機最低周波数で運転されている（Ｓ１０１）。所定時間経過後（Ｓ１０２においてＹＥＳ）、圧縮機周波数が定格値（最大周波数）に到達するまでは（Ｓ１０３においてＮＯ）、圧縮機の周波数を１段階アップして冷房能力を増加させる（Ｓ１０４）。
運転中は、センサＳ１により空調機５の吹き出し温度Ｔ１が計測されており、Ｔ１が設定温度（例えば３０℃）を下回ったか否かが判定される（Ｓ１０５）。この温度は、ＩＣＴ機器の許容限界温度に基づいて定められている。
Ｔ１＜３０℃のときは（Ｓ１０５においてＹＥＳ）、高温障害のおそれがないため送風ファンの風量を１段階アップして冷房能力を増加させる（Ｓ１０６）。Ｔ１≧３０℃のときは（Ｓ１０５においてＮＯ）、許容限界温度を超えるおそれがあるため、送風ファンの風量を増加させることなく、現状維持とする（Ｓ１０７）。
以上の制御を一定時間ごとに繰り返し行うことになるが、圧縮機周波数が定格値（最大周波数）に到達した段階で（Ｓ１０３においてＹＥＳ）、通常運転制御に移行する（Ｓ１０８）。

本発明は、熱源、冷媒、空調方式、建築構造等の種類を問わず情報通信機械室における空調制御に広く適用可能である。

１・・・・空調機制御システム
２ａ・・・ラックマウントサーバ
３・・・・ラック列
４・・・・フロアマウント空調機
５・・・・ラック型空調機
５ａ・・・室内ユニット
５ｂ・・・室外ユニット
５ｃ・・・送風ファン
５ｄ・・・冷媒配管
５ｅ・・・蒸発器
５ｆ・・・圧縮機
５ｇ・・・凝縮器
５ｈ・・・電子膨張弁
７・・・・情報通信機械室
８・・・・コールドアイル
９・・・・ホットアイル
Ｓ１・・・温度センサ

Claims (5)

1. 複数のサーバラック列により、コールドアイルとホットアイルとが形成される室内において、ラック列を構成するサーバラックを一以上の空調機により冷却する情報通信機械室における空調機制御方法であって、
   いずれかの空調機について、圧縮機による能力制御が正常に行われる状態に至るまでは、吹き出し温度が設定温度以下となるように、当該空調機の送風ファン風量を抑制することを特徴とする情報通信機械室における空調機制御方法。
2. 前記設定温度を、サーバラック内ＩＣＴ機器の高温障害回避のためのシャットダウン開始温度より低い値に設定したことを特徴とする請求項１に記載の情報通信機械室における空調制御方法。
3. 前記空調機が直膨式空調機であり、
   前記「圧縮機による能力制御が正常に行われる状態」が、圧縮機が能力制御に移行可能なインバータ周波数となった後、一定時間経過した状態、であることを特徴とする請求項１又は２に記載の情報通信機械室における空調機制御方法。
4. 前記直膨式空調機が、サーバラック列内に配置されるラック型空調機であることを特徴とする請求項３に記載の情報通信機械室における空調機制御方法。
5. 請求項３又は４において、
   運転開始時に、送風ファン風量を最低風量とし、
   その後、圧縮機インバータ周波数が、圧縮機が能力制御に移行可能な周波数に達するまでは、圧縮機周波数を1段階ずつ増加させ、
   その間、吹き出し温度が前記設定温度を下回るときは、送風ファン風量を1段階ずつ増加させ、
   吹き出し温度が前記設定温度以上のときは、送風ファン風量を現状維持させ、
   圧縮機インバータ周波数が、圧縮機が能力制御に移行可能なインバータ周波数となった後、一定時間経過したときは、通常温度制御に移行する、
   ことを特徴とする情報通信機械室における空調機制御方法。

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