JP2014055691A - 空調制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】空調を効率的に行うことができる空調制御システムを提供する。
【解決手段】サーバルームＫに給気する際の給気温度が所定値となるように調整する給気温度調整手段と、前記給気温度調整手段によって温度調整された空気を、サーバルームＫに給気する給気ファン１８と、給気ファン１８の回転速度を制御するための給気ファン用インバータ４５と、複数のサーバ２２から吸熱した空気をサーバルームＫから排気する排気ファン１９と、排気ファン１９の回転速度を制御するための排気ファン用インバータ４６と、複数のサーバ２２の稼動情報を管理する稼動情報管理手段と、前記稼動情報を用いて、複数のサーバ２２で発生する熱を打ち消すように給気風量を算出し、当該給気風量に対応して給気ファン用インバータ４５及び排気ファン用インバータ４６の周波数を算出する制御手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電子機器が設けられた被空調空間の空調を行う空調制御システムに関する。

近年、情報処理技術の向上やインターネット環境の発達に伴って、必要とされる情報処理量が増加しており、各種の情報を大量に処理するためのデータ処理センタがビジネスとして脚光を浴びている。例えば、データ処理センタのサーバルームには、電子機器が集約された状態で多数設置され、昼夜にわたって連続稼動している。

ちなみに、サーバルームにおける電子機器の設置方式として、ラックマウント方式が主流になっている。ラックマウント方式は、電子機器を機能単位別に分割して収納するラック（筐体）をキャビネットに段積みする方式であり、かかるキャビネットがサーバルームの床上に多数配列されている。

また、電子機器の処理能力が急速に向上してきており、電子機器からの発熱量は増加の一途をたどっている。一方、電子機器において高温状態が継続すると、システム停止などのトラブルを引き起こす可能性があるため、電子機器の環境温度を所定値以下に抑える必要がある。
したがって、サーバルーム内を冷房するのに必要な空調動力が大幅に増加しているのが実情であり、企業経営におけるコスト削減の観点のみならず、地球環境の保全の観点からも空調動力の削減が急務となっている。

例えば、特許文献１には、１つ以上の室外機と、同一対象空間に配備される複数の室内機と、を備える空調システムについて記載されている。当該空調システムは、室外機が対象空間に供給する熱量である室外供給熱量と、それぞれの室内機の仕様に関する情報である第２仕様情報と、に基づいて室内機の稼動台数を決定する第１決定部を備える。

特開２００６−２２０３４５号公報

特許文献１に記載の技術は、所定の稼動停止条件を満足した場合のみ室内機の稼動台数を削減し、室内機ごとのオン／オフを制御するものである。したがって、空調負荷の変動（減少ぶん）が小さい場合、当該変動に対応したきめ細かい空調制御を行うことができず、省エネ運転を適切に行えない可能性がある。
また、多数の電子機器が設置される機器ルーム（被空調空間）を空調する際、複数の室内機の一部を停止させると、機器ルーム内の気流が不安定になって熱溜まりが生じる可能性がある。
このように、特許文献１に記載の技術では、空調を効率的に行うことができない可能性がある。

そこで、本発明は、空調を効率的に行うことができる空調制御システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、稼動情報管理手段から入力される稼動情報を用いて、被空調空間に設置される複数の電子機器で発生する熱を打ち消すように給気風量を算出し、当該給気風量に対応して給気ファン用インバータ及び排気ファン用インバータの周波数を算出する制御手段を備えることを特徴とする。
なお、詳細については、発明を実施するための形態において説明する。

本発明により、空調を効率的に行う空調制御システムを提供できる。

本発明の第１実施形態に係る空調制御システムの構成図（断面模式図）である。 サーバルームに設けられる複数のサーバラックの配置と、コールドアイル及びホットアイルとの関係を示す平面模式図である。 空調制御システムが備える制御系の構成図である。 （ａ）はサーバの消費電力と、必要風量との関係を示すグラフであり、（ｂ）はサーバルームに供給される冷風の給気風量と、給気ファン用インバータの周波数との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る空調制御システムに関するグラフであり、（ａ）は冷却ファンの周波数と、必要風量との関係を示すグラフであり、（ｂ）はサーバルームに供給される冷風の給気風量と、給気ファン用インバータの周波数との関係を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係る空調制御システムにおいて、サーバルームに設置されるサーバの説明図（断面模式図）である。 本発明の第４実施形態に係る空調制御システムにおいて、サーバの消費電力と、必要風量との関係を示すグラフである。

本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
以下では、一例として、複数のサーバが設置されたサーバルームを、外気の冷熱によって空調する（つまり、外気空調方式を用いる）場合について説明する。

≪第１実施形態≫
＜空調制御システムの構成＞
図１は、本実施形態に係る空調制御システムの構成図（断面模式図）である。
図１の紙面左側は、外気空調制御盤４０などが設置される機械室Ｍであり、図１の紙面右側は、被空調空間であるサーバルームＫである。また、外気空調機Ｅに設置される給気ファン１８の吹出口とサーバルームＫとは、床下チャンバＣ及び連通孔ｈを介して互いに連通している。
なお、以下の記載において、任意のサーバラックを示す場合はサーバラック２１と記し、任意のサーバを示す場合はサーバ２２と記す。

