JP5969939B2 - データセンタの空調制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、空調機等の冷却設備を制御する空調制御装置に係り、サーバ装置等の情報処理装置とその冷却を行う冷却設備から成る情報処理システムが設置されるデータセンタの冷却設備を制御する空調制御装置に関する。

爆発的に増加するサーバ装置等の情報処理装置の発熱を冷却するため、冷却設備が消費する電力である冷却電力も増加しており、情報処理装置の消費電力と冷却電力をあわせた総合的な電力の削減が課題となっている。

データセンタの省電力化に向けて、情報処理装置、冷却設備、運用管理において、それぞれに省電力化の取り組みが行われている。

情報処理装置では、低電力デバイスによる消費電力当たりの性能の向上や、作業負荷に応じた動作ステートの切り替えによる省電力機能の採用が進められている。

冷却設備では、設置された空調機自身の運転効率向上や給排気口の気流設計の最適化、さらに局所冷却や液冷の導入が行われている。

運用管理では、稼動情報監視、ジョブスケジューリング、さらに仮想化による装置群の運用効率改善やコンソリデーションなどが行われている。

空調機等の冷却設備は、一般に情報処理装置群の全最大定格電力に基づいて設計されているが、実際の運用時にはすべての情報処理装置が使用されるわけではなく、また使用される情報処理装置の負荷も常に最大負荷になるわけではない。

今後、データセンタの運用管理技術の進歩によって、仮想化技術を用いて省電力化のために情報処理装置のコンソリデーションがさらに活用されることが予想される。

そのような状況において、データセンタの省電力化を図るためには、冷却設備に対する情報処理装置群の電力分布の偏在化や時間変動を考慮して、冷却設備の総電力を削減する対策が有効である。

これに関し、情報処理装置及び冷却設備を有する情報処理システムの運用管理方法として以下の方法が知られている。

第１に、並列計算機に対してジョブスケジューリングを行う管理サーバにおいて、計算機の温度センサ情報に基づいて温度の低い計算機へ新規ジョブを投入し、温度の高い計算機から温度の低い計算機へジョブを移動させ、高温による並列計算機の障害や性能低下を防ぐ方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、ジョブの移動前後で各々の計算機と、計算機毎に備わっている冷却装置の消費電力を温度情報に基づいて見積もることにより、移動の可否が判断される。

第２に、複数のコンピュータの管理システムにおいて、コンピュータの温度分布と稼動情報に基づき過熱コンピュータと非過熱コンピュータ（過疎コンピュータ）を抽出し、過熱コンピュータから非過熱コンピュータへソフトウェアを移動させ、省電力化を図る方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この方法では、対象コンピュータを抽出した上でソフトウェアの移動前後のコンピュータの消費電力と空調機器の消費電力の変動を比較し、移動可否が判断される。なお、コンピュータの消費電力は稼動情報から、空調機器の消費電力は温度分布から、温度分布は温度センサや温度履歴や稼動情報から求められる。

第３に、データセンタに在る複数のサーバに対して作業負荷を割り当てる方法において、リクエストされた作業負荷のプロファイルを履歴プロファイルと比較し、サーバと空調機器の消費電力が最低となる履歴に従ってリクエストされた作業負荷をサーバへ割り当て、適合する履歴が無ければランダムに割り当てる方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。この方法では、履歴プロファイルに、サーバの位置、クラス、稼動情報、入気温、排気温、作業負荷のタイプ、サーバと空調機器の消費電力が含まれる。サーバと空調機器の消費電力は、サーバの入排気温と比熱と風量から求められ、または電力計により測定される。

第４に、データセンタに在る複数のサーバに対して電力を配分する方法において、理想的なアナログ的な温度分布すなわち電力分布に近づくように地理的位置が近接したサーバ間またはラック間で電力予算の貸し借りを行ない、その予算配分に基づいてサーバの離散化した電力ステートを指定し、ホットスポットやコールドスポットによるサーバの障害を防ぐ方法が知られている（例えば、特許文献４参照）。この方法では、各サーバに対する理想電力を示す熱乗数は、各サーバの排気温度と平均的サーバの基準排気温度と空調機器の給気温度から求められる。

第５に、空調機について情報処理装置に関する空調機動作係数を計算し、情報処理装置について装置関連消費電力式を作成する方法が知られている（例えば、特許文献５参照）。この方法では、情報処理装置の装置関連消費電力式を元にした省電力性評価指標を用いて、計算機室全体の省電力化を実現するよう作業負荷の割当が決定される。この方法では、作業負荷の割当結果に基づき、情報処理装置の作業負荷を制御し、空調機動作係数および情報処理装置の消費電力（測定値）により、空調機の消費電力を計算し、空調機の出力が制御される。

特開２００４−１２６９６８号公報 特開２００７−１７９４３７号公報 米国特許出願公開第２００６／０２５９６２１号明細書 米国特許出願公開第２００６／０２５９７９３号明細書 特開２０１１−３４５７８号公報

