JP2011163665A

JP2011163665A - 空調システムの運転方法

Info

Publication number: JP2011163665A
Application number: JP2010027304A
Authority: JP
Inventors: Junichi Takahashi; 淳一高橋
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】初期コストおよび運転コストを低減できる空調システムの運転方法を提供すること。
【解決手段】空調システム１は、空調機１０と、この空調機１０から環状に延びて冷水が収容された送水管２１と、この送水管２１内の冷水を冷却する冷凍機２２と、送水管２１内の冷水を循環させる冷水ポンプ２３と、を備える。空調システム１の運転方法は、送水温度の上限値および下限値を設定しておき、冷水ポンプ２３を運転するとともに、所定時間冷凍機２２を全負荷運転する第１工程と、冷水ポンプ２３を運転するとともに、送水温度が上限値を超えるまで、冷凍機２２の運転を停止する第２工程と、第１工程および第２工程を繰り返す繰り返し工程と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調システムの運転方法に関する。詳しくは、サーバルームやデータセンタなど、発熱機器であるサーバを多数収容するサーバ室の空調システムの運転方法に関する。

従来より、サーバルームやデータセンタのサーバ室では、多数のサーバがラックに実装されて稼働している。これらサーバは発熱機器であるため、サーバが収容されたサーバラックを効率的かつ確実に冷却する必要がある。

そこで、例えば、以下のような空調システムが提案されている。すなわち、空調システムは、サーバ室の室外に配置された空調機と、この空調機から室内に延びる給気ダクトおよび還気ダクトと、空調機に接続された冷水循環系と、を備える。
冷水循環系は、空調機から環状に延びる送水管と、この送水管内の冷水を冷却する冷凍機と、送水管内の冷水を循環させる冷水ポンプと、を備える。

この空調システムでは、冷水ポンプおよび冷凍機を運転することにより、送水管内の冷水から熱を奪って冷却し、この低温となった冷水を空調機の熱交換器に供給する。空調機は、還気ダクトからサーバ室内の空気を取り入れて、この取り入れた空気を空調機内部の熱交換器で低温の冷水と熱交換させることで冷却し、給気ダクトからサーバ室内に供給する。

ところで、サーバ室の熱負荷は、室外の気温やサーバの運転状況に応じて増減するが、このように熱負荷が変化するにもかかわらず、サーバ室内の環境を良好に保つために、空調の吹出温度を一定にする必要がある。そこで、冷凍機としては、インバータ付ターボ冷凍機が採用されることが多い。このインバータ付ターボ冷凍機は、熱負荷に応じて出力を調整できるため、部分負荷運転が可能である。

しかしながら、部分負荷運転では、全負荷運転に比べて、冷凍機のＣＯＰ（成績係数）が低下する。したがって、冷凍機の運転効率が低下してしまい、運転コストが高くなるという問題があった。

この問題を解決するため、蓄熱槽を設けることが行われている。この場合、夜間電力により冷凍機を全負荷運転して、蓄熱槽に氷を形成して冷熱を蓄熱しておき、昼間には、この蓄熱槽の氷により、冷凍機を運転することなく、冷水を冷却する（特許文献１参照）。
この方法によれば、冷凍機の全負荷運転のみを行うので、冷凍機のＣＯＰを低下させずに運転できるので、運転コストが上昇するのを抑制できる。

特開２００７−３０３７１１号公報

しかしながら、蓄熱槽を設けると、蓄熱槽からの熱損失が生じて運転コストがかかるうえに、空調システムの初期コストが高くなる、という問題があった。

本発明は、初期コストおよび運転コストを低減できる空調システムの運転方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の空調システムは、空調機と、当該空調機から環状に延びて冷媒が収容された冷媒管と、当該冷媒管内の冷媒を冷却する冷凍機と、前記冷媒管内の冷媒を循環させるポンプと、を備える空調システムの運転方法であって、冷媒温度の上限値および下限値を設定しておき、前記ポンプを運転するとともに、所定時間あるいは冷媒温度が前記下限値に至るまで前記冷凍機を全負荷運転する第１工程と、前記ポンプを運転するとともに、冷媒温度が前記上限値を超えるまで、前記冷凍機の運転を停止する第２工程と、前記第１工程および前記第２工程を繰り返す繰り返し工程と、を備えることを特徴とする。

