JP5979244B2 - モジュール型データセンタとその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、モジュール型データセンタとその制御方法に関する。
データセンタ内にはサーバ等の電子機器が設置されるが、その電子機器の冷却方法として外気を用いる方法がある。この方法では、ファンを回転させることによりデータセンタ内に外気を取り込み、熱交換器等においてその外気を冷却することなしに、当該外気そのもので各電子機器を冷却する。これによれば熱交換器等の電力が不要となり、データセンタ全体の省エネルギ化に資することができる。
しかし、冬季等のように外気温が低い場合に外気をそのまま利用したのでは各電子機器が過剰冷却となり、電子機器の温度がその動作保障範囲から外れてしまう。よって、何らかの機構によってデータセンタ内を暖めるのが望ましいが、その機構の運用の仕方によってはデータセンタにおける消費電力が増大するおそれがある。
特開平２−２９０４５４号公報 特開平８−１９３７２７号公報
モジュール型データセンタとその制御方法において、電子機器の過剰冷却を防止しつつ、低消費電力化を実現することを目的とする。
以下の開示の一観点によれば、吸気口と排気口とを備えた筐体と、前記筐体内に設けられ、前記吸気口から外気を取り込んで冷却風を生成するファンと、前記筐体内に設けられ、前記冷却風を吸気すると共に、吸気した前記冷却風から生成された排気流を前記排気口に排気する複数の電子機器と、前記排気流の一部を前記ファンの上流に導く流路と、前記流路を開閉する開閉部と、前記ファンを制御することにより前記冷却風の風量を調節して、前記電子機器の温度を規定温度に冷却する制御部とを備え、前記制御部は、前記開閉部を閉じた場合に前記冷却風で前記電子機器の温度を前記規定温度にする場合に想定される前記ファンの電力の第１の想定値が、該電力の現状値よりも小さい場合に前記開閉部を閉じ、前記開閉部を開いた場合に前記冷却風で前記電子機器の温度を前記規定温度にする場合に想定される前記ファンの電力の第２の想定値が、該電力の現状値よりも小さい場合に前記開閉部を開くモジュール型データセンタが提供される。
以下の開示によれば、各電子機器から排気された排気流により冷却風が暖められるため、その冷却風を吸気する各電子機器が過剰冷却になるのを防止できる。また、ファンの電力の第１の想定値や第２の想定値を利用することにより、開閉部を速やかに閉じたり開いたりしてファンの電力を削減することが可能となる。
図１は、モジュール型データセンタの内部構成を示す斜視図である。 図２は、電子機器の動作保障範囲について説明するための空気線図である。 図３は、電子機器６の稼働率を固定したときに、各電子機器を規定温度に冷却するのに要するファンユニットの電力と、外気の温度との関係を示すグラフである。 図４は、本実施形態に係るモジュール型データセンタの機能ブロック図である。 図５は、本実施形態に係るモジュール型データセンタの制御方法を示すフローチャートである。 図６は、本実施形態で使用する第１のデータベースを模式的に表す図である。 図７は、本実施形態で使用する関数iを模式的に表す図である。 図８は、本実施形態で使用する関数jを模式的に表す図である。 図９は、本実施形態のステップS5の処理内容を模式的に示す図である。 図１０は、本実施形態に従ってモジュール型データセンタを運用した場合における運転領域を示す図である。 図１１は、本実施形態に係るモジュール型データセンタのファンユニットの電力量が年間でどの程度削減できるかについて調査した調査結果を示す図である。
本実施形態の説明に先立ち、本願発明者が行った検討結果について説明する。
データセンタの形態には様々なものがあるが、コンテナ内にファンユニットとラックとを収容したデータセンタはモジュール型データセンタと呼ばれる。そのモジュール型データセンタは、コンテナ内の空間のみを冷却すればよいため、冷却効率がよく省エネルギ化に有利である。
図１は、本願発明者が検討したモジュール型データセンタの内部構成を示す斜視図である。
このモジュール型データセンタ１は、筐体の一例である金属製のコンテナ２を備え、その内側にファンユニット３と、これに対向する複数のラック４とが設けられる。
コンテナ２は、第１〜第４の側面２ｗ、２ｘ、２ｙ、２ｚを有する直方体状である。これらの側面のうち、第１の側面２ｗと第２の側面２ｘは互いに対向する矩形状である。また、第３の側面２ｙは外気Aを取り込むための吸気口２ａを有し、第４の側面２ｚは排気口２ｂを有する。
なお、吸気口２ａの形状は特に限定されず、複数の孔の集合体で吸気口２ａを形成してもよいし、吸気口２ａとして単一の開口を形成してもよい。これについては排気口２ｂでも同様である