特許文献１に示されるような方法では、並列計算機のうち温度の低い計算機へジョブを割り当てているが、それが省電力になるとは限らない。また、ジョブの移動前後で計算機の消費電力を見積もっているため、移動元と移動先に関わる電力が下がるものの、並列計算機全体に対しては局所的な省電力化に過ぎない。すなわち、データセンタ（計算機室）の総合的な省電力化を実現することができない。

特許文献２に示されるような方法では、ソフトウェアの移動前後でコンピュータの消費電力と空調機器の消費電力の変動を比較しているが、比較対象が抽出された過熱コンピュータと非加熱コンピュータに限られており、コンピュータ群と空調設備をあわせた総電力を考慮しているわけではない。すなわち、データセンタ（計算機室）の総合的な省電力化を実現することはできない。

特許文献３に示されるような方法では、サーバと空調機器の消費電力が最低となる履歴プロファイルに基づいて作業負荷をサーバに割り当てている。そのため、履歴プロファイルがある場合には、サーバ群と空調機器をあわせた総電力を低減出来るが、履歴プロファイルがない場合は、サーバ群と空調機器をあわせた総電力を低減できない。履歴プロファイルの蓄積には時間がかかるため、データセンタ（計算機室）の総合的な省電力化の実現までに長時間を要する。つまり、データセンタ（計算機室）の総合的な省電力化を素早く実現することはできない。

特許文献４に示されるような方法では、理想的な温度分布に近づくように近接したサーバ間で電力予算を貸し借りするが、サーバ群全体の合計電力が削減されるわけではない。すなわち、データセンタ（計算機室）の総合的な省電力化を実現することはできない。

特許文献５に示されるような方法では、情報処理装置への作業負荷割当の最適化により、計算機室の省電力化を実現できる。この方法では、省電力性評価指標を計算するために、非常に多くの計算時間が必要である。そのため、この方法を実施するにはこの計算を行うためのサーバを用意しなければならず、簡単な構成でデータセンタ（計算機室）の総合的な省電力化を実現することはできない。

本発明の目的は、簡単な構成でデータセンタの総合的な省電力化を実現できる空調制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）番目の装置の位置を示す位置情報と前記ｉ番目の装置の内部を流れる空気の流量Ｑ（ｉ）に基づいてｊ番目（ｊ＝１〜Ｎ）の装置のみの発熱量の変化により前記ｊ番目の装置の吐出口における空気の温度がΔＴ _out （ｊ）だけ変化したとき、前記流量Ｑ（ｉ）に占めるｊ番目の装置の吐出口からｉ番目の装置の吸入口へ流れる空気の流量ｑ（ｉ，ｊ）の割合に応じて、ｉ番目の装置の吸入口における空気の温度の変化量ΔＴ_ｉｎ（ｉ）をシミュレーションにより計算する入気温度差分計算部と、前記ΔＴ_ｉｎ（ｉ）を前記ΔＴ_out（ｊ）で除した値であって、前記流量Ｑ（ｉ）に占める前記流量ｑ（ｉ，ｊ）の割合を示す温度感度ａ（ｉ，ｊ）を計算する温度感度計算部と、ｊ番目の装置の吐出口における空気の温度Ｔ_out（ｊ）と計算された温度感度ａ（ｉ，ｊ）とに基づいてｉ番目の装置の吸入口における空気の温度Ｔ_ｉｎ（ｉ）を計算する入気温度計算部と、前記Ｔ_ｉｎ（ｉ）の最大値Ｍを決定する最大値決定部と、最大値Ｍが所定の閾値を超えないように、空調機の温度を制御する空調機制御部と、負荷の高い装置の負荷を負荷の低い装置に割り当てる負荷割当部と、を備えるようにしたものである。

本発明によれば、簡単な構成でデータセンタの総合的な省電力化を実現できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施形態である空調制御装置を含むデータセンタの構成図である。 本発明の第１の実施形態である空調制御装置を含むデータセンタに設置される情報処理装置の構成図である。 本発明の第１の実施形態である空調制御装置の構成図である。 本発明の第１の実施形態である空調制御装置によって空調が制御される計算機室における空気の流れを説明するための図である。 本発明の第１の実施形態である空調制御装置によって空調が制御される計算機室におけるサーマルネットワークを示す模式図である。 本発明の第１の実施形態である空調制御装置の機能を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態である空調制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態である空調制御装置を含むデータセンタに設置される情報処理装置の構成図である。 本発明の第２の実施形態である空調制御装置の機能を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態である空調制御装置の機能を説明するための図である。

〔第１の実施形態〕
以下、図１〜図７を用いて、本発明の第１の実施形態である空調制御装置３００の構成及び動作を説明する。空調制御装置３００は、データセンタ４００の空調機２００を制御する装置である。

最初に、図１を用いて、本発明の第１の実施形態である空調制御装置３００を含むデータセンタ４００の全体構成を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態である空調制御装置３００を含むデータセンタ４００の構成図である。

データセンタ４００は、６台の情報処理装置１００（１００_１〜１００_６）、２台の空調機２００（２００_１〜２００_２）、１台の空調制御装置３００を備える。なお、各装置の台数はこれらに限定されない。