サーバルームやデータセンタのサーバ室では、発熱機器であるサーバが多数収容されているため、顕熱負荷が高くなる。しかしながら、このようなサーバ室は人の出入りが少ないため、室内の温度を一定に保つ必要がなく、サーバ機器などの性能に影響を与えないある程度の範囲内で変動させてもよい。
そこで、この発明によれば、ポンプを運転するとともに冷凍機を全負荷運転する工程と、ポンプを運転するとともに冷凍機の運転を停止する工程とを、繰り返すこととした。

これにより、冷凍機は、全負荷運転状態または運転停止状態のどちらかとなる。よって、冷凍機の部分負荷運転を行わないので、運転効率が高く、運転コストを低減できる。また、インバータ付ターボ冷凍機を採用する必要がなく、汎用のターボ冷凍機を利用できるうえに、蓄熱槽を設ける必要がないので、初期コストおよび運転コストを削減できる。

本発明によれば、ポンプを運転するとともに冷凍機を全負荷運転する工程と、ポンプを運転するとともに冷凍機の運転を停止する工程とを、繰り返すこととした。これにより、冷凍機は、全負荷運転状態または運転停止状態のどちらかとなる。よって、冷凍機の部分負荷運転を行わないので、運転効率が高く、運転コストを低減できる。また、インバータ付ターボ冷凍機を採用する必要がなく、汎用のターボ冷凍機を利用できるうえに、蓄熱槽を設ける必要がないので、初期コストおよび運転コストを削減できる。

本発明の一実施形態に係る空調システムのブロック図である。前記実施形態に係る空調システムのタイミングチャートである。

図１は、本発明の一実施形態に係る空調システム１のブロック図である。
空調システム１は、発熱機器であるサーバが多数収容されたサーバ室２を空調する。サーバ室２内には、サーバ室２の室内の温度を計測する室温計３が設けられている。
この空調システム１は、サーバ室２の室外に配置された空調機１０と、この空調機１０からサーバ室２内まで延びる給気ダクト１１および還気ダクト１２と、空調機１０に接続された冷水循環系２０と、これらを制御する制御装置３０と、を備える。

冷水循環系２０は、空調機１０から環状に延びて冷媒としての冷水が収容された冷媒管としての送水管２１と、この送水管２１内の冷水を冷却する冷凍機２２と、送水管２１内の冷水を循環させる冷水ポンプ２３と、送水管２１の途中に設けられたクッションタンク２４と、を備える。

給気ダクト１１の先端には、吹出口１１１が設けられており、還気ダクト１２の先端には、吸込口１１２が設けられている。
空調機１０は、還気ダクト１２を通して回収した空気を送水管２１内の冷水と熱交換して冷却する熱交換器（冷水コイル）１０１と、冷却した空気を給気ダクト１１内に送る送風機１０２と、を備える。

送水管２１には、送水温度を計測する水温計２１１が設けられている。
クッションタンク２４には、冷水が収容されている。これは、クッションタンク２４内の冷水が送水管内の冷水に加わることにより、冷水の熱容量を全体として増大させて、冷水の水温の変化を緩和し、ハンチングの発生を防止するためである。
制御装置３０は、室温計３で計測した室温および水温計２１１で計測した送水温度に基づいて、空調機１０、冷凍機２２、および冷水ポンプ２３を制御するものである。

以上の空調システム１の動作は、以下のようになる。
空調機１０の送風機１０２を運転することにより、サーバ室２内の空気は、吸込口１１２から還気ダクト１２を通って、空調機１０に回収される。そして、熱交換器１０１で冷水と熱交換されて、給気ダクト１１を通って、吹出口１１１からサーバ室２内に供給される。

このとき、制御装置３０は、冷水ポンプ２３を運転して送水管２１内の冷水を循環させるとともに、冷凍機２２を間欠的に運転する。すなわち、冷水ポンプ２３を運転するとともに冷凍機２２を全負荷運転する工程と、冷水ポンプ２３を運転するとともに冷凍機２２の運転を停止する工程とを、繰り返す。

