特許 6374255 データセンタ用換気システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6374255

(24)【登録日】2018年7月27日

(45)【発行日】2018年8月15日

(54)【発明の名称】データセンタ用換気システム

(51)【国際特許分類】

   F24F 7/02 20060101AFI20180806BHJP

   F24F 7/04 20060101ALI20180806BHJP

   F24F 7/10 20060101ALI20180806BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20180806BHJP

【ＦＩ】

   F24F7/02 K

   F24F7/04 B

   F24F7/10 Z

   H05K7/20 K

【請求項の数】3

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-151163(P2014-151163)

(22)【出願日】2014年7月24日

(65)【公開番号】特開2016-23918(P2016-23918A)

(43)【公開日】2016年2月8日

【審査請求日】2017年5月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000125370

【氏名又は名称】学校法人東京理科大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000222956

【氏名又は名称】東洋熱工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100075410

【弁理士】

【氏名又は名称】藤沢 則昭

(74)【代理人】

【識別番号】100135541

【弁理士】

【氏名又は名称】藤沢 昭太郎

(72)【発明者】

【氏名】倉渕 隆

(72)【発明者】

【氏名】秦 智之

(72)【発明者】

【氏名】中原 良文

(72)【発明者】

【氏名】吉野 一

(72)【発明者】

【氏名】竹内 仁哉

【審査官】 河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−００６８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１０５０１５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−１０６５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１２２５７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２１１２７２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｆ ７／０２

Ｆ２４Ｆ ７／０４

Ｆ２４Ｆ ７／１０

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＩＣＴ機器が集納されたデータセンタを形成する単一の部屋から成る建物であって、
前記建物を複数の柱で支持された高床式にし、前記建物の床面の一部に一定面積を有する外気流入口を設け、
前記ＩＣＴ機器は部屋の床面の一部に載置され、
前記ＩＣＴ機器の上方であって、前記建物の上面の一部に、上部に突出した長筒形状の換気筒を立設し、当該換気筒の側面に開口を設けて外気流出口とし、
前記換気筒は、前記外気流入口の真上からずれた位置に設け、
前記ＩＣＴ機器の作動によって高温となった建物内の空気と、建物外の空気との温度差によって、前記高温となった空気が前記換気筒を通って前記外気流出口から排出され、これと共に、前記外気流入口から当該建物内に外気が流入して、当該建物内の換気が行われ、当該建物内で自然な空気の流れを形成する構成としたことを特徴とする、データセンタ用換気システム。

【請求項2】

前記建物の換気筒の外気流出口の全面積を前記床面の外気流入口の全面積よりも大きくしたことを特徴とする、前記請求項１に記載のデータセンタ用換気システム。

【請求項3】

前記建物の床面の高さを地上から８０ｃｍ以上としたことを特徴とする、前記請求項１又は２の何れかに記載のデータセンタ用換気システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、多数のＩＣＴ（Information And Communication Technology、以下、同じ。）機器が収納されたデータセンタ（Data Center、以下、「ＤＣ」と言う。）、特に、インターネットの接続のための機器及び設備を収納したインターネットデータセンタ（Internet Data Center以下、「ＩＤＣ」と言う。）のための自然換気に基づく換気システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、インターネットやモバイル端末の普及に伴い、ＩＤＣは年々増加の傾向に有り、このＩＤＣ内の、サーバ室内に実装される高負荷型・高密度化されたＩＣＴ機器である、例えば、サーバを冷却するための空調用のエネルギーも増加しており、この空調用のエネルギーを削減した、より省エネルギー効果の高い空調システムが求められている。

【0003】

この様な中、外気利用による冷却システムの導入事例が見られるようになっており、この様な冷却システムとして、例えば、特許文献１にあげるものがある。この特許文献１の冷却システムは、熱を発生する機器が設けられるメインルームと、建物の外壁に備わり、外部に対する開口面積を変更可能な外気導入部と前記メインルームからの排気を導入する導入量を変更可能な第１排気導入部とを有する外気導入ルームと、前記外気導入ルームから導入する空気を冷却して前記メインルームに供給する冷却部と、を備える建物を空調する冷却システムであって、前記外気導入部および前記第１排気導入部を制御して、前記メインルームに導入する空気の温度を調節する制御部を備えると言うものである。