本実施形態では、情報処理装置１００_１〜１００_６、空調機２００_１〜２００_２は計算機室Ｒの内部に配置される。一方、空調制御装置３００は、データセンタ４００に設けられた任意の部屋に配置されるが、計算機室Ｒの内部に配置されてもよい。

情報処理装置１００は、複数のＩＴ機器を内蔵したＩＴ機器ラックから構成される。なお、情報処理装置１００は、１台の一般的なサーバ装置であってもよい。情報処理装置１００の構成の詳細については、図２を用いて後述する。

空調機２００は、空調制御装置３００からの指令に基づいて、吐出する空気の温度を変更する。

具体的には、空調制御装置２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御部２０１を備える。制御部２０１は、空調制御装置３００からの情報である空調機設定風量、設定冷凍能力（設定吐出温度）に基づいて、空調風量や温度などが設定された値になるように制御管理する。

また、制御部２０１は、現在の空調機２００の運転状態である送風量や吸入と吐出の温度、空調機コンプレッサの消費電力等の値またはこれらの値を代表する量（例えば、送風ファン回転数などの量）を、通信ネットワークＮＷを介して空調制御装置３００へ送信する。

本実施形態では、データセンタ４００の床が二重構造になっている。空調機２００の底部から吐出された空気は、床下空間Ｕを通り、さらに床面の通風口Ｈを通って、情報処理装置１００の吸気面（ＩＴ機器ラックの前面）へ流れ込む。

吸気面から吸入された空気が情報処理装置１００の内部を通過する段階で、内蔵されたＩＴ機器から生じる熱がその空気へ伝達される。

具体的には、ＩＴ機器内には冷却用の内蔵ファンが設けられており、そのファンが情報処理装置１００の吸気面から空気を吸い込み、この空気が情報処理装置１００の内部に搭載されたＩＴ機器（発熱体）と熱交換する。熱交換された空気は、情報処理装置１００の排気面から排出される。

空調制御装置３００は、吐出空気の温度（空調機の設定温度）を指示する指令を空調機２００へ送信する。空調制御装置３００の構成の詳細については、図３を用いて後述する。

情報処理装置１００、空調機２００、空調制御装置３００は、通信ネットワークＮＷを介して相互に接続される。

次に、図２を用いて、本発明の第１の実施形態である空調制御装置３００を含むデータセンタ４００に設置される情報処理装置１００の構成を説明する。図２は、本発明の第１の実施形態である空調制御装置３００を含むデータセンタ４００に設置される情報処理装置１００の構成図である。

情報処理装置１００は、ＩＴ機器ラック１００Ｒ、複数のＩＴ機器１０１を備える。ＩＴ機器１０１は、例えば、ブレードサーバ、ストレージ、ルータ等である。ＩＴ機器１０１は、ＩＴラック１００Ｒの内部に設けられた棚に配置される。

ＩＴ機器１０１は、内部を流れる空気の流量（風量）Ｑ（ｉ）を代表する量（例えば、ファン回転数）を測定するセンサＳ_Ｑを備える。センサＳ_Ｑによって測定された値は空調制御装置３００に送信され、記憶される。

次に、図３を用いて、本発明の第１の実施形態である空調制御装置３００の構成を説明する。図３は、本発明の第１の実施形態である空調制御装置３００の構成図である。

空調制御装置３００は、ＣＰＵ３０４、主記憶装置３０５、ネットワークＩ／Ｆ３０６、グラフィックＩ／Ｆ３０７、入出力Ｉ／Ｆ３０８、補助記憶装置Ｉ／Ｆ３０９を備える。これらの装置は、バス３１１に接続される。

ＣＰＵ３０４は、制御部として、空調制御装置３００の各部を制御し、所定の運用管理の各モジュール（プログラム）を主記憶装置３０５にロードして実行する。

主記憶装置３０５は、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性メモリから構成される。主記憶装置３０５には、ＣＰＵ３０４が実行するプログラム、参照するデータがロードされる。

ネットワークＩ／Ｆ３０６は、通信ネットワークＮＷと接続するためのインタフェースである。

グラフィックＩ／Ｆ３０７は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示装置３０１を接続するためのインタフェースである。

入出力Ｉ／Ｆ３０８は、入出力装置を接続するためのインタフェースである。図３の例では、入出力Ｉ／Ｆに、キーボード３０２とポインティングデバイスとしてのマウス３０３が接続されている。

補助記憶装置Ｉ／Ｆ３０９は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）３１０などの補助記憶装置を接続するためのインタフェースである。

補助記憶装置３１０は、大容量のＨＤＤ（Hard Disk Drive）などから構成される。補助記憶装置３１０には、運用管理のためのプログラム３１０ａとデータベース３１０ｂが格納されている。

次に、図４を用いて、本発明の第１の実施形態である空調制御装置３００によって空調が制御される計算機室Ｒにおける空気の流れを説明する。図４は、本発明の第１の実施形態である空調制御装置３００によって空調が制御される計算機室Ｒにおける空気の流れを説明するための図である。なお、図４において、図１と同一部分には同一符号を付す。