また、コンテナ２内に雨水や虫が浸入するのを防止するために、吸気口２ａにフィルタやガラリ等の通気カバー１３を設けるのが好ましい。
ファンユニット３は、データセンタ１が動作している間は常に運転状態にあり、吸気口２ａから取り込まれた外気Aから冷却風Bを生成するための複数のファン３ａを有する。
ファンユニット３の消費電力を抑えるために、ファンユニット３には外気Aを冷却するための熱交換器等の冷却機構が設けられておらず、冷却風Bは外気Aの温度を変えずに当該外気Aそのものから生成される。
また、コンテナ２内において吸気口２ａとファンユニット３との間の空間は、上記の外気Aが取り込まれる第１の部屋７として供される。
一方、ラック４は、コンテナ２の幅方向に並べて複数台設置されると共に、上記の冷却風Bによって空冷されるサーバ等の電子機器６を複数備える。各電子機器６は、冷却風Bを吸気するための吸気面６ａを有しており、吸気面６ａから取り込まれた各冷却風Bによって各電子機器６が冷却される。
なお、コンテナ２内においてファンユニット３と吸気面６ａとの間の空間は、冷却風Bが流通するコールドアイル８として供される。そのコールドアイル８は、第２の部屋の一例である。
冷却風Bは、各電子機器６内に取り込まれた後、各電子機器６が備えるCPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphical Processing Unit)等の発熱部品によって暖められ、排気面６ｂから排気流Eとして排気される。
コンテナ２内において排気面６ｂと排気口２ｂとの間の空間は、暖かな排気流Eが流通するホットアイル９として供される。そのホットアイル９は、第３の部屋の一例であって、第１の部屋７及びコールドアイル８と共に第１の側面２ｗと第２の側面２ｘを共有する。
ここで、ホットアイル９を流通する排気流Eの一部は、第４の側面２ｚで跳ね返ってコンテナ２内を循環する。この例では、各ラック４の高さがコンテナ２よりも低く設定されており、各ラック４の上方には上記の排気流Eが流通する流路Lが設けられる。
その流路Lは、第１の部屋７とホットアイル９の各々に繋がっており、ホットアイル９内の排気流Eをファンユニット３の上流に導く。なお、ファンユニット３の上流と下流は冷却風Bが流れる方向を基準にして定められ、上流は第１の部屋７に相当し、下流はコールドアイル８に相当する。
また、コールドアイル８の天井は板状の仕切部材１１で画定されており、この仕切部材１１によって流路Lとコールドアイル８とが隔てられるため、流路Lを流れる排気流Eがコールドアイル８に流れ込むことはない。
また、流路Lの途中には、上記のファンユニット３を鉛直上方に延長した延長部３ｂが設けられる。延長部３ｂの外周縁はコンテナ２の内面に合わせられており、延長部３ｂの外周縁から第１の部屋７に排気流Eが流れ込むことはない。
そして、その延長部３ｂには開口３ｃが形成されると共に、その開口３ｃを開閉する開閉部５としてダンパが設けられる。
開閉部５は、流路Lを開閉する機能を有し、開口３ｃを塞ぐ矩形状の平面形状を有する。また、開閉部５は、延長部３ｂの主面３ｄに軸５ａを有しており、不図示のモータを回転駆動させることで軸５ａを中心にして回転可能である。この例では、主面３ｄから測った開閉部５の開度θを０°〜９０°の範囲で連続的又は段階的に調節することができ、これにより流路Lを流れる排気流Eの流量を調節することができる。
なお、この例では主面３ｄと開閉部５との間の角度を開度θとしているが、開口３ｃの開口率を開度θとして採用してもよい。
その開閉部５を介して排気流Eをファンユニット３の上流側に導くと、第１の部屋７において暖かな排気流Eと外気Aとが混合するため、コールドアイル８に供給される冷却風Bの温度を高めることができる。
このデータセンタ１においては、上記のように排気流Eで冷却風Bを暖めることにより、冬季等のように外気Aが低い場合に各電子機器６が過剰冷却となるのを防止することができる。
図２は、各電子機器の動作保障範囲について説明するための空気線図である。この空気線図は、等相対湿度線をプロットしたものであり、その横軸は乾球温度を示し、縦軸は絶対湿度を示す。
以下では、外気Aの温度Tは乾球温度で測るものとし、外気Aの湿度Hは相対湿度で測るものとする。図２における複数の点は、東京における外気の乾球温度と相対湿度の実測値である。
各電子機器６には、その動作を保証する乾球温度の温度範囲T1〜T2と相対湿度の湿度範囲H1〜H2が設定されるが、この温度範囲と湿度範囲の内側の領域を図２では動作保証領域Sで示している。
