JP2010139119A - 空調制御システム及び空調制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空調室内の各場所の温度を正確に把握し、問題発生時に迅速かつ適切な制御を行う。
【解決手段】空調室と処理装置と端末とを少なくとも備える空調制御システムにおいて、処理装置は、シミュレーションモデルデータと検出器の測定データとに基づいて、シミュレーションにより空調室内の温度分布を求め、空調室内の所定位置の温度が予め定めた温度範囲を逸脱した場合は、複数の対策パラメータを順次付加してシミュレーションを行い、当該シミュレーションの結果から求められる温度が温度範囲内となるまで対策パラメータの付加及びシミュレーションを繰り返す機能を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、空調制御システム及び空調制御方法に関し、特に、シミュレーションを用いて制御を行う空調制御システム及び空調制御方法に関する。

コンピュータ機器などは、通常、動作を保証するために空調設備が設置された空調室（例えば、サーバ室）に設置され、空調設備によって空調室内の環境が一定に保たれるようになっている。しかしながら、広い面積の空調室では、コンピュータ機器の配置や稼働状況、空気の流れ方などによって温度分布が生じ、局部的に温度が上昇するなどの問題が発生する。

従って、空調設備を稼働させる際には空調室全体の温度分布を把握する必要があるが、空調設備の管理者や利用者が温度分布の把握や問題発生時の空調制御を実施することは困難である。そこで、より正確な制御が実施できるように、空調設備を制御する様々な方法が提案されている。

例えば、下記特許文献１には、複数の空調エリアをエリア毎に制御する空調制御方法に関して、実際の制御アルゴリズムを構築する前に、最大発熱条件を想定した温熱環境シミュレーションを行って温度分布を求め、シミュレーション結果を解析して得られた気流分布に基づいて拡散シミュレーションを行うことで各空調設備の影響度を定義する寄与率を求め、実際の制御アルゴリズムを構築するとき、空調設備単位に複数の温度検出位置への寄与率を設定すると共に各温度検出位置での目標温度を設定し、空調制御温度を、当該空調設備の寄与率を重みとして目標温度と実際の温度との差に基づいて調整する方法が開示されている。

特許第４１４４８２２号公報

ここで、空調制御を手動で行う場合、運用状態で空調室に設置する機器（例えば、サーバやラック）の吸い込み温度が推奨温度になっているかなどを確認するためには、温度センサを個々に設置して確認する必要があり、そのためには一時的にシステムを停止しなければならない。また、この方法では、温度センサを設置する工数や温度を測定する工数などの無駄な工数が発生する。また、この方法では、局部的に温度が上昇した場合などの問題発生時に、迅速に空調の制御を行うことができない。

一方、特許文献１のような空調システムでは、シミュレーションによって空調室内の温度分布を求めるため、温度センサの設置や測定の工数を削減することができる。しかしながら、この方法は、目標温度から離れたセンサに大きく影響を与える空調設備に対して重みをつけて個々の空調設備に対して最適化を行って空調制御の効率化を図る方法であるため、最適化を検証するフィードバックループにおいて初期のシミュレーションには含まれない要素（例えば、設備の故障や想定外の環境の変化）が発生した場合に、ループがなかなか収束しない状況が発生し、一時的に極端な制御（暑過ぎる、寒すぎる）になる可能性がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、空調室内の各場所の温度を正確に把握することができ、問題発生時に迅速かつ適切な制御を行うことができる空調制御システム及び空調制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、空調設備と検出器とを含む空調室と、前記空調設備の制御を行う処理装置と、端末と、を少なくとも備える空調制御システムにおいて、前記処理装置は、予め作成したシミュレーションモデルデータと前記検出器から取得した測定データとに基づいて、シミュレーションにより前記空調室内の温度分布を求め、前記空調室内の所定の位置の温度が予め定めた温度範囲を逸脱した場合は、予め登録した、前記空調設備の制御条件を規定した複数の対策パラメータを順次付加して前記シミュレーションを行い、当該シミュレーションの結果から求められる前記所定の位置の温度が前記温度範囲内となるまで、前記対策パラメータの付加及び前記シミュレーションを繰り返す機能を備えるものである。

本発明の空調制御システム及び空調制御方法によれば、空調室内の各場所の温度を正確に把握することができ、問題発生時に迅速かつ適切な制御を行うことができる。

その理由は、センサの測定データ及びシミュレーションモデルに基づいて空調室全体の温度分布を把握しているからである。

また、空調室内のエリア毎に、問題発生時に行う制御を規定した複数の対策パラメータを登録しておき、推奨温度範囲外になったエリアに対して、対策パラメータを順次付加してシミュレーションを繰り返し、推奨温度範囲内になった時点で空調設備の制御を行うため、極端な制御になることがないからである。また、全ての対策パラメータを付加しても問題が改善されない場合は、空調室の管理者や使用者の端末に通報を行うからである。