空調制御システム１００は、冷熱源である外気を用いて、複数のサーバ２２（電子機器）が設置されるサーバルームＫ（被空調空間）を空調するためのシステムである。サーバ２２などの電子機器は精密動作が要求されるため、内蔵するＣＰＵ（Central Processing Unit）の温度が所定の耐熱温度に達しないようにする必要がある。一方、極端に低温（例えば、５℃）の冷風をサーバルームＫに給気すると、結露が生じる可能性があるため、このような事態を回避する必要がある。
したがって、サーバ２２の動作環境を適切な状態で維持するために、本実施形態では、給気ファン１８の給気温度が所定の目標温度（例えば、２０℃）となるように制御する。

図１に示す空調制御システム１００は、外気をサーバルームＫに供給・排出する外気給排系と、夏季などに冷水を循環させる冷水循環系と、空調制御システム１００の動作を制御する制御系と、を備えている。

（外気給排系）
外気給排系は、ダンパ１１，１２，１３と、フィルタ１７と、給気ファン１８と、排気ファン１９と、これらを接続する配管ａ１〜ａ５と、を備えている。
ダンパ１１は、配管ａ１を介して給気口ｍ１に接続され、配管ａ１を介して流入する外気の流量を調整するものである。また、ダンパ１１は、外気空調機Ｅの内部に設置されたフィルタ１７に配管ａ２を介して接続されている。
ダンパ１２は、配管ａ３を介して排気口ｍ２に接続され、配管ａ３を介して排出される空気（温風）の流量を調整するものである。また、ダンパ１２は、配管ａ４を介して排気ファン１９の吹出口に接続されている。
なお、前記した給気口ｍ１及び排気口ｍ２は、系外（外気）に連通している。

ダンパ１３は、配管ａ２と配管ａ４とを接続する配管ａ５に設けられ、給気側の配管ａ２に戻る温風の流量を調整するものである。つまり、給気側の配管ａ２には、ダンパ１１の開度に応じた流量の外気（冷風）と、ダンパ１２，１３の開度に応じた流量の空気（温風）とが流入し、混合されてフィルタ１７に向かう。
ちなみに、ダンパ１１，１２，１３の開度は、給気口ｍ１に設けられる温度センサ１４の検出値と、配管ａ４に設けられる温度センサ１５の検出値とに基づき、給気ファン１６の給気温度が所定値（例えば、２０℃）となるように、外気空調制御盤４０によって制御される。なお、給気ファン１６の給気温度は、図１に示す温度センサ１６によって検出され、外気空調制御盤４０に入力される。

フィルタ１７は、外気空調機Ｅに設置され、配管ａ２に接続されている。フィルタ１７は、配管ａ２を介して流入する空気中の塵埃を取り除く機能を有する。
給気ファン１８は、外気空調機Ｅに設置され、後記する熱交換器３２よりも下流側に設けられている。給気ファン１８は、所定温度となるように調整された空気を、サーバルームＫに給気する機能を有している。なお、給気ファン１８の吹出口は、床下チャンバＣと、サーバルームＫの床面に多数設けられた連通孔ｈとを介して、サーバルームＫのコールドアイルＡ（低温領域）と連通している。

排気ファン１９は、吸込口が配管ａ５を介してサーバルームＫのホットアイルＢ（高温領域）と連通し、吹出口が配管ａ４、ダンパ１２、及び配管ａ３を介して排気口ｍ２に連通している。排気ファン１９は、サーバ２２の冷却ファン２２ａ（図６参照）から吹き出される高温（例えば、３５℃）の空気を、サーバルームＫから排出する機能を有している。

ここで、サーバルームＫにおけるサーバ２２の配置について説明する。図１に示すように、サーバルームＫの床上には、サーバ２２を収容するサーバラック２１が複数配置されている。また、１つのサーバラック２１には、複数（図１では、５つ）のサーバ２２が段積みされている。
なお、図１では省略したが、それぞれのサーバ２２には冷却ファン２２ａ（図６参照）が内蔵され、背面（吸込側）からコールドアイルＡの冷風を吸い込み、前面（吹出側）からホットアイルＢに向けて温風を吹き出している。この過程において冷却ファン２２ａに吸い込まれた冷風は、サーバ２２から発生する熱を吸熱して温風になる。一方、サーバ２２は、前記冷風との熱交換によって排熱し、所定の耐熱温度以下に維持される。

図２は、サーバルームに設けられる複数のサーバラックの配置と、コールドアイル及びホットアイルとの関係を示す平面模式図である。なお、図２では、給気ファン１８よりも上流側、及び排気ファン１９よりも下流側の図示を省略している。また、図２では、床面に設けられた連通孔ｈを模式的に示しているが、実際には、多数の連通孔ｈが設けられている。

図２に示すように、サーバルームＫには、多数のサーバラック２１が複数列（図２では、５列）に分けて並べられ、互いに隣り合う列に設けられるサーバ２２同士が対向するように配置されている。例えば、左から１列目の各サーバ２２の背面（吸込側）と、２列目の各サーバ２２の背面（吸込側）と、が対向するように配置されている。なお、冷却ファン２２ａ（図６参照）の吸込口は、コールドアイルＡ（低温領域）に臨んでいる。
また、例えば、左から２列目の各サーバ２２の前面（吹出側）と、３列目の各サーバ２２の前面（吹出側）と、が対向するように配置されている。なお、冷却ファン２２ａの吹出口は、ホットアイルＢ（高温領域）に臨んでいる。