以下では、例えば、温度範囲T1〜T2を１０℃〜３５℃とし、湿度範囲H1〜H2を１０％〜８５％とする。その温度範囲T1〜T2の下限温度T1と上限温度T2は、電子機器６内の不図示のCPUやGPU等の演算ユニットが正常に動作できる限界温度である。また、湿度範囲H1〜H2の下限湿度H1は、乾燥した空気に起因する静電気で電子機器６がダメージを受ける凡その湿度であり、上限湿度H2は、高湿の空気が原因の結露が電子機器６に生じるおそれのある湿度である。
外気Aの温度Tと湿度Hとを座標点とする状態点Pがこの動作保証範囲S内にある場合には外気Aをそのまま利用して電子機器６を空冷することができる。よって、この場合は、開閉部５を閉じて冷却風Bのみで各電子機器６を冷却すればよい。
一方、冬季等において、外気Aの温度Tが動作保障範囲Sの下限温度T1よりも低い場合には、開閉部５を開くことにより冷却風Bを排気流Eで暖める。これにより、冷却風Bと排気流Eとの混合気流の状態点が動作保障範囲S内に収まり、各電子機器６が過剰冷却になるのを防止できる。
また、外気Aの湿度Hが上限湿度H2よりも高い場合にも、開閉部５を開いて排気流Eで冷却風Bを暖めることにより、排気流Eと冷却風Bとの混合気流の相対湿度が低下し、当該混合気流の状態点を動作保障範囲S内に収めることができる。
図２においては、上記のように開閉部５を開く領域にハッチングを掛け、当該領域を開閉部５の動作領域Qとして示している。そして、その動作領域Qと動作保障領域Sとの境目にある下限温度T1が、開閉部５を開く閾値温度の一つとなる。
よって、外気Aの温度Tが下限温度T1よりも低い場合には開閉部５を開いて排気流Eで冷却風Bを暖めることになるが、各電子機器６の実際の温度は冷却風Bの風量にも依存する。例えば、外気Aの温度Tが同一であっても、冷却風Bの風量が多い方が電子機器６はよく冷え、冷却風Bの風量が小さいと電子機器６は冷却不足になるおそれがある。
更に、電子機器６の稼働率が高い場合にも、電子機器６自身の発熱量が多くなるため、冷却風Bの風量を多くしないと電子機器６を十分に冷却できないおそれがある。
したがって、電子機器６の温度をコントロールするには、上記のように開閉部５を開閉するだけでは不十分であり、ファン３ａの回転数を制御して冷却風Bの風量を調節することにより電子機器６を所定の温度に冷却する必要がある。
電子機器６をどの程度の温度に冷却するかは特に限定されない。以下では、各電子機器６が熱暴走を起こす温度を規定温度Tsとして予め設定しておき、電子機器６の温度がこの規定温度Tsを超えないようにファン３ａの回転数を制御し、冷却風Bの風量を調節する。
但し、ファン３ａの回転数が同一であっても、冷却風Bの風量はファン３ａの静圧によって変わる。静圧は、ファン３ａの上流側と下流側の圧力差で定義される。
図１の例では、ファン３ａによって外気Aが吸引される第１の部屋７の圧力が、ファン３ａによって冷却風Bが供給されるコールドアイル８の圧力よりも小さくなると考えられる。よって、ファン３ａの静圧が高くなると、静圧が小さい場合よりもファン３ａが送出できる冷却風Bの風量が落ち、各電子機器６を規定温度Tsにするのに要する風量の冷却風Bを生成できなくなるおそれがある。
特に、吸気口２ａにフィルタやガラリ等の通気カバー１３を設けると、吸気口２ａにおける外気Aの吸い込みが悪くなって第１の部屋７の圧力が一層低下し、冷却風Bの風量の低下が顕著となる。
その一方で、開閉部５を開いて第１の部屋７に排気流Eを供給すると、開閉部５を閉じている場合よりも第１の部屋７の圧力が上昇し、ファン３ａの静圧が小さくなって冷却風Bの風量が増す。
よって、開閉部５を開けばファン３ａの回転数を低減しても電子機器６を規定温度Tsに冷却するのに要する風量の冷却風Bを生成することができ、ファンユニット３の消費電力を低減できると考えられる。
但し、開閉部５を開くと排気流Eによって冷却風Bが暖められるので、開閉部５を閉じた場合と比較して電子機器６を規定温度Tsに冷却するのに要する冷却風Bの風量が増え、ファンユニット３の消費電力が増大するとも考えられる。
このように、開閉部５の開閉がファンユニット３の消費電力の低減に有効なのかどうかは直ちには分らない。
そこで、本願発明者は、ファンユニット３の消費電力を低減するにはどのような場合に開閉部５を開閉すべきかについて調査した。
その調査結果を図３に示す。
図３は、各電子機器６の稼働率を固定したときに、各電子機器６を規定温度Tsに冷却するのに要するファンユニット３の電力P0と、外気Aの温度Tとの関係を示すグラフである。
この調査では、開閉部５を開いた場合のグラフIと、開閉部５を閉じた場合のグラフIIを取得した。
図３に示すように、各グラフI、IIにはそれらが交わる交点Aがある。そして、温度Tが交点Aの温度Txよりも低い場合には、開閉部５を開いた方が電力P0が低い。そして、温度Tが温度Txよりも高い場合には、開閉部５を閉じた方が電力P0が低い。