空調機２００（２００_１〜２００_２）は、計算機室Ｒの空気を回収する吸込口２００Ｆ（２００Ｆ_１〜２００Ｆ_２）と、回収した空気を冷却して計算機室Ｒへ吐出する吐出口２００Ｂ（２００Ｂ_１〜２００Ｂ_２）を備える。

図４では、空調機２００の吸入口２００Ｆ及び吐出口２００Ｂは矢印で模式的に表される。同様に、後述する情報処理装置１００の吸入口１００Ｆ及び吐出口１００Ｂも模式的に表される。

情報処理装置１００（１００_１〜１００_６）は、空気を吸入する吸入口１００Ｆ（１００Ｆ_１〜１００Ｆ_６）と、内蔵されたＩＴ機器１０１によって温められた空気を計算機室Ｒに吐出する吐出口１００Ｂ（１００Ｂ_１〜１００Ｂ_６）を備える。これにより、情報処理装置１００は、ＩＴ機器１０１が発生した熱を計算機室Ｒへ放熱することができる。

ここで、情報処理装置１００は、キャッピングダクト（ＩＴ機器ラック１０１の背面から吐出する空気を誘導するように空気通路を形成する薄板状の四辺形状からなるもの）、キャッピングカーテン等の静的制御部を吐出口１００Ｂが配置される部分に備えてもよい。また、情報処理装置１００は、ルーバ、多孔板等の動的制御部を吐出口１００Ｂが配置される部分に備えていてもよい。動的制御部は、空調制御装置３００によって制御される。

次に、図５を用いて、本発明の第１の実施形態である空調制御装置３００によって空調が制御される計算機室ＲにおけるサーマルネットワークＴＮＷを説明する。図５は、本発明の第１の実施形態である空調制御装置３００によって空調が制御される計算機室ＲにおけるサーマルネットワークＴＮＷを示す模式図である。なお、図５において、図４と同一部分には同一符号を付す。

図５では、情報処理装置１００の吐出口１００Ｂ_１〜１００Ｂ_６及び空調機２００の吐出口２００Ｂ_１〜２００Ｂ_２と、情報処理装置１００の吸込口１００Ｆ_１〜１００Ｆ_６及び空調機２００の吸込口２００Ｆ_１〜２００Ｆ_２を節点として、各機器の吐出口から吸込口への接続を連結要素として表している。なお、図５において、実線の矢印は熱エネルギーの流れを表している。

なお、図５では、説明を簡単にするため、情報処理装置１００には、１台のＩＴ機器１０１のみが内蔵されているものとする。

ＩＴ機器１０１_１〜１０１_６は、発熱要素として、それぞれの消費電力に応じた熱量を発生する。

空調機２００は、設定された一定の温度の空気を吐出する要素として、その冷凍能力に応じて吸込口２００Ｆから吸入した空気の温度を下げ、吐出口２００Ｂから吐出する。

ここで、情報処理装置１００_１〜１００_６、空調機２００_１〜２００_２をこの順にｉ番目の装置と呼ぶ。この番号付けにおいて、情報処理装置１００と空調機２００の区別はない。図５の例では、１番目の装置から８番目の装置が存在することになる。

ｊ番目の装置の吐出口からｉ番目の装置の吸入口へ向かう連結要素をＬ（ｉ，ｊ）で表す。例えば、図５では、情報処理装置１００_５の吐出口１００Ｂ_５から情報処理装置１００_３の吸入口１００Ｆ_３へ向かう連結要素は、Ｌ（３，５）で表される。図５では、連結要素Ｌ（ｉ，ｊ）は、８×８＝６４個ある。

連結要素Ｌ（ｉ，ｊ）の持つ特性は、空気の流量と温度感度で決定される。ここで、ｊ番目の装置の吐出口からｉ番目の装置の吸入口へ流れる空気の流量をｑ（ｉ，ｊ）と表す。

また、ｊ番目の装置の吐出口における空気の温度がΔＴ_out（ｊ）だけ変化したときに、i番目の装置の吸入口における空気の温度がΔＴ_ｉｎ（i）だけ変化すると仮定する。この場合、連結要素Ｌ（ｉ，ｊ）の温度感度ａ（i，ｊ）は、次の式（１）で定義される。

つまり、温度感度ａ（i，ｊ）は、ｊ番目の装置の吐出口における空気の温度が単位温度（例えば、１℃）上昇した場合における、i番目の装置の吸入口における空気の温度の増分（差分）を示す。また、式（１）から次の式（２）が導かれる。

式（２）により、温度感度ａ（i，ｊ）と、ｊ番目の装置の吐出口における空気の温度Ｔ_out（ｊ）から、ｉ番目の装置の吸入口における空気の温度Ｔ_ｉｎ（ｉ）が求められる。

一方、i番目の装置の内部を流れる空気の流量（風量）Ｑ（ｉ）は次の式（３）で定義される。

ところで、データセンタ４００の計算機室Ｒでは、空調機２００により冷気が送風され、空気の強制対流が生じる。この場合、熱量のバランスを考慮すると、次の式（４）が成立する。