図１及び図２に示すように、サーバルームＫの天井とサーバラック２１の上面（サーバラック２１がない箇所は床面）との間は、ビニールカーテンｉで仕切られている。このようにコールドアイルＡとホットアイルＢとを仕切ることによって、サーバファン２２ａ（図６参照）から吹き出された温風がコールドアイルＡに回り込むことを防止し、冷却効率を高めている。
また、図２に示すように、各コールドアイルＡに対応して給気ファン１８が設けられ、各ホットアイルＢに対応して排気ファン１９が設けられている。

前記したように、それぞれの給気ファン１８の吹出口は床下チャンバＣ及び連通孔ｈを介してコールドアイルＡに臨み、それぞれの排気ファン１９の吸込口はサーバルームＫに臨んでいる。ちなみに、サーバルームＫは、連通孔ｈ及び排気ファン１９の吸込口を除いて、略密閉された状態になっている。
また、給気ファン１８からサーバルームＫに給気する際の給気温度が所定値（例えば、２０℃）となるように、給気温度調整手段によって調整される。ここで、「給気温度調整手段」は、ダンパ１１，１２，１３と、温度センサ１４，１５，１６と、外気空調制御盤４０と、を含んで構成される。

（冷水循環系）
再び、図１に戻って説明を続ける。熱交換器３２は外気空調機Ｅに内蔵され、フィルタ１７と給気ファン１８との間に介在している。冷水ポンプ３１は、配管ｂ２を介して熱交換器３２の一端に接続され、冷水循環系の制御装置（図示せず）からの指令に従って駆動する。なお、図１では省略したが、所定量の冷水を貯留する蓄冷槽や、この蓄冷槽に貯留される水に冷熱を供給する冷凍機などが、配管ｂ１，ｂ３を介して設けられている。

空調制御システム１００において、春季・秋季（いわゆる中間期）や冬季のように外気温度が比較的低い場合、外気空調を行うことによって外気の冷熱をサーバ２２に供給できる。
一方、夏季のように外気温度が比較的高い場合、外気空調によってサーバ２２に冷熱を供給することは困難である。したがって、外気温度（又は外気の単位重量当たりのエンタルピ）が所定値以下である場合、空調制御システム１００は、熱交換器３２に冷水を通流させることでサーバ２２に冷熱を供給する。
この場合、冷水循環系の制御装置（図示せず）によって、給気ファン１８の吹出温度を所定値（例えば、２０℃）となるように制御することが好ましい。

（制御系）
図３は、空調制御システムが備える制御系の構成図である。制御系は、ＩＴ側管理手段４１と、第１記憶手段４２と、空調制御手段４３と、第２記憶手段４４と、給気ファン用インバータ４５と、排気ファン用インバータ４６と、を備えている。

ＩＴ側管理手段４１（稼動情報管理手段）はＣＰＵを含んで構成され、第１記憶手段４２に格納されているＩＴ側管理ソフト４２１を読み込んで、各サーバ２２の稼動情報を管理する。なお、前記稼動情報とは、例えば、サーバ２２ごとの消費電力、ＣＰＵ稼動率、冷却ファン２２ａ（図６参照）の周波数である。
ＩＴ側管理手段４１は、サーバルームＫに設置されている各サーバ２２（図３に示すサーバ１，２，・・・，ｎ）と通信可能であり、前記した稼動情報を各サーバ２２から時々刻々と取得する。
なお、本実施形態においてＩＴ側管理手段４１は、各サーバ２２の消費電力を含む稼動情報を所定時間ごとに取得し、空調制御手段４３に出力するように設定されている。

第１記憶手段４２は、ＲＡＭ（Random Access Memory），ＲＯＭ（Read Only Memory），ＨＤＤ（Hard disk drive）などを含んで構成され、前記したＩＴ側管理手段４１の機能を実現するためのＩＴ側管理ソフト４２１が格納されている。

空調制御手段４３（制御手段）はＣＰＵを含んで構成され、第２記憶手段４４に格納されている空調制御ソフト４４１を読み込んで、外気空調を行うための制御処理を実行する。なお、外気空調を行う際の制御処理については、後記する。
第２記憶手段４４は、ＲＡＭ，ＲＯＭ，ＨＤＤなどを含んで構成され、外気空調を行うための空調制御ソフト４４１が格納されている。なお、空調制御ソフト４４１に含まれる消費電力−風量変換テーブル４４１ａ及び風量−周波数変換テーブル４４１ｂについては、後記する。

ちなみに、空調制御手段４３、第２記憶手段４４、給気ファン用インバータ４５、及び排気ファン用インバータ４６は、前記した外気空調制御盤４０（図１参照）に設けられている。

給気ファン用インバータ４５は、空調制御手段４３から入力される指令信号（例えば、ＰＷＭ（pulse width modulation）信号）に従って、所定の周波数で駆動する。なお、給気ファン用インバータ４５は、給気ファン１８に設置されたモータ（図示せず）に接続され、前記した周波数に対応する回転速度でモータを回転させる。
排気ファン用インバータ４６も、前記した給気ファン用インバータ４５と同様の構成を備えている。なお、排気ファン用インバータ４６は、排気ファン１９に設置されたモータ（図示せず）に接続されている。