この結果より、ファンユニット３の電力P0を低減するには、交点Aの温度Txを基準にして開閉部５の開閉を判断するのが好ましいことが明らかとなった。その交点Aの温度Txは、図２に示した下限温度T1とは必ずしも一致しない。よって、下限温度T1を基準にして開閉部５の開閉を判断したのでは、電力P0を無駄に消費するおそれがあり、データセンタ１の省エネルギ化には不利である。
以下、本実施形態について説明する。
（第１実施形態）
本実施形態では、図１のモジュール型データセンタ１を以下のように制御してその消費電力を削減する。
図４は、モジュール型データセンタ１の機能ブロック図である。なお、この機能ブロック図は、モジュール型データセンタ１内の機能ブロック同士の機能的な繋がりを模式的に示すものであり、各機能に対応する構成要素の実際の配置とは異なる部分がある。
図４に示すように、本実施形態では、モジュール型データセンタ１に制御部２０、温度センサ２１、湿度センサ２２、電源線２３、配電盤２４、第１の圧力センサ２７、及び第２の圧力センサ２８を設ける。
このうち、制御部２０としては、専用のコンピュータを用いてもよいし、複数の電子機器６（図１参照）のうちの一つを用いてもよい。
制御部２０は、ファンユニット３に対して第１の制御信号S1を出力することにより、各ファン３ａの回転数を調節して冷却風Bの風量を制御し、各電子機器６をその規定温度Tsにまで冷却する。なお、ファン３ａの回転数の調節方法は特に限定されないが、各電子機器６の実温度を制御部２０が監視し、その実温度に応じてリアルタイムにファン３ａの回転数を制御するのが好ましい。
また、制御部２０は、開閉部５として設けられるダンパに対して第２の制御信号S2を出力することにより、開閉部５の開度θを制御する。そして、その開閉部５から制御部２０に、開閉部５の実際の開度θを示す開度情報Sθが出力される。
電源線２３は、外部からデータセンタ１内に電力を供給するのに使用され、データセンタ１内の分電盤２４において二つに分岐する。分岐先の一つはファンユニット３に接続され、ファンユニット３内の全てのファン３ａでの消費電力が電力計２５で監視される。その電力計２５は、ファンユニット３において現在消費されている電力を電力情報Sfとして制御部２０に出力する。また、電源線２３の分岐先のもう一つは複数の電子機器６の各々に接続される。
また、温度センサ２１と湿度センサ２２は、吸気口２ａ等の近傍において外気Aに曝される位置に設けられており、それぞれ外気Aの温度Tと湿度Hとを測定してそれらを温度情報ST及び湿度情報SHとして制御部２０に出力する。
そして、第１の圧力センサ２７は、ファン３ａの上流側の大気圧Pfを測定し、それを第１の圧力情報SPfとして制御部２０に出力する。また、第２の圧力センサ２８は、ファン３ａの下流側の大気圧Pbを測定し、それを第２の圧力情報SPbとして制御部２０に出力する。
更に、制御部２０には、複数の電子機器６の各々から稼働率情報Sφが入力される。稼働率情報Sφは、各電子機器６の稼働率φ0を示す情報であって、電子機器６ごとに出力される。稼働率φ0は特に限定されないが、例えば、電子機器６が有するCPUやGPU等の演算処理ユニットの稼働率を上記の稼働率φ0として採用し得る。
制御部２０は、上記した温度情報ST、湿度情報SH、稼働率情報Sφ、及び開度情報Sθに基づいて、これらの情報の各々に対応するパラメータT、H、φ0、及びθをリアルタイムに取得することができる。
そして、これらのパラメータに基づき、制御部２０は、第１〜第３のデータベース３１〜３３の少なくとも一つを参照して、ファンユニット３の電力を削減するのに開閉部５を開くべきか閉じるべきかを判断する。
なお、第１〜第３のデータベース３１〜３３は、モジュール型データセンタ１の外部に設けてもよいし、制御部２０自身が保持してもよい。また、これらのデータベース３１〜３３の内容については後述する。
次に、本実施形態に係るモジュール型データセンタの制御方法について、図４や図５等を参照して説明する。
図５は、本実施形態に係るモジュール型データセンタの制御方法を示すフローチャートである。
最初のステップS1では、制御部２０が上記の電力情報Sfを参照することにより、ファンユニット３の電力の現状値P0を取得する。
次に、ステップS2に移り、開閉部５が閉じているか否かを制御部２０が判断する。本ステップは、開度情報Sθに基づいて制御部２０が開閉部５の開度θを求め、その開度θが０°の場合には開閉部５が閉じており、開度θが０°でない場合には開閉部５は閉じていないと判断することにより行われる。
ここで、開閉部５は閉じていない（NO）と判断された場合にはステップS3に移る。
そのステップS3においては、開閉部５を閉じた場合に冷却風Bで電子機器６の温度を既述の規定温度Tsにする場合に想定されるファンユニット３の電力の第１の想定値P1を以下のように算出する。