また、推奨温度範囲の上限を超えた場合と、下限を下回った場合の両方に対して対策パラメータを登録することにより、発生した問題に適した対策を実施することができるからである。

背景技術で示したように、空調室の空調制御に関して様々な提案がされている。しかしながら、関連する方法では、局部的に温度が上昇した場合などの問題発生時の対処が不十分であり、適切な制御ができないという問題があった。

そこで、本発明では、第１に、最小限の温度センサで空調室内の各場所の温度を把握できるようにするために、シミュレーションソフトを用いて温度分布を求める。第２に、エリア毎に、問題発生時に行う制御を規定した複数の対策パラメータを登録しておき、あるエリアで環境に変動があった場合に、そのエリアに対する対策パラメータを付加したシミュレーションを行って対策の適否を判定する。そして、問題が解決できない場合は次の対策パラメータを付加してシミュレーションを繰り返し、問題が解決できたら空調設備に対して指示情報を送り、全ての対策パラメータを付加しても問題が解決できない場合は、その旨を通報する。

具体的には、空調制御システムを、複数のエリアに分割された空調室と、当該空調室の空調を制御する処理装置と、空調設備の管理者や利用者の端末とで構成し、これらを通信ネットワークで接続する。そして、空調室内に設置したセンサ（温度、電力、風速）で測定したデータを処理装置に送信し、この測定データとシミュレーションモデルデータとを用いて処理装置内のシミュレーションソフトでシミュレーションを行う。これにより、センサを最小限に抑えつつ、空調室内の各場所の温度を正確に把握する。そして、シミュレーションの結果に基づき、予め登録した、空調機のＯＮ／ＯＦＦ、温度設定変更、ファンの風量変更、ＯＮ／ＯＦＦ指示等を規定した複数の対策パラメータを順次選択した後、その対策パラメータを付加してシミュレーションを再度行って対策の適否を判定する。これにより、問題発生時に適切な制御が実行できるようにして空調制御に対する信頼性を高める。さらに、全ての対策パラメータを付加したシミュレーションでも問題が解決できない場合は、端末に対して異常通報を行う。これにより、問題発生時に迅速に対応できるようにする。

以下、図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態の空調制御システムの構成を示すブロック図であり、図２は、空調室のレイアウト及びエアーフローの一例を示す図である。また、図３は、本実施形態の空調制御方法の手順を示すフロー図であり、図４は、空調室の温度測定点及びセンサ配置の一例を示す図である。

図１に示すように、本実施形態の空調制御システムは、サーバ室などの空調室１０と、空調室１０を制御する処理装置１００と、空調室１０の管理者や使用者の端末３００などで構成し、これらをＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）などの通信ネットワーク２００で接続する。以下、個々の機器について説明する。

＜空調室１０＞
空調室１０は、室内に配置されたサーバやラックなどの機器と空調機１１〜１ｎとファン２１〜２ｎとセンサ３ｎと中継装置４０などで構成する。なお、ｎは２以上の整数である。

空調機１１〜１ｎやファン２１〜２ｎは、空調室１０内の環境を制御する空調設備であり、サーバやラックなどの機器の配置に応じた各エリアの環境を一定に保てるように配置しており、中継装置４０と通信可能に接続している。なお、本実施形態では、空調室１０内を２つのエリアに分割しているが、エリアの数は任意であり、必ずしも複数のエリアに分割しなくてもよい。

センサ３ｎは、空調室１０内の温度、電力、風速等の環境要素を測定する検出器であり、中継装置４０と通信可能に接続している。

中継装置４０は、上記空調設備やセンサ３ｎから送られる情報を、定期的（例えば３０分毎）に処理装置1００内のシミュレーションパラメータ部１３０に送信し、処理装置１００内の処理部１２０からの空調設備への指示情報をファン２１〜２ｎ、空調機１１〜１ｎに送信する。

＜処理装置１００＞
処理装置１００は、データベース１１０とシミュレーションパラメータ部１３０とシミュレーションソフト１４０と処理部１２０などで構成する。

データベース１１０は、シミュレーションソフト１４０がシミュレーションするために必要なシミュレーションモデルデータ（表３）と、問題発生時に行う制御を規定した対策パラメータ（表４）と、シミュレーション結果に基づく空調設備への指示情報（表２）などを記憶する。