式（２）、（４）から次の式が導かれる。

式（５）は、インデックスｊについての恒等式となることから、次の式（６）が成立する。

式（６）から次の式（７）が導かれる。

温度感度ａ（ｉ，ｊ）は、i番目の装置の内部を流れる空気の流量Ｑ（ｉ）に対する、ｊ番目の装置の吐出口からｉ番目の装置の吸入口へ流れる空気の流量ｑ（ｉ，ｊ）の割合を示す。つまり、温度感度ａ（ｉ，ｊ）は、流量配分比を表す。

各装置間の流量ｑ（ｉ，ｊ）を直接計測する方法はない。しかし、温度感度ａ（ｉ，ｊ）は式（１）から算出できるので、式（６）により流量ｑ（ｉ，ｊ）を算出することができる。

次に、図６を用いて、本発明の第１の実施形態である空調制御装置３００の機能を説明する。図６は、本発明の第１の実施形態である空調制御装置３００の機能を説明するための図である。

空調制御装置３００のＣＰＵ３０４は、入気温度差分計算部３０４ａ、温度感度計算部３０４ｂ、入気温度計算部３０４ｃ、最大値決定部３０４ｄ、空調機制御部３０４ｅを備える。

入気温度差分計算部３０４ａは、ＤＢ３１０ｂに記憶された各装置の位置情報ｐ（ｉ）と流量Ｑ（ｉ）とに基づいて、ｉ番目の装置の吸入口における空気の温度の変化量ΔＴ_ｉｎ（ｉ）を計算し、ΔＴ_ｉｎ（ｉ）を温度感度計算部３０４ｂに供給する。

温度感度計算部３０４ｂは、ｉ番目の装置の吸入口における空気の温度の変化量ΔＴ_ｉｎ（ｉ）に基づいて、温度感度ａ（ｉ，ｊ）を計算し、ａ（ｉ，ｊ）を入気温度計算部３０４ｃに供給する。

入気温度計算部３０４ｃは、温度感度ａ（ｉ，ｊ）に基づいて、ｉ番目の装置の吸入口における空気の温度（入気温度）Ｔ_ｉｎ（ｉ）を算出し、Ｔ_ｉｎ（ｉ）を最大値決定部３０４ｄに供給する。

最大値決定部３０４ｄは、入気温度Ｔ_ｉｎ（ｉ）の最大値Ｍを決定し、その最大値Ｍを空調制御部３０４ｄに供給する。

空調制御部３０４ｅは、入気温度Ｔ_ｉｎ（ｉ）の最大値Ｍに基づいて、空調機２０の設定温度を制御する制御信号（指令）を空調機２００に送信する。

これらの機能部３０４ａ〜３０４ｅの詳細については、図７を用いて後述する。

次に、図７を用いて、本発明の第１の実施形態である空調制御装置３００の動作を説明する。図７は、本発明の第１の実施形態である空調制御装置３００の動作を示すフローチャートである。

まず、入気温度差分計算部３０４ａは、インデックスｊ＝１に対し、３次元気流シミュレーション（気流解析）を実行する（ステップ１０）。

具体的には、入気温度差分計算部３０４ａは、ｉ番目の装置の位置情報p（ｉ）及びその内部を流れる空気の流量Ｑ（ｉ）を境界条件として、一般的な解析ソフトを用いて３次元気流シミュレーションを実行する。

ここで、各装置の位置情報p（ｉ）は、キーボード３０２等によって入力され、ＤＢ３１０ｂに記憶されている。また、各装置の内部を流れる空気の流量Ｑ（ｉ）は、各装置から通信ネットワークＮＷを介して空調制御装置３００に送信され、ＤＢ３１０ｂに記憶されている。入気温度差分計算部３０４ａは、各機器の位置情報p（ｉ）及び流量Ｑ（ｉ）をＤＢ３１０ｂから読み出して、境界条件として利用する。

入気温度差分計算部３０４ａは、ｊ番目の装置にのみ単位発熱を与える。（ステップ２０）。

具体的には、入気温度差分計算部３０４ａは、ｊ番目の装置の吐出口における空気の温度がＴ_out（ｊ）、その変化量ΔＴ_out（ｊ）がδ_ｉｊ＊Ｔ_unitとなるように境界条件を設定する。δ_ｉｊはクロネッカーのデルタを示し、Ｔ_unitは単位温度（例えば、１℃）を示す。

次に、入気温度差分計算部３０４は、インデックスｉ＝１に対し、３次元温度シミュレーション（伝熱解析）を実行する（ステップＳ３０）。

具体的には、入気温度差分計算部３０４ａは、ステップＳ１０で設定した流量Ｑ（ｉ）と、ステップＳ２０で設定したｊ番目の装置の吐出口における空気の温度の変化量ΔＴ_out（ｊ）に基づいて、ｉ番目の装置の吸入口における空気の温度の変化量ΔＴ_ｉｎ（ｉ）を計算する。

温度感度計算部３０４ｂは、式（１）に基づいて、ステップＳ３０の３次元温度シミュレーションで得られたｉ番目の装置の吸入口における空気の温度の変化量ΔＴ_ｉｎ（ｉ）と、境界条件として与えられたΔＴ_out（ｊ）＝δ_ｉｊ＊Ｔ_unit＝Ｔ_unit（ｉ＝ｊの場合）とから、温度感度ａ（i，ｊ）を計算する（ステップＳ４０）。温度感度計算部３０４ｂは、計算によって得られた温度感度ａ（i，ｊ）をＤＢ３１０ｂに記憶する。