外気Aの温度Tが高い場合や各電子機器６の稼働率φ0が大きい場合には、各電子機器６をその規定温度Tsに冷却するのに要する冷却風Bの風量も多くなるため、第１の想定値P1も増大する。
ファンユニット３の電力の第１の想定値P1は、このように外気Aの温度Tと稼働率φ0に依存する。稼働率φ0は電子機器６ごとに異なる値となるが、本実施形態では複数の稼働率φ0を代表する一つの代表値φを用い、適当な関数fを用いてP1=f(T、φ)と表す。なお、代表値φとしては、複数の稼働率φ0の平均値や最大値を採用し得る。
関数fは、Tとφが与えられたときに、各電子機器６の温度を規定温度Tsにするのに要するファンユニット３の電力の第１の想定値P1を与える関数であって、上記した第１のデータベース３１の一例である。
図６は、この第１のデータベース３１を模式的に表す図である。
図６における各曲線は上記の関数fをグラフで表したものであり、そのグラフの横軸は外気Aの温度Tであり、縦軸はファンユニット３の電力の第１の想定値P1である。
なお、図６では、値が順に大きくなる代表値φ1、φ2、φ3のそれぞれに対応する三つのグラフを示している。これらのグラフは、シミュレーションにより取得したり、実際にモジュール型データベース１を運転して実験したりすることにより取得することができる。
このような第１のデータベース３１を参照することにより、制御部２０は、現状のT、φに対応する第１の想定値P1を取得することができる。
なお、第１のデータベース３１は、図６のようなグラフに限定されず、各値T、φ、P1を格納したテーブルでもよい。
一方、図５のステップS2において開閉部５は閉じている（YES）と判断された場合にはステップS4に移る。
本ステップでは、開閉部５を開いた場合に冷却風Bで電子機器６の温度を既述の規定温度Tsにする場合に想定されるファンユニット３の電力の第２の想定値P2を以下のように算出する。
開閉部５を開いた場合、排気流Eとの混合によって冷却風Bの温度が上昇するためファンユニット３の電力は既述のように増大すると考えられる一方、ファン３ａの静圧が小さくなるため当該電力は低減するとも考えられる。
よって、第２の想定値P2の算出にあたっては、このような温度と静圧の変化を考慮して補正された第２の想定値P2を求めるのが好ましい。これらを考慮しない補正前の第２の想定値P2をP''2で表す。温度変化や静圧変化を考慮しないため、P''2は、上記の第１の想定値P1と同様にP''2=f(T、φ)と表される。
温度変化を考慮してP''2を補正するために、開閉部５を閉じた状態と比較して冷却風Bの温度がTHだけ上昇したとする。この温度上昇を考慮して補正したP''2をP'2で表すと、P'2 = f(T+TH、φ)となる。なお、このP'2の導出にあたっては、温度変化のみを考慮してファン３ａの静圧変化は考慮していないので、P'2の関数の形は上記のfと同一で、その第１変数のみをT+THで置き換えればよいとした。
また、温度上昇THは、開閉部５の開度θが小さく開閉部５を流通する排気流Eの流量が少ない場合には小さくなると考えられる。また、外気Aの温度Tによっては、温度低下THが小さくなると考えられる。更に、各電子機器６の稼働率が高くそれらの代表値φが大きいと排気流Eの温度が上昇し、冷却風Bの温度上昇THも大きくなると考えられる。
このように、温度上昇THは各パラメータθ、T、φに依存するので、本実施形態では適当な関数hを用いて温度上昇THをTH = h(T、θ、φ)で表すことにする。関数hの形は、シミュレーションにより取得したり、実際にモジュール型データベース１を運転して実験したりすることにより取得することができる。
この関数hを用いると、上記のP'2は、P'2 = f(T+h(T、θ、φ)、φ)で表すことができる。
本ステップで算出する第２の想定値P2は、ファン３ａの静圧変化を考慮してこのP'2を更に補正することで算出し得る。第２の想定値P2は、補正前の値P'2と開閉部５の開度θとに依存すると考えられるので、適当な関数iを用いてP2 = i(P'2,θ)と表すことができる。
関数iは、ファン３ａの静圧風量特性を用いて決定してもよいし、実際にデータセンタ１を運用して実験により求めてもよい。
図７は、上記の関数iを模式的に表す図である。
図７における各曲線は関数iをグラフで表したものであり、そのグラフの横軸は開閉部５の開度θであり、縦軸はファンユニット３の電力の第２の想定値P2である。
なお、図７では、値が順に大きくなる補正前の値P'2a、P'2b、P'2cのそれぞれに対応する三つのグラフを示している。
このような関数iを用いると、ファンユニット３の電力の第２の想定値P2はP2 = i(P'2,θ) = i(f(T+h(T、θ、φ)、φ),θ)となり、この式を利用して第２のデータベース３２には各パラメータT、θ、φに対応した第２の想定値P2が予め格納される。