シミュレーションパラメータ部１３０は、各種センサ３ｎに関する情報、制御対象である空調室１０のレイアウト情報等のシミュレーションソフト１４０に送信するパラメータを保存、更新する。

シミュレーションソフト１４０は、シミュレーションパラメータ部１３０から送信される情報に基づき、サーバやラックなどの機器の温度（以下、吸い込み温度とする。）が、当該機器に対して推奨される温度範囲（以下、推奨温度範囲と呼ぶ。）に入るかどうかのシミュレーションを実施し、その結果を処理部１２０へ送信する。

処理部１２０は、空調室１０のエリア情報を保存し、対策パラメータをデータベース１１０から受け取り、シミュレーションパラメータ部１３０へ送信し、シミュレーションソフト１４０でシミュレーションした結果を受信し、推奨温度範囲を越えているエリアに対応した空調設備の動作状態を変更する対策パラメータを選択する。次に、シミュレーションパラメータ部１３０に選択した対策パラメータを送信し、シミュレーションソフト１４０でシミュレーションした結果を受信し、問題が発生しているエリアの温度が推奨温度範囲に収まったかを判定し、改善されていない場合は、再度空調設備の動作状態を変更する対策パラメータを選択する。上記処理を繰り返し行った結果、推奨温度範囲内に収まっていれば、中継装置４０に対して空調設備の動作状況を変更する指示情報を送信する。また、随時、シミュレーション結果や指示情報をデータベース１１０へ送信する。なお、この処理部１２０はハードウェアとして構成してもよいし、コンピュータを処理部１２０として機能させるプログラムとして構成してもよい。

＜端末３００＞
端末３００は、パーソナルコンピュータや携帯電話機などであり、シミュレーションモデル用のパラメータを入力する操作部と、シミュレーション結果を表示する表示部などを備える。

上記構成の空調制御システムの概略動作について説明する。

（１）端末３００は、データベース１１０内に通信ネットワーク２００経由でアクセスし、初期レイアウト、条件を入力し、基本のモデルを作成した後、シミュレーションを実施し、各種センサ３ｎの測定データとの整合性を確認し、データベース１１０に保存する。

（２）中継装置４０は、空調室１０に配置した各種センサ３ｎ（温度、電力、風速）からの測定データを通信ネットワーク２００経由にて処理装置１００へ定期的に（例えば３０分間隔で）送る。シミュレーションパラメータ部１３０は、受け取った測定データとデータベース１１０から入手したシミュレーションモデルデータをシミュレーションソフト１４０に送信し、シミュレーションを実施させる。

（３）処理部１２０は、シミュレーション結果に基づいて、サーバ又はラックの吸入温度がエリア毎に推奨温度範囲内であるか否かを判断し、上限、下限を逸脱している箇所を検出する。

（４）シミュレーションパラメータ部１３０は、（３）にて検出したエリアに対する空調設備の対策パラメータをデータベース１１０から受け取り、再度シミュレーションソフト１４０にシミュレーションを実施させる。シミュレーションの結果、同エリアの問題が改善されていない場合は、次の対策パラメータを付加してシミュレーションを繰り返す。

（５）（４）のシミュレーションにていずれかの対策によって、サーバ又はラックの吸入温度が推奨温度範囲内に収まった場合は、処理部１２０は、（４）のシミュレーションで使用した対策パラメータに基づく指示情報を中継装置４０に対して送信する。

（６）サーバ又はラックの吸入温度が推奨温度範囲内に収まらなかった場合は、端末３００に異常通報を行う。

次に、図２のレイアウト例及び図３のフロー図、表１〜６を参照して本実施形態の空調制御動作について詳細に説明する。なお、データベース１１０には、予め対策パラメータが登録されているものとする。また、表１は、各種センサ３ｎから中継装置４０経由でシミュレーションパラメータ部１３０に送信する測定データの一例である。表２は、処理部１２０から中継装置４０経由で空調設備へ送信する指示情報の一例である。表３は、シミュレーションソフト１４０でシミュレーションを実施するためのシミュレーションモデルデータである。表４は、図４での各エリアが推奨温度範囲を逸脱した場合の、空調設備を制御する条件を規定する対策パラメータである。表５は、推奨温度範囲を逸脱しているエリアを指定するデータである。表６は、推奨温度範囲を元に設定したエリア別のシミュレーションポイントの温度を示すデータである。