＜空調制御処理＞
次に、図３を参照しつつ、外気空調を用いた空調制御処理について説明する。
本実施形態において空調制御手段４３は、ＩＴ側管理手段４１から入力される各サーバ２２の消費電力（稼動情報）を用いて、給気ファン１８によって給気する風量（給気風量）を算出し、給気ファン１８及び排気ファン１９を駆動させる。

前記したように、ＩＴ側管理手段４１と各サーバ２２とは通信可能に接続されている。ＩＴ側管理手段４１は、各サーバ２２の消費電力を所定時間ごとに取得し、空調制御手段４３に出力する。ちなみに、前記した消費電力に関する情報は、サーバルームＫで稼動している全てのサーバ２２から取得する。

次に、空調制御手段４３は、第２記憶手段４４に格納されている消費電力−風量変換テーブル４４１ａを参照し、サーバ２２から取得した消費電力に対応する必要風量を決定する。なお、消費電力−風量変換テーブル４４１ａは、サーバ２２の消費電力と、前記した必要風量との関係を規定するテーブルである。
また、前記した「必要風量」とは、サーバ２２を温度上昇させないために、このサーバ２２（前記消費電力の取得対象である特定のサーバ）に供給すべき単位時間当たりの風量を意味している。

ところで、サーバ２２の温度上昇を抑制して所定の温度範囲に維持するためには、そのサーバ２２で発生する熱（温熱）を打ち消すだけの冷熱を供給する必要がある。また、給気ファン１８の給気温度（温度センサ１６によって検出される温度）は、所定の目標温度（例えば、２０℃）となるように制御される。
したがって、単位時間あたりにサーバルームＫ（被空調空間）に供給される冷熱の量は、給気ファン１８から給気される冷風の風量のみによって決まる。

図４（ａ）は、サーバの消費電力と、必要風量との関係を示すグラフである。図４（ａ）に示すように、サーバ２２での消費電力に応じて、当該サーバ２２の必要風量を算出するための相関式（グラフ）が予め設定されている。また、サーバ２２の消費電力と、サーバ２２で発生する単位時間あたりの熱量とは正の相関があるため、サーバ２２の消費電力が大きくなるほど必要風量も多くなるように設定されている。
なお、サーバ２２の消費電力と必要風量との関係を、所定のデータ構造を有するテーブル（つまり、消費電力−風量変換テーブル４４１ａ：図２参照）として設定してもよい。

ちなみに、サーバ２２で発生する熱を打ち消すのに最低限必要な冷風量は、サーバ２２の消費電力のみによって決まるのではなく、他の要因（例えば、サーバ２２に内蔵された冷却ファン２２ａの吸込温度：図６参照）によっても変化する。本実施形態では、前記した他の要因が変動した場合でもサーバ２２に必要な冷熱を供給できるように、必要風量に所定の余裕を持たせている。

図４（ｂ）は、サーバルームに供給される冷風の給気風量と、給気ファン用インバータの周波数との関係を示すグラフである。
空調制御手段４３は、消費電量−風量変換テーブル４４１ａを参照してサーバ２２ごとの必要風量を決定し、それらの値を合算する。例えば、サーバ２２として、図３に示すサーバ１，２，・・・，ｎが存在し、各サーバ２２の必要風量がＱ１，Ｑ２，・・・，Ｑｎである場合、給気ファン１８の給気風量ｑは、以下に示す（式１）のようになる。

ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２＋・・・＋Ｑｎ ・・・（式１）

このように、空調制御手段４３は、サーバ２２ごとの必要風量を合算して給気ファン１８の給気風量ｑを算出する。なお、給気風量ｑは、サーバルームＫ（被空調空間）において発生する熱を打ち消すために供給する冷風の風量である。この給気風量に対応して、給気ファン用インバータ４５の周波数ｆ（図４（ｂ）参照）が決まる。

図４（ｂ）に示すように、給気風量が大きいほど給気ファン用インバータ４５の周波数（つまり、給気ファン１８の回転速度）も高くなるように、給気風量と周波数との相関式が予め設定されている。なお、給気風量と周波数との関係を、所定のデータ構造を有するテーブル（つまり、風量−周波数変換テーブル４４１ｂ：図３参照）として設定してもよい。

空調制御手段４３は、風量−周波数変換テーブル４４１ｂを用いて給気風量に対応する周波数を決定し、当該周波数に対応する指令信号（例えば、ＰＷＭ信号：Pulse Width Modulation）を給気ファン用インバータ４５に出力する。そうすると、給気ファン１８に設置されたモータ（図示せず）が、前記周波数に応じた回転速度で駆動する。

また、サーバルームＫは、連通孔ｈと、排気ファン１９の吸入口と、を除いて空気の出入口がないため、給気ファン１８から給気された冷風の風量と同量の空気（温風）を、排気ファン１９によって排出する必要がある。
したがって、空調制御手段４３は、給気風量を算出したのと同様の方法を用いてサーバルームＫからの排気風量を求め、当該排気風量に対応する周波数を決定して排気ファン用インバータ４５を駆動させる。これによって、排気ファン１９に設置されたモータ（図示せず）は、前記周波数に応じた回転速度で駆動する。