そして、制御部２０が、第２のデータベース３２を参照し、現状の各パラメータT、θ、φに対応する第２の想定値P2を読み出すことにより、本ステップS4を実行し得る。
本実施形態では、上記のように開閉部５を開いたことに伴う冷却風Bの温度変化やファン３ａの静圧変化を考慮して第２の想定値P2が補正されているので、将来予想される第２の想定値P2を正確に求めることができる。
なお、本ステップは上記に限定されず、制御部２０が第３のデータベース３３（図４参照）を参照することにより第２の想定値P2を算出してもよい。
第３のデータベース３３を使用する場合には、上記の関数iに代えて、適当な関数jを用いてP2 = j(P'2,ΔP)により第２の想定値P2を表す。
関数jは、補正前の値P'2とファン３ａの静圧ΔPとから第２の想定値P2を求める関数である。関数jの第１変数に値P'2を用いるのは、関数iと同様に、第２の想定値P2は補正前の値P'2に依存すると考えられるからである。また、関数jの第２変数に静圧ΔPを用いるのは、静圧ΔPが高くなるほどファン３ａが冷却風Bを送出し難くなり、ファン３ａの回転数を速めないと各電子機器６を規定温度Tsにするのに要する風量の冷却風Bを生成できないからである。
図８は、上記の関数jを模式的に表す図である。
図８における各曲線は関数jをグラフで表したものであり、そのグラフの横軸はファン３ａの静圧ΔPであり、縦軸はファンユニット３の電力の第２の想定値P2である。
なお、図８では、図７におけるのと同様に、値が順に大きくなる補正前の値P'2a、P'2b、P'2cのそれぞれに対応する三つのグラフを示している。
関数jを用いると、ファンユニット３の電力の第２の想定値P2はP2 = j(P'2,ΔP) = j(f(T+h(T、θ、φ)、φ),ΔP)となり、この式を利用して第３のデータベース３３には各パラメータT、θ、φ、ΔPに対応した第２の想定値P2が予め格納される。
そして、制御部２０が、第３のデータベース３３を参照し、現状の各パラメータT、θ、φ、ΔPに対応する第２の想定値P2を読み出すことにより、本ステップS4を実行し得る。なお、静圧ΔPは、第１の圧力情報SPfと第２の圧力情報SPbの各々に含まれる各圧力Pf、Pbの差（Pb−Pf）をとることで制御部２０が算出する。
上記のようにしてステップS3又はステップS4が終了した後は、図５のステップS5に移る。
ステップS5においては、制御部２０が、ファンユニット３の電力の現状値P0と第１の想定値P1との大小関係と、当該電力の現状値P0と第２の想定値P2との大小関係を判断する。
ここで、第１の想定値P1は、開閉部５を閉じた場合に想定されるファンユニット３の電力の想定値である。よって、本ステップにおいて第１の想定値P1が現状値P0よりも小さい（P1＜P0）と判断された場合には、開閉部５を閉じた方が現状よりもファンユニット３の電力を削減できることになる。そこで、P1＜P0と判断された場合には、制御部２０が開閉部５を閉じる。
一方、第２の想定値P2は、開閉部５を開いた場合に想定されるファンユニット３の電力の想定値である。よって、本ステップにおいて第２の想定値P2が現状値P0よりも小さい（P2＜P0）と判断された場合には、開閉部５を開いた方が現状よりもファンユニット３の電力を削減できることになる。そこで、P2＜P0と判断された場合には、制御部２０が開閉部５を開く。
図９は、ステップS5の処理内容を模式的に示す図である。図９においては、第１のデータベース３１と第２のデータベース３２の各々をテーブルで模式的に表している。
第１のデータベース３１は、既述のように、外気Aの温度Tと各電子機器６の稼働率の代表値φにファンユニット３の電力の第１の想定値P1を対応させてなる。
また、第２のデータベース３２は、温度T、開度θ、及び代表値φにファンユニット３の電力の第２の想定値P2を対応させてなるが、図９では温度Tと代表値φのみをテーブルの項目に設定し、開度θについては省略している。開度θを省略したのは、テーブルの形を形式的に第１のデータベース３１に合わせるためである。
図９の第１のデータベース３１に示すように、現状の温度Tが１９℃で稼働率の代表値φが１００％のとき、第１の想定値P1は０．７３５kWである。よって、現状において開閉部５が開いており、かつ、ファンユニット３の電力の現状値P0が０．７３５kW（= P1）以上のときは、開閉部５を閉じることで現状におけるよりも電力が削減される。
また、第２のデータベース３２によれば、現状の温度Tが１９℃で稼働率の代表値φが１００％のとき、第２の想定値P2は０．７０３kWである。よって、現状において開閉部５が閉じており、かつ、ファンユニット３の電力の現状値P0が０．７０３kW（= P2）以上のときは、開閉部５を開くことで現状におけるよりも電力が削減される。