具体的には、まず、冷凍機２２の送水温度の上限値を例えば１７℃、下限値を例えば略５〜７℃に設定しておく。
次に、冷水ポンプ２３を運転するとともに、冷凍機２２を全負荷で運転する。この状態では、冷凍機２２を全負荷運転しているため、ＣＯＰは最も高くなっている。
冷凍機２２を一定時間（例えば、１、２時間）運転すると、送水温度は下限値である略５〜７℃となる。そこで、冷凍機２２の運転を停止し、冷水ポンプ２３の運転のみを継続する。
すると、冷凍機２２の運転を停止しているため、冷水の送水温度が徐々に上昇してゆく。
冷水供給温度が上限値つまり１７℃を超えると、再び、冷凍機２２を全負荷運転する。

このように、冷凍機２２の部分負荷運転を行わずに、全負荷運転のみを行って、送水温度が所定範囲内で変動することを許容する。このとき、送水温度が変動するので、サーバ室２の空調の吹出温度も一定にはならず、変動することになる。
ここで、吹出口１１１からの吹出温度の下限値は、サーバ室２内での結露を防止するため、室内露点温度以上となるようにする。また、吹出口１１１からの吹出温度の上限値は、各サーバの動作に影響が出ない程度とする。
具体的には、サーバ室２の空調負荷はサーバによる多量の顕熱負荷が中心となって、除湿が不要となっているため、例えば、給気ダクト１１の吹出口１１１付近で１５〜２５℃位、還気ダクト１２の吸込口１１２付近で３５℃位となるように空調する。

図２は、空調システム１のタイミングチャートである。
時刻ｔ_０では、送水温度が上限値である１７℃に到達している。そこで、冷凍機の全負荷運転を開始する。
時刻ｔ_０からｔ_１までの期間、送水温度が徐々に低下して、下限値である５℃程度となる。
そこで、時刻ｔ_１では、冷水ポンプのみを運転し、冷凍機の運転を停止する。
時刻ｔ_１からｔ_２までの期間、送水温度が徐々に上昇して、再び、上限値である１７℃程度となる。
以降、時刻ｔ_０からｔ_２までの変化を繰り返す。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）冷水ポンプ２３を運転するとともに冷凍機２２を全負荷運転する工程と、冷水ポンプ２３を運転するとともに冷凍機２２の運転を停止する工程とを、繰り返すこととした。これにより、冷凍機２２は、全負荷運転状態または運転停止状態のどちらかとなる。よって、冷凍機２２の部分負荷運転を行わないので、運転効率が高く、運転コストを低減できる。また、インバータ付ターボ冷凍機を採用する必要がなく、汎用のターボ冷凍機でよいうえに、蓄熱槽を設ける必要がないので、初期コストおよび運転コストを削減できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
本実施形態では、吹出口１１１からの吹出温度を調整して、吹出温度が室内露点温度以上となるように設定したが、これに限らず、外調装置を設けて、サーバ室内に外気を除湿して取り入れることで、室内露点温度を低下させて、吹出温度が室内露点温度以上となるようにしてもよい。

１…空調システム
２…サーバ室
３…室温計
１０…空調機
１１…給気ダクト
１２…還気ダクト
２０…冷水循環系
２１…送水管（冷媒管）
２２…冷凍機
２３…冷水ポンプ（ポンプ）
２４…クッションタンク
３０…制御装置
１０１…熱交換器（冷水コイル）
１０２…送風機
１１１…吹出口
１１２…吸込口
２１１…水温計

Claims

空調機と、当該空調機から環状に延びて冷媒が収容された冷媒管と、当該冷媒管内の冷媒を冷却する冷凍機と、前記冷媒管内の冷媒を循環させるポンプと、を備える空調システムの運転方法であって、
冷媒温度の上限値および下限値を設定しておき、
前記ポンプを運転するとともに、所定時間あるいは冷媒温度が前記下限値に至るまで前記冷凍機を全負荷運転する第１工程と、
前記ポンプを運転するとともに、冷媒温度が前記上限値を超えるまで、前記冷凍機の運転を停止する第２工程と、
前記第１工程および前記第２工程を繰り返す繰り返し工程と、を備えることを特徴とする空調システムの運転方法。