温度感度計算部３０４ｂは、インデックスｉが装置数Ｎより小さいか否か判断する（ステップＳ５０）。温度感度計算部３０４ｂは、インデックスｉが装置数Ｎより小さいと判断した場合（ステップＳ５０；Ｙｅｓ）、インデックスｉをインクリメント（＋１）し、ステップＳ４０に処理を戻す。

一方、温度感度計算部３０４ｂは、インデックスｉが装置数Ｎ以上であると判断した場合（ステップＳ５０；Ｎｏ）、インデックスｊをインクリメント（＋１）する（ステップＳ６０）。

入気温度計算部３０４ｃは、インデックスｊが装置数Ｎより小さいか否か判断する（ステップＳ７０）。入気温度計算部３０４ｃは、インデックスｊが装置数Ｎより小さいと判断した場合（ステップＳ７０；Ｙｅｓ）、ステップＳ２０に処理を戻す。

一方、入気温度計算部３０４ｃは、インデックスｊが装置数Ｎ以上であると判断した場合（ステップＳ７０；Ｎｏ）、式（２）に基づいて、ステップＳ４０で得られた温度感度ａ（ｉ，ｊ）と、境界条件として与えた温度Ｔ_out（ｊ）から、ｉ番目の装置の吸入口における空気の温度Ｔ_ｉｎ（ｉ）を計算する（ステップＳ８０）。

最大値決定部３０４ｄは、すべての入気温度Ｔ_ｉｎ（ｉ）（ｉ＝１〜Ｎ）のうちから、最大値Ｍを決定する（ステップＳ９０）。

空調機制御部３０４ｅは、入気温度Ｔ_ｉｎ（ｉ）の最大値Ｍが所定の閾値を超えないように、空調機２００の設定温度を制御する（ステップＳ１００）。

例えば、空調機制御部３０４ｅは、入気温度Ｔ_ｉｎ（ｉ）の最大値Ｍが情報処理装置１００の動作許容温度（例えば、１５〜３５℃）の最大値（３５℃）を超えないように、空調機２００の設定温度を制御する。

以上説明したように、本実施形態によれば、簡単な構成でデータセンタの総合的な省電力化を実現できる。

（変形例）
i番目の装置の内部を流れる空気の流量Ｑ（ｉ）は、ファンに供給する電力を変えることにより、段階的に変更することができるようにしてもよい。なお、ファンに供給される電力は、空調制御装置３００によって制御される。

例えば、１番目の装置における流量Ｑ（１）の値を１に設定し、２番目の装置における流量Ｑ（２）の値を２に設定し、・・・、Ｎ番目の装置における流量Ｑ（Ｎ）の値をｋ（定数）に設定する。

この場合、図７を用いて説明した一連の手順を、流量Ｑ（ｉ）の全ての組合せに対して実施し、ａ（i，ｊ）をＱ（ｉ）の関数として求めておけば入気温度の予測ができる。

ただし、流量Ｑ（ｉ）の組合せの全てについて上記のような解析を行わなくてもよい。流量Ｑ（ｉ）の組合せの代表的なものについてａ（i，ｊ）を求め、そのほかの組合せについては適当な内挿あるいは外挿関数を用いて求めることでほとんどの場合は予測可能である。Ｑ（i）の変化に対する流量ｑ（i，ｊ）の変化は十分に線形的だからである。

逆に、このような線形の関係が成り立たない流量Ｑ（i）の組合せは、温度が常に上昇し続ける熱溜りが発生しているので、実際には実施してはならない条件である。

〔第２の実施形態〕
次に、図８〜図９を用いて、本発明の第２の実施形態である空調制御装置３００の動作を説明する。本発明の第２の実施形態である空調制御装置３００を含むデータセンタ４００の全体構成は図１に示したものと同じである。

最初に、図８を用いて、本発明の第２の実施形態である空調制御装置３００を含むデータセンタ４００に設置される情報処理装置１００の構成を説明する。図８は、本発明の第２の実施形態である空調制御装置３００を含むデータセンタ４００に設置される情報処理装置１００の構成図である。図８では、図面を見やすくするため、１台のＩＴ機器１０１のみを表示している。

ＩＴ機器ラック１００Ｒの前面には、吸入する空気の温度を測定するセンサＳ_Ｆが設置される。また、ＩＴ機器ラック１００Ｒの背面には、吐出する空気の温度を測定するセンサＳ_Ｂが設置される。センサＳ_Ｆ及びＳ_Ｂで測定された温度は、それぞれ、ＴＳ_ｉｎ（ｉ）、ＴＳ_out（ｉ）として、Ｔ空調制御装置３００へ送信され、ＤＢ３１０ｂに記憶される。