ちなみに、給気風量（サーバルームＫに流入する空気の流量）と、排気風量（サーバルームＫから流出する空気の流量）とは略等しい値になるが、給気ファン１８の回転速度と排気ファン１９の回転速度とが同じ値になるとは限らない。すなわち、ファンの種類や個数などに応じて風量−周波数変換テーブル４４１ｂが設定されるため、両者が異なる場合もある。

＜効果＞
本実施形態に係る空調制御システム１００によれば、以下のような効果を奏する。すなわち、空調制御システム１００では、中間期（春季・秋季）や冬季のように外気温度が比較的低い場合、外気の冷熱を利用して外気空調を実行する。
このように冷熱源として外気を利用するため、冷熱を供給するのに要する消費電力が略ゼロとなる。したがって、空調制御に要する消費電力を大幅に削減できる。
ちなみに、夏季のように外気温度が比較的高い場合は、冷凍機（図示せず）及び冷水ポンプ３１（図１参照）を駆動することによってサーバ２２に冷熱を供給できる。

また、本実施形態では、ダンパ１１，１２，１３の開度によって配管ａ４から配管ａ２に戻る温風の流量を調整し、給気ファン１８の給気温度が所定の目標温度となるように制御する（つまり、給気温度を略一定とする）。したがって、サーバ２２に供給される冷熱の総量が、給気ファン１８から給気される冷風の風量、つまり、給気ファン１８の回転速度のみによって決まる。
例えば、各サーバ２２の稼動に応じてサーバルームＫで発生する熱（温熱）の量が増えた場合、空調制御手段４３は、給気温度を変更することなく、給気ファン１８（及び排気ファン１９）の回転速度を上昇させる。このように本実施形態によれば、空調制御を行う際の処理に非常に単純化できる。

また、本実施形態では、各サーバ２２の消費電力の情報を用いてサーバ２２に必要な風量を算出し、さらにサーバルームＫに供給すべき給気風量を算出する。前記したように、サーバ２２の消費電力は、サーバ２２で発生する熱量に直接的に影響する。したがって、各サーバ２２の消費電力を給気ファン１８の風量に反映させることで、空調に必要な冷風量を適切に算出できる。

また、外気空調を行う際、空調制御に必要となる電力のほとんどは給気ファン１８及び排気ファン１９で消費される。従来の外気空調では、サーバ２２の消費電力の変化に関係なく、所定風量の冷風を常に供給する制御が行われていた。
これに対して本実施形態では、各サーバ２２で生じる熱を打ち消すように給気ファン１８及び排気ファン１９の回転速度を制御することによって、給気ファン１８及び排気ファン１９で消費される電力を従来よりも大幅に削減できる。したがって、サーバの安全性・信頼性を維持しつつ、空調制御に必要となる消費電力を大幅に削減できる。

また、本実施形態では、空調制御手段４３が、各サーバ２２の消費電力に応じて給気風量及び排気風量を決定する。したがって、前記した特許文献１のように室内機の台数制御を行う場合と比較して、サーバルームＫに供給する冷風の量（つまり、各サーバ２２に供給する冷熱の総量）を、サーバ２２の稼動状態に応じてきめ細かく制御できる。
また、サーバ２２の多くは、稼動中の消費電力を出力するように予め設定されている。仮にこのような設定がなされていない場合でも、電力計（図示せず）を設置することで消費電力を簡単に取得できる。このように、本実施形態では、サーバ２２の消費電力を空調制御に用いるため、あらゆる種類のサーバ２２（電子機器）に適用できる。

≪第２実施形態≫
第２実施形態は、第１実施形態で説明した消費電力−風量変換テーブル４４１ａに代えて、冷却ファン周波数−風量変換テーブル（図示せず）を備える点が異なるが、その他の点は第１実施形態と同様である。したがって、当該異なる部分について説明し、第１実施形態と重複する部分については説明を省略する。

前記したように、サーバラック２１に収容される各サーバ２２には冷却ファン２２ａ（電子機器用ファン：図６参照）が内蔵されている。
ちなみに、サーバ２２の制御手段（図示せず）は、例えばＣＰＵの稼動率などに基づいて冷却ファン２２ａの回転速度を決定する。つまり、冷却ファン２２ａの制御はサーバ２２内で閉じており、外部の制御装置（例えば、外気空調制御盤４０）が関与しない構成となっている。

図５（ａ）は、冷却ファンの周波数と、必要風量との関係を示すグラフである。図５（ａ）に示すように、冷却ファン２２ａの周波数が高いほど、そのサーバ２２に供給すべき冷風の風量（必要風量）も多くなる。なお、図５（ａ）に示す必要風量は、冷却ファン２２ａの吸込風量に相当する。
サーバ２２の制御手段（図示せず）は、ＣＰＵなどが耐熱温度に達しないように（換言すると、サーバ２２で発生する熱を打ち消すように）冷却ファン２２ａの回転速度を決定する。したがって、冷却ファン２２ａの吸込風量（つまり、必要風量）には、サーバ２２で発生する熱が直接的かつ正確に反映される。