【0004】

また、特許文献２にあげるものがある。この特許文献２の冷却システムは、データセンタや電算センター等のコンピューター関連施設におけるサーバ室を対象とする空調設備であって、前記サーバ室における冷房負荷に応じて当該サーバ室の温度を制御可能な空調機を具備するとともに、前記空調機は外気シャフトを通して外気を導入して前記サーバ室に供給可能とされ、かつ当該サーバ室から排気するための排気ファンを具備して、前記空調機および前記排気ファンとによって前記サーバ室に対する全外気冷房運転を可能に構成したと言うものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−５３８２８号公報

【特許文献2】特開２０１３−２４５９１３号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

前記特許文献１の冷却システムでは、送風機や制御部と言った電力を使用するものであり、また、前記特許文献２の冷却システムでも、電力を使用する空調機や、外気の搬送手段として同様の排気ファンを使用するものであり、省エネルギーと言う点では、さらなる検討が期待される。

【0007】

その様な中、電力等のエネルギーを使用しない自然な通風による換気システムが考えられているが、自然な通風に依存する分、風向や風速に影響を受け易く、一定の安定した換気が得られ難いと言う課題を有している。

【0008】

この発明は、これらの点に鑑みて為されたもので、ＤＣにおいて、電力等のエネルギーを使用しない、自然換気により安定した効果が得られる、省エネルギー効果の高い、データセンタ用換気システムを提供して前記課題を解決するものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

請求項１の発明は、ＩＣＴ機器が集納されたデータセンタを形成する単一の部屋から成る建物であって、前記建物を複数の柱で支持された高床式にし、前記建物の床面の一部に一定面積を有する外気流入口を設け、前記ＩＣＴ機器は部屋の床面の一部に載置され、前記ＩＣＴ機器の上方であって、前記建物の上面の一部に、上部に突出した長筒形状の換気筒を立設し、当該換気筒の側面に開口を設けて外気流出口とし、前記換気筒は、前記外気流入口の真上からずれた位置に設け、前記ＩＣＴ機器の作動によって高温となった建物内の空気と、建物外の空気との温度差によって、前記高温となった空気が前記換気筒を通って前記外気流出口から排出され、これと共に、前記外気流入口から当該建物内に外気が流入して、当該建物内の換気が行われ、当該建物内で自然な空気の流れを形成する構成としたデータセンタ用換気システムとした。

【0012】

請求項２の発明は、前記建物の換気筒の外気流出口の全面積を前記床面の外気流入口の全面積よりも大きくした前記請求項１に記載のデータセンタ用換気システムとした。

【0013】

請求項３の発明は、前記建物の床面の高さを地上から８０ｃｍ以上とした前記請求項１又は２の何れかに記載のデータセンタ用換気システムとした。

【発明の効果】

【0014】

本願の請求項の各発明によれば、高床式であって、換気筒を導入した換気システムの場合、風向を考慮していない従来のＩＤＣの建物より、風向の如何にかかわらず全方位において、自然換気量や成層効率は飛躍的に向上した。また、換気筒の開口面積を大きくすることで、更なる自然換気量や成層効率の向上に寄与出来た。さらに、床面の外気流入口の位置はラックに近い程、開口面積を大きくすることで、更なる自然換気量や成層効率の向上に寄与出来た。

【0015】

また、前記換気筒は、前記ＩＣＴ機器の上方の位置に設けたので、ＩＣＴ機器から排出された高温な空気が当該換気筒を通って外気流出口から円滑に排出され、建物内の空気の交換がより早く、確実に行われる。

【0016】

さらに、前記換気筒は、前記外気流入口の真上からずれた位置には設けたので、外部から流入した低温な空気がそのまま換気筒を通って排出されると言う事が起こり難く、外気を有効に使用することが出来る。

【0017】

請求項２の発明によれば、前記建物の換気筒の外気流出口の全面積を前記床面の外気流入口の全面積よりも大きくしたので、より速やかにかつ効果的に、建物内の換気が出来るものである。