同様に、現状の温度Tが２２℃で稼働率の代表値φが１００％のときも、ファンユニット３の電力の現状値P0を第１の想定値P1（０．８０４kW）や第２の想定値P2（０．８６４kW）と比較することで開閉部５の開閉を決定する。
この後は、数秒程度の時間間隔で上記の制御を繰り返すことにより、ステップS5における開閉部５の開閉の決定を継続的に行い、モジュール型データセンタ１の低消費電力化を図るようにする。
以上により、本実施形態に係るモジュール型データセンタ１の制御方法の基本ステップを終了する。
上記した本実施形態によれば、ステップS5においてファンユニット３の電力の想定値P1、P2を現状値P0と比較することで開閉部５を開閉するので、将来を予測しながら速やかに開閉部５を開いたり閉じたりすることができる。
更に、第１及び第２のデータベース３１、３２を参照して開閉部５の開閉の判断を行うため、実際に開閉部５を開いたり閉じたりした後のファンユニット３の電力を測定する必要がなく、開閉部５の開閉の判断を迅速に行うことができる。
特に、これらのデータベース３１、３２の項目に電子機器６の稼働率の代表値φを用いることで、規定温度Tsに冷却するのに要する冷却風Bの風量が稼働率によって逐次変動するサーバ等の電子機器６を迅速に冷却することができる。
（実験結果）
次に、本願発明者が行った実験について説明する。
図２においては、開閉部５を開く閾値温度の一つとして、動作保障領域Sの下限温度T1を採用した。
この調査では、本実施形態に従ってデータセンタ１を運用することにより、開閉部５を開く動作領域Qが下限温度T1よりも高温側にどの程度広がるのかが調査された。
なお、調査に使用したコンテナ２の大きさは、奥行きが３４７４．６mm、幅が２３３１．６mm、高さが２７６９．７mmである。また、開閉部５は、その開度θが０％か１００％のいずれか一方の値のみをとるものとした。
図１０は、上記の条件で本実施形態に従ってモジュール型データセンタ１を運用した場合における運転領域Qを示す図である。なお、図１０において、図２で説明したのと同じ要素には図１０におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
図１０に示すように、本実施形態に従ってモジュール型データセンタ１を運用すると、開閉部５を開く動作領域Qが領域Rにまで拡大できた。
その領域Rは、開閉部５を閉じるよりも開いた方がファンユニット３の電力が削減される領域である。この例では、外気Aの温度Tが２０℃程度の場合であっても、開閉部５を開くことでファンユニット３の電力が削減できることが明らかとなった。
このような電力削減の効果は温度Tが低いほど顕著に現れる。例えば、温度Tが１０．５℃のときには、図２のように下限温度T1を基準にして開閉部５を開く場合と比較して、ファンユニット３の電力が２１．９％削減されることが確認できた。
また、本願発明者は、本実施形態に従ってモジュール型データセンタ１を運用すると、そのファンユニット３の電力量が年間でどの程度削減できるかについても調査した。
その調査結果を図１１に示す。
この調査では、温暖湿潤気候にある東京と、冷帯湿潤気候にあるアメリカのアンカレッジにモジュール型データセンタ１を設置した場合の各々について、ファンユニット３の年間の電力量が見積もられた。
アンカレッジのように気温が低い地域では、排気流Eで冷却風Bを暖めるために開閉部５が開いている時間が東京よりも長くなると考えられる。
本実施形態を適用せずに、図２のように下限温度T1を基準にして開閉部５を開く比較例においては、開閉部５が開いている時間は年間で東京において２７３７時間であり、アンカレッジでは６１１０時間であった。
一方、本実施形態に従ってモジュール型データセンタ１を運用すると、開閉部５が開いている時間が東京では２８６７時間追加され、アンカレッジでは２６４１時間追加された。本実施形態では、上記のように現状よりもファンユニット３の電力が低減できると判断された場合にのみ開閉部５を開くため、このように開閉部５を開いている時間が長くなるほどファンユニット３の削減効果が高まることになる。
その結果、図１１に示すように、ファンユニット３の電力量の年間の削減量は東京で３０３kWh、アンカレッジで１０２４kWhとなった。これにより、ファンユニット３の電力量が年間で東京では４．２％、アンカレッジでは１７．９％削減できることが明らかとなった。

Claims (10)

  1. 吸気口と排気口とを備えた筐体と、
    前記筐体内に設けられ、前記吸気口から外気を取り込んで冷却風を生成するファンと、