まず、端末３００よりデータベース１１０に入力したシミュレーションモデルデータ（表３）をシミュレーションパラメータ部１３０に送信する（図３のステップＳ１）。このシミュレーションモデルデータには、空調室のサイズ、初期室内温度、空調室内の各機器及び各空調設備のサイズ、特性などが含まれる。

次に、空調室１０に設置されている各種センサＳ１〜Ｓｎの測定データ（表１）を定期的に（例えば３０分間隔で）中継装置４０を経由してシミュレーションパラメータ部１３０へ入力する（ステップＳ２）。この測定データには、センサを特定する情報、センサが設置された空調設備を特定する情報、測定項目、測定数値などが含まれる。

次に、シミュレーションパラメータ部１３０からシミュレーションソフト１４０へステップＳ１、２で入力されたデータ（測定データ及びシミュレーションモデルデータ）を送信し、シミュレーションソフト１４０はシミュレーションを実行する（ステップＳ３）。シミュレーションソフト１４０の内部動作フローを以下に記載する。

１．パラメータを取得し、実行コマンドを入手する（表３）。

２．室内レイアウトをメッシュ分割する。

３．パラメータ（室内機器（サーバ／ラック、ファン、空調機）の発熱量、空調機吹出温度、風量、初期室内温度）よりシミュレーションを実行し、室内の温度分布及びサーバ／ラックの吸込温度を算出する。

４．メッシュ単位での温度分布を算出し、サーバ／ラックの吸込温度の結果を出力する。

次に、ステップＳ３で実行したシミュレーション結果を処理部１２０に送信し、処理部１２０は、シミュレーション結果に基づいて、エリア毎（例えば、図２のエリアＡ、Ｂ）に設定された温度センサのポイント（図４のポイントＶ１〜Ｖ１２）のうちの、予め設定された代表ポイント（表６のエリアＡのポイントＶ１、Ｖ９、エリアＢのポイントＶ６、Ｖ９）の温度と推奨温度範囲とを比較する（ステップＳ４）。

比較した結果、代表ポイントの温度が推奨温度範囲内であり（ステップＳ５）、システム起動時であれば（ステップＳ６）、処理を終了する。

一方、代表ポイントの温度が推奨温度範囲内ではないエリアがあった場合（ステップＳ７）、その後、処理部１２０からデータベース１１０へそのエリアを指定するデータ（表５）を送信し（ステップＳ８）、表４のエリア毎の対策［１］が実施済みであるかを判定し（ステップＳ９）、実施していない場合は、データベース１１０から処理部１２０を経由して対策［１］に対応する対策パラメータを受信する（ステップＳ１０）。この対策パラメータには、制御を行う空調設備を特定する情報と制御項目とその指示値などを含む。

次に、対策［１］のパラメータをシミュレーションパラメータ部１３０へ入力し（ステップＳ１１）、ステップＳ３にて再度シミュレーションを実行し、当該エリアのポイントの温度が推奨温度範囲内ではなかった場合は、ステップＳ７へ進み、対策［１］は実施済みであるため、表４の対策［２］を実施する（ステップＳ１２、１３、Ｓ１１）。

本動作を推奨温度範囲内になるまで繰り返し、表４の対策ｎを実施して（ステップＳ１４）、ステップＳ１１、Ｓ３、Ｓ４と進み、推奨温度範囲内になった場合は（ステップＳ５）、システム起動時ではないため（ステップＳ１５）、処理部１２０は、シミュレーションを実施した対策ｎを空調設備に実施させるための指示情報（表２）を中継装置４０へ送信する（ステップＳ１６）。この指示情報には、制御対象とする空調設備を特定する情報と制御項目とその指示値などを含む。

一方、対策ｎを実施しても推奨温度範囲内にならない場合は、空調機１１〜１ｎ、ファン２１〜２ｎに問題が発生している可能性があるため、処理部１２０は、端末３００へ問題が発生していることを通報する（ステップＳ１７）。

このように、センサの測定データ及びシミュレーションモデルデータを用いてシミュレーションにより空調室１０内の温度分布を求め、予め定めた推奨温度範囲を逸脱するエリアがある場合は、対策パラメータを付加してシミュレーションを行い、推奨温度範囲内になるかを判定し、推奨温度範囲内になるまで、順次対策パラメータを付加してシミュレーションを繰り返すことにより、適切な制御を行うことができる。また、全ての対策パラメータを付加したシミュレーションでも推奨温度範囲内にならない場合に端末３０に通報することにより、問題発生時に迅速に対応することができる。