【0018】

請求項３の発明によれば、建物の床面の高さを地上から８０ｃｍ以上としたので、地上から床面までの間に空間が確保出来、より効果的に建物の換気が出来るものである。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】この発明の実施の形態例１のデータセンタ用換気システムを実施する建物の断面図である。

【図2】同平面断面図である。

【図3】従来のＤＣの建物の断面図である。

【図4】同平面断面図である。

【図5】従来のＤＣのＣＦＤ解析結果と実験結果の比較を示すグラフ図である。

【図6】(a) 従来のＤＣの実験結果の鉛直温度分布を示す断面図である。(b)同ＣＦＤ解析結果の鉛直温度分布を示す断面図である。

【図7】この発明の実施の形態例１におけるＩＤＣ内の熱収支モデルに基づく評価モデル・指標を示す説明図である。

【図8】(a)この発明の実施の形態例１において、従来のモデルと自然換気量を比較した説明図である。(b)この発明の実施の形態例１において、従来のモデルと成層効率を比較した説明図である。

【図9】この発明の実施の形態例１において、地面から床面までの高さを比較したグラフ図である。

【図10】(a)この発明の実施の形態例１において、換気筒の開口を二面に設けた状態の斜視図である。(b)この発明の実施の形態例１において、換気筒の開口を四面に設けた状態の斜視図である。

【図11】(a)この発明の実施の形態例１において、換気筒の開口を二面に設けた場合と四面に設けた場合の自然換気量を比較した説明図である。(b)この発明の実施の形態例１において、換気筒の開口を二面に設けた場合と四面に設けた場合の鉛直温度分布を示す断面図である。

【図12】(a)この発明の実施の形態例１において、換気筒の位置を建物の上面の右端に設けた状態の斜視図である。(b)この発明の実施の形態例１において、換気筒の位置を建物の中央に設けた状態の斜視図である。(c)この発明の実施の形態例１において、換気筒の位置を、６個のラックに収納されたサーバの夫々の真上であって、建物の上面の後端縁に沿って細長に設けた状態の斜視図である。

【図13】(a)この発明の実施の形態例１において、換気筒を建物の上面の右端に設けた場合と換気筒を建物の中央に設けた場合の自然換気量を比較した説明図である。(b)この発明の実施の形態例１において、換気筒を建物の上面の右端に設けた場合と換気筒を建物の中央に設けた場合の鉛直温度分布を示す断面図である。

【図14】(a)この発明の実施の形態例１において、床面の外気流入口をラックより離れた位置に設けた状態の平面図である。(b)この発明の実施の形態例１において、床面の外気流入口をラックの直前の位置に設けた状態の平面図である。(c)前記(b)と同じ位置であって、前記外気流入口の奥行を大きく設けた状態の平面図である。

【図15】(a)この発明の実施の形態例１におけるＣａｓｅＰ_Ｆ−１のＡ−Ａ’断面図とＢ−Ｂ’断面図である。(b)この発明の実施の形態例１におけるＣａｓｅＰ_Ｆ−２のＡ−Ａ’断面図とＢ−Ｂ’断面図である。

【図16】(a)この発明の実施の形態例１におけるＣａｓｅＡ_Ｃ−１のＡ−Ａ’断面図とＢ−Ｂ’断面図である。(b)この発明の実施の形態例１におけるＣａｓｅＡ_Ｃ−２のＡ−Ａ’断面図とＢ−Ｂ’断面図である。

【図17】(a)この発明の実施の形態例１におけるＣａｓｅＡ_Ｆ−１のＡ−Ａ’断面図とＢ−Ｂ’断面図である。(b)この発明の実施の形態例１におけるＣａｓｅＡ_Ｆ−２のＡ−Ａ’断面図とＢ−Ｂ’断面図である。