なお、冷却ファン２２ａの周波数と必要風量との関係を、所定のデータ構造を有するテーブル（つまり、冷却周波数−風量変換テーブル：図示せず）として設定してもよい。冷却ファン周波数−風量変換テーブルは、それぞれのサーバ２２に設置される冷却ファン２２ａの周波数と、サーバ２２に供給する風量（必要風量）との関係を規定するテーブルであり、予め第２記憶手段４４に格納されている。

図５（ｂ）は、サーバルームに供給される冷風の給気風量と、給気ファン用インバータの周波数との関係を示すグラフである。なお、図５（ｂ）に示すグラフは、第１実施形態で説明した図３（ｂ）のグラフと同様であるため、説明を省略する。
空調制御手段４３は、前記した冷却ファン周波数−風量変換テーブル（図示せず）を参照して各サーバ２２の必要風量を決定し、それらの値を合算する。この合算値は、サーバルームＫ（被空調空間）において発生する熱を打ち消すために必要な給気風量に相当する。

そして、空調制御手段４３は、算出した給気風量に対応して給気ファン用インバータ４５の周波数を決定し、給気ファン１８を駆動させる。なお、排気ファン１９の周波数も前記と同様の方法で算出される。

＜効果＞
本実施形態に係る空調制御システム１００によれば、冷却ファン２２ａの周波数に応じてサーバ２２の必要風量を算出する。前記したように、冷却ファン２２ａの回転速度は、サーバ２２に搭載されたＣＰＵが所定の耐熱温度に達しないように（つまり、ＣＰＵにおいて発生する熱を打ち消すように）制御される。したがって、冷却ファン２２ａの周波数は、サーバ２２から発生する熱を打ち消すのに最低限必要な冷熱の量と１対１で対応する。

第１実施形態で説明したように、サーバ２２で発生する熱量はサーバ２２の消費電力のみによって決まるのではなく、他の要因（冷却ファン２２ａの吸込温度など）によっても変化し得る。例えば、冷却ファン２２ａの吸込温度が高くなると、そのぶんサーバ２２を冷やすのに最低限必要となる冷風量は多くなる。第１実施形態で説明した消費電力−風量変換テーブル４４１ａは、前記した他の要因が変動した場合でもサーバ２２に必要な冷熱を供給できるように、必要風量に所定の余裕を持たせていた。

これに対して本実施形態に係る空調制御システム１００は、サーバ２２から発生する熱量が、必要風量に直接的に反映される。したがって、冷却ファン周波数−風量テーブル（図示せず）を用いることによって、サーバ２２から発生する熱を打ち消すのに最低限必要の冷風量を正確に算出できる。
これによって、給気ファン１８及び排気ファン１９の回転速度を必要最低限に抑え、空調制御に用いられる消費電力を最小限に抑えることができる。

≪第３実施形態≫
第３実施形態は、第１実施形態と比較して、それぞれのサーバ２２の入気温度を検出する入気温度センサ２３を備える点と、空調制御ソフト４４１として入気温度設定テーブル（図示せず）を追加する点が異なるが、その他の点は第１実施形態と同様である。したがって、当該異なる部分について説明し、第１実施形態と重複する部分については説明を省略する。

前記したように、給気ファン１８から給気される冷風の温度は、空調制御手段４３によって所定の目標温度（例えば、２０℃）となるように制御される。しかし、空調設備に不具合が生じたり、メンテナンス時において一時的にビニールカーテンｉ（図１参照）が開かれたりすると、冷風の温度が上昇する可能性がある。
本実施形態では、このような異常を検知した場合、空調制御手段４３が給気ファン１８（及び排気ファン１９）の回転速度を上昇させ、給気ファン１８の給気風量を増加させる。

図６は、空調制御システムのサーバルームに設置されるサーバの説明図（断面模式図）である。図６に示すように、サーバ２２に流入する冷風の温度を検出する入気温度センサ２３（入気温度検出手段）が、それぞれのサーバ２２ごとに設置されている。入気温度センサ２３は、サーバ２２に流入する空気の温度を検出し、所定時間ごとに空調制御手段４３に出力する。

空調制御手段４３は、複数の入気温度センサ２３から入力される入気温度のうち、所定値（例えば、２５℃）を超えているものがあるか否かを判定する。そして、前記所定値を超えているものが存在する場合、空調制御手段４３は入気温度設定テーブル（図示せず）を参照し、給気ファン用インバータ４５の周波数を段階的に高くする。そして、空調制御手段４３は、全ての入気温度センサ２３の検出値が前記所定値以下となるように、給気ファン用インバータ４５の周波数を上昇させる。

なお、連通孔ｈを介してサーバルームＫに流入する冷風の風量が増加すると、これに対応してサーバルームＫから排出する温風の流量も増加させる必要がある。したがって、空調制御手段４３は、前記したように給気ファン用インバータ４５の周波数を上昇させる場合、これに対応して排気ファン用インバータ４６の周波数も上昇させる。