なお、上記実施形態では、空調室の温度を制御する場合について記載したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、湿度、気圧、粉塵や化学物質の量などの任意の環境要素を制御する場合に対して同様に適用することができる。また、上記実施形態の制御システム及び制御方法は、空調室の空調設備の制御に限定されない。

本発明は、一般の電算室のほかに特にハウジング・ホスティングを業務としているような、室面積の広いデータセンターの空調制御といった用途に利用可能である。

本発明の一実施形態に係る空調制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る空調室のレイアウト及びエアーフローの一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る空調制御方法の手順を示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係る空調室の温度測定点及びセンサ配置の一例を示す図である。

符号の説明

１０ 空調室
１１〜１ｎ 空調機
２１〜２ｎ ファン
３ｎ センサ
４０ 中継装置
１００ 処理装置
１１０ データベース
１２０ 処理部
１３０ シミュレーションパラメータ部
１４０ シミュレーションソフト
２００ 通信ネットワーク
３００ 端末

Claims (8)

1. 空調設備と検出器とを含む空調室と、前記空調設備の制御を行う処理装置と、端末と、を少なくとも備える空調制御システムにおいて、
   前記処理装置は、
   予め作成したシミュレーションモデルデータと前記検出器から取得した測定データとに基づいて、シミュレーションにより前記空調室内の温度分布を求め、
   前記空調室内の所定の位置の温度が予め定めた温度範囲を逸脱した場合は、予め登録した、前記空調設備の制御条件を規定した複数の対策パラメータを順次付加して前記シミュレーションを行い、当該シミュレーションの結果から求められる前記所定の位置の温度が前記温度範囲内となるまで、前記対策パラメータの付加及び前記シミュレーションを繰り返す機能を備えることを特徴とする空調制御システム。
2. 前記処理装置は、更に、
   前記所定の位置の温度が前記温度範囲内となった場合は、付加した前記対策パラメータで定められる制御を前記空調設備に実行させる指示情報を送信し、前記複数の対策パラメータの全てを付加した前記シミュレーションでも前記所定の位置の温度が前記温度範囲内とならない場合は、問題が発生したことを前記端末に通報することを特徴とする請求項１に記載の空調制御システム。
3. 前記空調室は、複数のエリアに分割されており、
   前記対策パラメータは、エリア毎に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の空調制御システム。
4. 前記対策パラメータは、前記温度範囲の上限を超えた場合と、前記温度範囲の下限を下回った場合の各々に対して、個別に設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の空調制御システム。
5. 空調設備と検出器とを含む空調室と、前記空調設備の制御を行う処理装置と、端末と、を少なくとも備える空調制御システムにおける空調制御方法であって、
   前記空調室内の温度が予め定めた温度範囲を逸脱した場合における、前記空調設備の制御条件を規定した複数の対策パラメータを登録する第１ステップと、
   予め作成したシミュレーションモデルデータと前記検出器から取得した測定データとに基づいて、シミュレーションにより前記空調室内の温度分布を求める第２ステップと、
   前記空調室内の所定の位置の温度が前記温度範囲を逸脱する場合に、前記複数の対策パラメータを順次付加して前記シミュレーションを行い、当該シミュレーションの結果から求められる前記所定の位置の温度が前記温度範囲内となるまで、前記対策パラメータの付加及び前記シミュレーションを繰り返す第３ステップと、を少なくとも有することを特徴とする空調制御方法。
6. 前記所定の位置の温度が前記温度範囲内となった場合は、前記空調設備に対して、付加した前記対策パラメータで定められる制御を行い、前記複数の対策パラメータの全てを付加した前記シミュレーションでも前記所定の位置の温度が前記温度範囲内とならない場合は、問題が発生したことを前記端末に通報する第４ステップを更に有することを特徴とする請求項５に記載の空調制御方法。
7. 前記第１ステップでは、前記空調室の複数のエリアの各々に対して、複数の対策パラメータを登録し、
   前記第３ステップでは、前記所定の位置を含むエリアに対応する対策パラメータを順次付加して前記シミュレーションを行い、
   前記第４ステップでは、当該エリアを管轄する空調設備に対して制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の空調制御方法。
8. 前記第１ステップでは、前記温度範囲の上限を超えた場合と、前記温度範囲の下限を下回った場合の各々に対して、複数の対策パラメータを登録し、
   前記第３ステップでは、前記温度が前記温度範囲の上限を超えたか下限を下回ったかに応じて、対応する対策パラメータを順次付加して前記シミュレーションを行うことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一に記載の空調制御方法。

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