【図18】この発明の実施の形態例１におけるＣａｓｅＨ−１〜ＣａｓｅＡ_ＣＡ_Ｆにおける自然換気量、成層効率及びサーバ吸込み温度を示すグラフ図である。

【図19】この発明の実施の形態例１のデータセンタ用換気システムを実施する最適なケースの建物の断面図である。

【図20】同平面断面図である。

【図21】(a)この発明の実施の形態例１におけるＣａｓｅＡ_ＣＡ_Ｆと従来のモデルの自然換気量、成層効率及びサーバ吸込み温度を示すグラフ図である。(b)この発明の実施の形態例１におけるＣａｓｅＡ_ＣＡ_ＦのＡ−Ａ‘断面図とＢ−Ｂ’断面図である。

【図22】この発明の実施の形態例１のデータセンタ用換気システムにおいて、建物の周囲の地中にアースチューブを埋設して低温な空気を利用している状態を示す断面図である。

【図23】この発明の実施の形態例１の他に例として、地面に穴を掘り、この穴の底に建物を設けて高床式とした状態を示す断面図である。

【図24】前記図２３の状態で、穴に水を入れて張った状態を示す断面図である。

【図25】この発明の実施の形態例１の他に例として、複数層（複数階）の建物において、各層（各階）毎に、高床式とし、また、換気筒を設けた状態を示す断面図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0020】

（実施の形態例１）
以下、この発明の実施の形態例１のインターネットのためのデータセンタ用換気システムを図に基づいて説明する。この換気システムを実施するＩＤＣの建物Ａとしては、図１及び２に示すように、コンテナ型のＩＤＣであって、高床式の直方体形状の建物である。このＩＤＣを形成する建物Ａの内部にＩＣＴ機器を収納するものとし、床を高床１としている。

【0021】

また、前記ＩＤＣに、収納されるＩＣＴ機器としては、各種のものがあるが、ここでは、代表的な機器としてサーバ２を用いる。

【0022】

また、図２に示す様に、このサーバ室３の床面の略中央であって、このサーバ室３の長手方向に沿って、前記サーバ２を多段に収納したラック４を６個並べ、これらをラック４（３１〜３６）とした。そして、これらのラック４にサーバ２を収納した際、当該サーバ２の空気取入方向となる前側（図１における左側、図２における下側。以降、この明細書において、前記と同様に、図２の下側を前側とし、同上側を後側とする。）の床面には、当該複数のラック４に沿って外気流入口５を設けている。また、この外気流入口５には、ダンパを設けて開口面積を変えて風量を調節できるようになっている（図示省略）。

【0023】

さらに、この建物Ａの上面上であって、前記複数のラック４のおよそ真上であって、当該ラック４に沿って、外部に突設した角筒形状の換気筒６を立設している。この換気筒６の上部の側面に開口（外気流出口７）を設けている。

【0024】

この場合、前記サーバ２の作動によって高温となった建物Ａ内の空気は、当該空気と建物Ａ外の空気との温度差によって、前記外気流出口７から建物Ａ外へ排気され、これと共に、外部の前記外気流入口５付近に位置する空気が当該外気流入口５からこの建物Ａ内に流入し、これによって当該建物Ａ内の換気が行われる。

【0025】

次に、前記実施例１のＩＤＣの建物Ａと従来のコンテナ型のＩＤＣの建物Ｂとを比較し、自然換気の導入効果を検証する。ここでは、風向及び風速などの外部条件の影響に関して、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics/数値流体力学。以下、同じ）解析により比較検証を行った。

【0026】

前記従来のコンテナ型のＩＤＣの建物Ｂとして、図３及び図４に示す様に、実験室実験のモデルを用意した。この従来のＩＤＣの建物Ｂは、長手方向の相対向する一方の側面の下部であって、当該側面の下端縁に沿って外気流入口１１を設け、他方の側面の上部であって、当該側面の上端縁に沿って外気流出口１２を設けている。また、この従来のＩＤＣの建物Ｂは高床式では無く、換気筒は設けていない。また、この建物Ｂ内にはサーバ２を多段に収納したラック４を６個並べ、これらをラック４（３１〜３６）とした。

【0027】

表１に、前記従来のＩＤＣの建物Ｂの解析条件を示す。また、サーバ２の発熱条件は、実験室実験で使用した模擬負荷サーバを想定し、サーバ吸込み面の境界条件に流入する温度にサーバ発熱量２ｋｗ分を昇温させた値をサーバ排気面の境界条件である排気温度とすることで、サーバ２の発熱条件を再現した。また、解析モデルは、対称性を考慮し、実際の大きさの１／２のモデルとした。