    前記筐体内に設けられ、前記冷却風を吸気すると共に、吸気した前記冷却風から生成された排気流を前記排気口に排気する複数の電子機器と、
    前記排気流の一部を前記ファンの上流に導く流路と、
    前記流路を開閉する開閉部と、
    前記ファンを制御することにより前記冷却風の風量を調節して、前記電子機器の温度を規定温度に冷却する制御部とを備え、
    前記制御部は、
    前記開閉部を閉じた場合に前記冷却風で前記電子機器の温度を前記規定温度にする場合に想定される前記ファンの電力の第１の想定値が、該電力の現状値よりも小さい場合に前記開閉部を閉じ、
    前記開閉部を開いた場合に前記冷却風で前記電子機器の温度を前記規定温度にする場合に想定される前記ファンの電力の第２の想定値が、該電力の現状値よりも小さい場合に前記開閉部を開くことを特徴とするモジュール型データセンタ。
  2. 前記制御部は、
    複数の前記電子機器の稼働率の代表値と前記外気の温度とに前記第１の想定値を対応させてなる第１のデータベースを参照することにより、現状の前記代表値と前記温度に対応する前記第１の想定値を求め、該第１の想定値を用いて前記開閉部を閉じるのか開くのかを判断することを特徴とする請求項１に記載のモジュール型データセンタ。
  3. 前記制御部は、
    複数の前記電子機器の前記稼働率の前記代表値、前記開閉部の開度、及び前記外気の温度に前記第２の想定値を対応させてなる第２のデータベースを参照することにより、現状の前記代表値、前記開度、及び前記温度に対応する前記第２の想定値を求め、該第２の想定値を用いて前記開閉部を閉じるのか開くのかを判断することを特徴とする請求項２に記載のモジュール型データセンタ。
  4. 前記第２のデータベースが、前記開閉部を開いた場合に想定される前記冷却風の温度上昇を考慮して補正されたことを特徴とする請求項３に記載のモジュール型データセンタ。
  5. 前記第２のデータベースが、前記開閉部を開いた場合に想定される前記ファンの静圧の変化を考慮して補正されたことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のモジュール型データセンタ。
  6. 前記制御部は、
    複数の前記電子機器の稼働率の代表値、前記開閉部の開度、前記外気の温度、及び前記ファンの静圧に前記第２の想定値を対応させてなる第３のデータベースを参照することにより、現状の前記代表値、前記開度、前記温度、及び前記静圧に対応する前記第２の想定値を求め、該第２の想定値を用いて前記開閉部を閉じるのか開くのかを判断することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモジュール型データセンタ。
  7. ファンにより外気から冷却風を生成し、
    複数の電子機器の各々に前記冷却風を吸気させることにより前記電子機器を冷却し、
    前記冷却風を吸気したことにより前記電子機器から排気された排気流の一部を、開閉部が設けられた流路を通して前記ファンの上流に導き、
    前記ファンの電力の現状値を取得し、
    前記開閉部を閉じた場合に前記冷却風で前記電子機器の温度を規定温度にする場合に想定される前記ファンの電力の第１の想定値を算出し、
    前記開閉部を開いた場合に前記冷却風で前記電子機器の温度を前記規定温度にする場合に想定される前記ファンの電力の第２の想定値を算出し、
    前記第１の想定値が前記現状値よりも小さい場合に前記開閉部を閉じ、
    前記第２の想定値が前記現状値よりも小さい場合に前記開閉部を開くことを特徴とするモジュール型データセンタの制御方法。
  8. 前記第１の想定値の算出は、
    複数の前記電子機器の稼働率の代表値と前記外気の温度とに前記第１の想定値を対応させてなる第１のデータベースを参照して、現状の前記代表値と前記温度に対応する前記第１の想定値を求めることにより行われることを特徴とする請求項７に記載のモジュール型データセンタの制御方法。
  9. 前記第２の想定値の算出は、
    複数の前記電子機器の稼働率の代表値、前記開閉部の開度、及び前記外気の温度に前記第２の想定値を対応させてなる第２のデータベースを参照して、現状の前記代表値、前記開度、及び前記温度に対応する前記第２の想定値を求めることにより行われることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のモジュール型データセンタの制御方法。
  10. 前記第２のデータベースが、前記開閉部を開いた場合に想定される前記ファンの静圧の変化を考慮して補正されたことを特徴とする請求項９に記載のモジュール型データセンタの制御方法。
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