＜効果＞
本実施形態に係る空調制御システム１００によれば、それぞれのサーバ２２に設置される冷却ファン２２ａの入気温度を検出し、各検出値のうち所定値を超えるものが存在する場合、空調制御手段４３が給気ファン用インバータ４５（及び排気ファン用インバータ４６）の周波数を上昇させる。
したがって、空調設備の不具合やメンテナンスなどによってサーバ２２の入気温度が上昇した場合、給気ファン１８によって大流量の冷風を供給するとともに、排気ファン１９によって大流量の温風を排出できる。
このように冷風の給気流量を強制的に増加させることによって、サーバ２２の入気温度の上昇を抑え、サーバ２２の温度を所定値以下に維持することができる。

≪第４実施形態≫
第４実施形態は、第１実施形態と比較して、それぞれのサーバ２２の入気温度を検出する入気温度センサ２３を備える点と、消費電力−風量変換テーブル（図示せず）を入気温度に応じて複数備える点が異なるが、その他の点は第１実施形態と同様である。したがって、当該異なる部分について説明し、第１実施形態と重複する部分については説明を省略する。

図６に示すように、サーバ２２に流入する冷風の温度を検出する入気温度センサ２３（入気温度検出手段）が、それぞれのサーバ２２ごとに設置されている。入気温度センサ２３は、サーバ２２の入気温度を検出し、所定時間ごとに空調制御手段４３に出力する。

図７は、サーバの消費電力と必要風量との関係を示すグラフである。前記したように、給気ファン１８から給気される冷風の温度は、空調制御手段４３によって所定の目標温度（例えば、２０℃）となるように制御される。しかし、第３実施形態のように空調制御システム１００に異常が生じなくとも、入気温度センサ２３によって検出される入気温度は変動し得る。

例えば、サーバラック２１には複数のサーバ２２が段積みされるが、サーバラック２１に設けられた全ての収容領域にサーバ２２が収容されるとは限らない。仮に、収容領域のうちサーバ２２が収容されない箇所が一つ又は複数存在する場合、冷却ファン２２ａからホットアイルＢに向けて吹き出された温風が、空状態の前記収容領域を介してコールドアイルＡに回り込む可能性がある。この場合、コールドアイルＡに回り込んだ温風によってサーバ２２の入気温度が上昇する。
このように、サーバラック２１に設けられた収容領域の状態によってサーバ２２の入気温度が変化する。また、その他の要因によってもサーバ２２の入気温度は変化し得る。

したがって、本実施形態では、サーバ２２の消費電力と必要風量との相関関係を示す複数の消費電力−風量変換テーブル（図示せず）が、予め設定された温度範囲に対応して第２記憶手段４４に格納されている。
例えば、図７に示すように、入気温度が低温（１８℃未満）である場合、サーバ２２の消費電力から給気風量を導く際に、空調制御手段４３はグラフαに相当する消費電力−風量変換テーブルを用いる。また、入気温度が中温（１８℃以２３℃未満）である場合、空調制御手段４３はグラフβに相当する消費電力−風量変換テーブルを用いる。また、入気温度が高温（２３℃以上）である場合、空調制御手段４３はグラフγに相当する消費電力−風量変換テーブルを用いる。
このように、空調制御手段４３は、入気温度センサ２３から入力される冷却ファン２２ａの入気温度に応じた消費電力−風量変換テーブル（又は相関式）を選択する。

ちなみに、このようなテーブル（又は相関式）は、サーバ２２の種類に応じて設けられる。例えば、５種類のサーバ２２がサーバルームＫに設置され、前記したように低温・中温・高温の吸込温度で異なる消費電力−風量変換テーブル４４１ａを用いる場合、全部で１５個（＝３×５）の消費電力−風量変換テーブル（図示せず）が第２記憶手段４４に格納される。

空調制御手段４３は、入気温度センサ２３から入力される入気温度に応じて消費電力−風量変換テーブル（図示せず）を選択し、前記入気温度センサ２３に対応するサーバ２２の必要風量を算出する。さらに、空調制御手段４３は、全てのサーバ２２の必要風量を合算し、サーバルームＫに供給する冷風の流量（つまり、給気風量）を算出する。さらに、空調制御手段４３は風量−周波数変換テーブル４４１ｂを参照し、前記給気風量に対応する周波数を求め、給気ファン１８及び排気ファン１９を駆動させる。なお、必要風量を算出した後の処理は、第１実施形態と同様である。

＜効果＞
本実施形態に係る空調制御システム１００によれば、空調制御手段４３が、サーバ２２の入気温度に応じて消費電力−風量変換テーブル（図示せず）を選択する。つまり、サーバ２２の入気温度が、サーバラック２１の収容状態などによって変動した場合、当該変動に応じた適切な消費電力−風量変換テーブルを選択する。
したがって、サーバ２２の発熱を打ち消すのに必要となる冷風量を、第１実施形態よりも正確に（つまり、必要最低限の冷風量に近づくように）算出できる。
その結果、空調制御に必要となる電力を、第１実施形態よりもさらに削減できる。

また、前記した第２実施形態のように、冷却ファン２２ａの周波数が空調制御手段４３に入力される場合、サーバ２２の発熱量がそのまま給気風量及び排気風量に反映される。しかしながら、冷却ファン２２ａの周波数を出力しない仕様となっているサーバも存在する。
本実施形態によれば、このように冷却ファン２２ａの周波数を出力しないサーバにも適用できる。なぜなら、サーバの多くは消費電力を出力する仕様になっており、そうでない場合は電力計を設置することで消費電力を容易に取得できるからである。