【0028】

【表1】

【0029】

前記ＩＤＣの建物Ｂの実験結果とＣＦＤ解析結果を図５に示し、図４のＣ−Ｃ’断面図における鉛直温度分布を図６に夫々示す。これらの実験結果とＣＦＤ解析結果を比較した場合、前記図５では、ＣＦＤ解析結果である右上がりの黒線と、実験結果であるラック４（３１〜３６）を示すマークがほぼ同じ位置で重なっており、また、前記図６では、各サーバの吸込み温度が４０℃と概ね一致しており、ＣＦＤ解析は当該実験結果を概ね再現しており、信頼性があることが分かった。

【0030】

さらに、図７に前記ＩＤＣの建物内の熱収支式に基づく評価モデル、評価指標を示す。この評価モデルは、前記サーバ２の上下方向に二層のブロックモデル（Upper Zone、Lower Zone）を想定し、成層効率Ｅ（０＜Ｅ＜１）によりＩＣＴ機器の冷却効果を評価した。成層効率Ｅが大きい数値ほどサーバ２には低温空気が給気されているので、前記サーバ２にとって良好な環境が形成されていることとなる。

【0031】

また、実際のＩＤＣの建物において、前記サーバ２が正常に作動する室内環境を満足する必要があることから、前記サーバ吸込み温度の管理が重要であるため、複数あるサーバ２の中のサーバ最高吸込み温度θs,maxに基づく成層効率Ｅmaxに着目して検証を行った。

【0032】

さらに、この実施例１のＩＤＣの建物Ａの外気流入口５、換気筒６の形状、外気流出口７の開口の流量係数を、従来のＩＤＣの建物Ｂの圧力損失である、ΔＰ＝６００Ｐａ程度と同等となるように算出して各開口に必要な面積を設定した。但し、外気流入口５の開口面積、流量係数については従来のＩＤＣの建物Ｂと同条件とした。

【0033】

まず、最初に、実施例１のＩＤＣの建物Ａと従来のＩＤＣの建物Ｂにおいて、各風向による自然換気量及び成層効率を調べた。図８（ａ）に示す様に、従来のＩＤＣの建物Ｂ（１３）では、北向きの風向では自然換気量が少なく、南向きの風向では多いと言う様に、風向により自然換気量が変化するのに比べて、実施例１のＩＤＣの建物Ａ（図８（ａ）では高床式換気筒モデルと表示、１４）では風向による大きな変化は無く、自然換気量も大きく増加していることが分かる。また、図８（ｂ）に示す様に、成層効率においても、実施例１のＩＤＣの建物Ａ（図８（ｂ）では高床式換気筒モデルと表示、１６）の方が従来の建物Ｂ（１５）より圧倒的に大きい値を示した。

【0034】

このことにより、この実施例１のＩＤＣの建物Ａの方が従来のＩＤＣの建物Ｂと比べて、風向による自然換気量の変化もかなり少なく、また、成層効率も断然高いことが分かり、この実施例１のＩＤＣの建物Ａが、どの風向でも有効な自然換気量が安定して得られることが分かった。これにより、実施例１のＩＤＣの建物Ａが従来のＩＤＣの建物Ｂより有効なことが明らかになった。

【0035】

続いて、この実施例１のＩＤＣの建物Ａにおいて、実運用時を想定した表２に示すように、外部風向、床面高さ、換気筒６の外気流出口７の開口面数や位置、床面の外気流入口５の位置、並びに実施例１のＩＤＣの建物Ａにおける外気流出口７の面積を外気流入口５の面積で基準化した面積比をパラメータとして、Ｃａｓｅ−Ｈ−１からＣａｓｅＡ_ＣＡ_Ｆまでの１６のケースを上げて、ＣＦＤ解析により、自然換気の導入効果・可能性について検証を行った。