なお、センサＳ_Ｆ及びＳ_Ｂの位置は、図２に示す位置に限定されない。また、センサＳ_Ｆ及びＳ_Ｂの代わりに、計算機室Ｒの天井に配置された赤外線カメラを利用してもよい。

また、ＩＴ機器１０１には、自身の消費電力を測定するセンサＳ_Ｐが設置されている。センサＳ_Ｐで測定された消費電力Ｐ（ｉ）は、空調制御装置３００へ送信され、ＤＢ３１０ｂに記憶される。

次に、図９を用いて、本発明の第２の実施形態である空調制御装置３００の機能を説明する。図９は、本発明の第２の実施形態である空調制御装置３００の機能を説明するための図である。なお、図９において、図６と同一部分には同一符号を付す。

図９では、図６と比較して、相関係数計算部３０４ｆ、流量計算部３０４ｇ、修正部３０４ｈを備える点が異なる。

相関係数計算部３０４ｆは、式（２）に基づいて、各装置の吸入口における空気の測定温度ＴＳ_ｉｎ（ｉ）と各装置の吐出口における空気の測定温度ＴＳ_out（ｊ）の相関係数として温度感度ａ_stat（ｉ，ｊ）を統計的に計算し、計算によって得られた温度感度ａ_stat（ｉ，ｊ）を流量計算部３０４ｇに供給する。

流量計算部３０４ｇは、各装置の流量Ｑ_２（ｉ）を次の式（８）に基づいて計算する。

ｍ_ｆは質量流量であり、γは空気の比熱である。

流量計算部３０４ｇは、計算によって得られた流量Ｑ_２（ｉ）と相関係数計算部３０４ｆから供給された温度感度ａ_stat（ｉ，ｊ）から、流量Ｑ_２（ｉ）の関数としての温度感度ａ_stat（ｉ，ｊ，Ｑ）を求める。これにより、運転するほど入気温度の予測精度を高めることができるようになる。

流量計算部３０４ｇは、温度感度ａ_stat（ｉ，ｊ，Ｑ）を修正部３０４ｈに供給する。

修正部３０４ｈは、各装置の流量Ｑ（ｉ）に対して温度感度計算部３０４ｂによって計算された温度感度ａ（ｉ，ｊ）と、流量計算部３０４ｇによって求められた温度感度ａ_stat（ｉ，ｊ，Ｑ）を比較し、これらの差分が所定の閾値以上の場合、ＤＢ３１０ｂに記憶された温度感度ａ（ｉ，ｊ）をａ_stat（ｉ，ｊ，Ｑ）に更新する。

以上説明したように、本実施形態によれば、実際の運転状態に追従するように、温度感度ａ（ｉ，ｊ）を自動的に修正することができる。

（変形例）
上記第２の実施形態において、流量計算部３０４ｇはなくてもよい。この場合、相関係数計算部３０４ｆは、計算によって得られた温度感度ａ_stat（ｉ，ｊ）を修正部３０４ｈに供給する。修正部３０４ｈは、ＤＢ３１０に記憶された温度感度ａ（ｉ，ｊ）と相関係数計算部から供給された温度感度ａ_stat（ｉ，ｊ）の差分が所定の閾値以上の場合、ＤＢ３１０に記憶された前記ａ（ｉ，ｊ）を前記ａ_stat（ｉ，ｊ）に更新する。

また、相関係数計算部３０４ｆ及び流量計算部３０４ｇは、温度センサＳ_Ｆ及びＳ_Ｂでそれぞれ測定された温度Ｔ_ｉｎ（ｉ）、Ｔ_out（ｉ）のうちの一方と電力センサＳ_Ｐで測定された消費電力Ｐ（ｉ）とから他方の温度を計算し、利用してもよい。

〔第３の実施形態〕
次に、図１０を用いて、本発明の第３の実施形態である空調制御装置３００の動作を説明する。なお、本発明の第３の実施形態である空調制御装置３００を含むデータセンタ４００の全体構成は図１に示したものと同じである。

図１０は、本発明の第３の実施形態である空調制御装置３００の機能を説明するための図である。

図１０では、図９と比較して、負荷割当部３０４ｉを備える点が異なる。負荷割当部３０４ｉは、各装置の吸入口における空気の測定温度ＴＳ_ｉｎ（ｉ）と各装置の吐出口における空気の測定温度ＴＳ_out（ｊ）の差分ΔＴＳに基づいて負荷の高い装置（ΔＴＳの大きい装置）の負荷（プロセス）を負荷の低い装置（ΔＴＳの小さい装置）に割り当てる。なお、負荷割当部３０４ｉは、消費電力Ｐ（ｉ）の高い装置から低い装置へ負荷を割り当ててもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、空調機２００や情報処理装置１００の負荷を個別に変化させ、そのときの各装置の入気温度を計測することで温度変化の差分からａ（i，ｊ）を求めることができる。また、微少量の温度変化から最適な運転状態を探査し、そのような運転状態に自動的に調整していくことができる。