≪変形例≫
以上、本発明に係る空調制御システム１００について各実施形態により説明したが、本発明の実施態様はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、前記した各実施形態では、床下チャンバＣ及び連通孔ｈを介してサーバルームＫに冷風を給気する場合について説明したが、これに限らない。例えば、コールドアイルＡに冷風を送り込み、かつ、ホットアイルＢから温風を吸い出す空調ユニットを天井から吊り下げてもよい。

また、前記した各実施形態は、被空調空間がサーバルームＫである場合について説明したが、これに限らない。すなわち、サーバ以外の電気機器が設置された被空調空間を空調する場合についても、前記と同様の方法で行うことができる。
また、前記各実施形態は、適宜組み合わせることができる。例えば、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせてもよい。この場合、空調制御手段４３は、空調制御ソフト４４１として冷却ファン周波数−風量変換テーブル（図示せず）と、風量−周波数変換テーブル４４１ｂとを用いる。そして、複数の入気温度センサ２３から入力される入気温度のうち所定値を超えているものが存在する場合、空調制御手段４３は、給気ファン用インバータ４５（及び排気ファン用インバータ４６）の周波数を段階的に高くする。
なお、これと同様に、第３実施形態と第４実施形態とを組み合わせてもよい。

１００ 空調制御システム
Ｋ サーバルーム（被空調空間）
１１，１２，１３ ダンパ（給気温度調整手段）
１４，１５，１６ 温度センサ（給気温度調整手段）
１８ 給気ファン
１９ 排気ファン
２１ サーバラック
２２ サーバ（電子機器）
２２ａ 冷却ファン（電子機器用ファン）
２３ 入気温度センサ（入気温度検出手段）
４０ 外気空調制御盤（給気温度調整手段）
４１ ＩＴ側管理手段（稼動情報管理手段）
４２ 第１記憶手段
４２１ ＩＴ側管理ソフト
４３ 空調制御手段（制御手段）
４４ 第２記憶手段
４４１ 空調制御ソフト
４４１ａ 消費電力−風量変換テーブル
４４１ｂ 風量−周波数変換テーブル
４５ 給気ファン用インバータ
４６ 排気ファン用インバータ

Claims (5)

1. 冷熱源である外気を用いて、複数の電子機器が設置される被空調空間に給気する際の給気温度が所定値となるように調整する給気温度調整手段と、
   前記給気温度調整手段によって温度調整された空気を、前記被空調空間に給気する給気ファンと、
   前記給気ファンの回転速度を制御するための給気ファン用インバータと、
   前記複数の電子機器から吸熱した空気を、前記被空調空間から排気する排気ファンと、
   前記排気ファンの回転速度を制御するための排気ファン用インバータと、
   前記複数の電子機器の稼動情報を管理する稼動情報管理手段と、
   前記稼動情報管理手段から入力される稼動情報を用いて、前記複数の電子機器で発生する熱を打ち消すように前記給気を行う際の給気風量を算出し、当該給気風量に対応して前記給気ファン用インバータ及び前記排気ファン用インバータの周波数を算出する制御手段と、を備えること
   を特徴とする空調制御システム。
2. 前記稼動情報は、それぞれの前記電子機器の消費電力を含み、
   前記制御手段は、
   前記稼動情報管理手段から入力される前記消費電力に応じて、前記複数の電子機器で発生する熱を打ち消すように前記給気風量を算出し、当該給気風量に対応して前記給気ファン用インバータ及び前記排気ファン用インバータの周波数を算出すること
   を特徴とする請求項１に記載の空調制御システム。
3. 前記稼動情報は、それぞれの前記電子機器に設けられる電子機器用ファンの周波数を含み、
   前記制御手段は、
   前記稼動情報管理手段から入力される前記電子機器用ファンの周波数に応じて、前記複数の電子機器で発生する熱を打ち消すように前記給気風量を算出し、当該給気風量に対応して前記給気ファン用インバータ及び前記排気ファン用インバータの周波数を算出すること
   を特徴とする請求項１に記載の空調制御システム。
4. それぞれの前記電子機器に設けられ、前記電子機器に流入する空気の温度を検出して前記制御手段に出力する入気温度検出手段を備え、
   前記制御手段は、
   それぞれの前記入気温度検出手段のうち、検出される温度が所定値以上であるものが存在する場合、前記給気ファン用インバータ及び前記排気ファン用インバータの周波数を上昇させること
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の空調制御システム。
5. それぞれの前記電子機器に流入する空気の温度を検出し、前記制御手段に出力する入気温度検出手段と、
   前記電子機器の消費電力と、当該電子機器に供給する風量との関係を示す複数の消費電力−風量変換テーブルが、予め設定された温度範囲に対応して格納される記憶手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記入気温度検出手段によって検出される温度に対応する前記消費電力−風量テーブルを前記記憶手段から読み出し、前記稼動情報管理手段から入力される前記電子機器の消費電力に応じて、前記複数の電子機器で発生する熱を打ち消すように前記給気風量を算出し、当該給気風量に対応して前記給気ファン用インバータ及び前記排気ファン用インバータの周波数を算出すること
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の空調制御システム。