本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、空調制御装置３００は、各ＩＴ機器１０１と空調機２００からネットワークＮＷを介して送られてくる温度、風量、消費電力等に関する情報を管理するセンサ情報管理機能部、各ＩＴ機器１０１の現在の負荷の情報と将来の予定されている負荷の情報を取得し管理する負荷情報管理機能部、負荷情報管理機能部の管理している情報を使って予定負荷に対して各ＩＴ機器１０１の負荷の適切な割り当て状態を選び出し設定する機能部、空調機２００の風量、温度等の適切な運転条件を選び出し設定する機能部、各装置に割り当てる作業負荷を決定する作業負荷割当部、各装置の作業負荷を制御する作業負荷制御部を備えるようにしてもよい。

これらの機能部は、一つの空調制御装置３００内に配置されていても良いし、複数の装置に分散して配置されていても良い。

各装置の吸気温度の情報等に基づいて、各装置の空調感度が既に得られており、変更する必要がない場合は、各サーバの吸気温度に関する情報を管理するセンサ情報管理機能部を省略しても良い。

１００…情報処理装置
１００Ｒ…ＩＴ機器ラック
１０１…ＩＴ機器
２００…空調機
３００…空調制御装置
３０１…表示装置（ＬＣＤ）
３０２…キーボード
３０３…マウス
３０４…ＣＰＵ（制御部）
３０４ａ…入気温度差分計算部
３０４ｂ…温度感度計算部
３０４ｃ…入気温度計算部
３０４ｄ…最大値決定部
３０４ｅ…空調機制御部
３０４ｆ…相関係数計算部
３０４ｇ…流量計算部
３０４ｈ…修正部
３０４ｉ…負荷割当部
３０５…主記憶装置（ＲＡＭ）
３０６…ネットワークＩ／Ｆ
３０７…グラフィックＩ／Ｆ
３０８…入出力Ｉ／Ｆ
３０９…補助記憶装置Ｉ／Ｆ
３１０…補助記憶装置（ＨＤＤ）
３１０ａ…プログラム
３１０ｂ…データベース
３１１…バス
４００…データセンタ

Claims (4)

1. ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）番目の装置の位置を示す位置情報と前記ｉ番目の装置の内部を流れる空気の流量Ｑ（ｉ）に基づいてｊ番目（ｊ＝１〜Ｎ）の装置のみの発熱量の変化により前記ｊ番目の装置の吐出口における空気の温度がΔＴ _out （ｊ）だけ変化したとき、前記流量Ｑ（ｉ）に占めるｊ番目の装置の吐出口からｉ番目の装置の吸入口へ流れる空気の流量ｑ（ｉ，ｊ）の割合に応じて、ｉ番目の装置の吸入口における空気の温度の変化量ΔＴ_ｉｎ（ｉ）をシミュレーションにより計算する入気温度差分計算部と、
   前記ΔＴ_ｉｎ（ｉ）を前記ΔＴ_out（ｊ）で除した値であって、前記流量Ｑ（ｉ）に占める前記流量ｑ（ｉ，ｊ）の割合を示す温度感度ａ（ｉ，ｊ）を計算する温度感度計算部と、
   ｊ番目の装置の吐出口における空気の温度Ｔ_out（ｊ）と計算された温度感度ａ（ｉ，ｊ）とに基づいてｉ番目の装置の吸入口における空気の温度Ｔ_ｉｎ（ｉ）を計算する入気温度計算部と、
   前記Ｔ_ｉｎ（ｉ）の最大値Ｍを決定する最大値決定部と、
   最大値Ｍが所定の閾値を超えないように、空調機の温度を制御する空調機制御部と、
   負荷の高い装置の負荷を負荷の低い装置に割り当てる負荷割当部と、
   を備えることを特徴とする空調制御装置。
2. 請求項１に記載の空調制御装置であって、
   前記ｉ番目の装置の吸入口における空気の測定温度ＴＳ_ｉｎ（ｉ）と前記ｊ番目の装置の吐出口における空気の測定温度ＴＳ_out（ｊ）の相関係数として温度感度ａ_stat（ｉ，ｊ）を統計的に計算する相関係数計算部
   を備えることを特徴とする空調制御装置。
3. 請求項２に記載の空調制御装置であって、
   前記ａ（ｉ，ｊ）と前記ａ_stat（ｉ，ｊ）の差分が所定の閾値以上の場合、記憶装置に記憶された前記ａ（ｉ，ｊ）を前記ａ_stat（ｉ，ｊ）に更新する修正部
   を備えることを特徴とする空調制御装置。
4. 請求項２に記載の空調制御装置であって、
   質量流量と空気の比熱に基づいて、前記ｉ番目の装置の内部を流れる空気の流量Ｑ_２（ｉ）を計算し、前記流量Ｑ_２（ｉ）と前記ａ_stat（ｉ，ｊ）に基づいて、流量Ｑ_２（ｉ）の関数としての温度感度ａ_stat（ｉ，ｊ，Ｑ）を求める流量計算部と、
   前記ａ（ｉ，ｊ）と前記ａ_stat（ｉ，ｊ，Ｑ）の差分が所定の閾値以上の場合、記憶装置に記憶された前記ａ（ｉ，ｊ）を前記ａ_stat（ｉ，ｊ，Ｑ）に更新する修正部と
   を備えることを特徴とする空調制御装置。

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