【0036】

【表2】

【0037】

最初に、サーバ室３の、基準面である地面から床面までの高さについて検証した。図９に示す様に、ＣａｓｅＨ−１が３ｍ、ＣａｓｅＨ−２が２ｍ、ＣａｓｅＨ−３が０．８ｍ及びＣａｓｅＨ−４が０．４ｍと言う様に床面高さを変化させた場合、ＣａｓｅＨ−１、ＣａｓｅＨ−２、ＣａｓｅＨ−３の相互間においては、圧力損失はほとんど差が無いが、ＣａｓｅＨ−４では、急激に圧力損失が高くなっており、床面高さの下限値は、ＣａｓｅＨ−３の８００ｍｍが適当であり、床面の高さとしては、地上から８０ｃｍ以上であれば良いことが分かった。

【0038】

また、換気筒６の上部の開口面の数、すなわち、角筒の一方の相対向する側面二面だけに開口を設けたものと、角筒の側面四面に開口面を設けたものとを比べた。図１０に示す様に、開口面数を二面としたＣａｓｅ０−１、Ｃａｓｅ０−２と、開口面を四面としたＣａｓｅ０−３とを比較した。その結果の自然換気量と鉛直温度分布を図１１に示す。ここでは、開口面数を四面としたＣａｓｅ０−３（１８）の方が、開口面数を二面としたＣａｓｅ０−１、Ｃａｓｅ０−２（１７）よりも、自然換気量（図１１（a））が増加しており、また、Ｃａｓｅ０−２とＣａｓｅ０−３の鉛直温度分布（図１１（b））のサーバ吸込み面においても、Ｃａｓｅ０−３の方がサーバ吸込み温度の低温化が実現していることが分かった。それ故、換気筒６の開口面は側面四面とした方が良いことが分かった。

【0039】

次に、換気筒６の位置を検証した。建物Ａの上面に設ける換気筒６の位置として、図１２に示す様なパターンを用意し検証した。図１２（ａ）「換気筒Ａ」は、上面の右端の位置としてＣａｓｅＰｃ−１とした。また、同（ｂ）「換気筒Ｂ」は、上面の中央の位置としてＣａｓｅＰｃ−２した。これらの二つの位置の自然換気量と鉛直温度分布を図１３に示す。同（ｃ）「換気筒Ｃ」は、建物Ａ内で６個のラック４に収納されたサーバ２の夫々の真上に直方体形状の換気筒を設けたもので後述するＣａｓｅＡｃ−２、ＣａｓｅＡｃＡｆに採用されている。

【0040】

前記図１２（ａ）「換気筒Ａ」と同（ｂ）「換気筒Ｂ」の自然換気量と図１のＢ−Ｂ’断面の鉛直温度分布を図１３（ｂ）に示す。この図１３（ｂ）を見ると、換気筒の位置を右端にした（ａ）「換気筒Ａ」（ＣａｓｅＰｃ−１）と、換気筒６を中央にした（ｂ）「換気筒Ｂ」（ＣａｓｅＰｃ−２）とを比較した場合、自然換気量、サーバ吸込み温度に大きな変化は見られなかった。これにより、換気筒６の位置が自然換気量に及ぼす影響は小さいことが分かった。また、一般的には、前記換気筒６の開口は大きい方が室内空気を排出する際の抵抗は小さくなるので有効である。

【0041】

また、床面の外気流入口５の位置の検証を行った。サーバ室３の床面の外気流入口５の位置を、図１４に示す様に、（ａ）「位置Ａ」と（ｂ）「位置Ｂ」の２パターンを用意した。「位置Ａ」は、ラック４から離れた箇所の側面に沿ったＣａｓｅＰ_Ｆ−１とし、「位置Ｂ」は、ラック４の直前（すぐ脇）に設けたＣａｓｅＰ_Ｆ−２とした。これら２つの位置の鉛直温度分布を図１５に示す。

【0042】

図１４の（ｃ）「位置Ｃ」については、外気流入口５の横幅を前記（ａ）「位置Ａ」及び（ｂ）「位置Ｂ」と同様とし、奥行を前記（ａ）「位置Ａ」又は（ｂ）「位置Ｂ」の約２倍としたもので後述するＣａｓｅＡｆ−２、ＣａｓｅＡｃＡｆに採用されている。

【0043】

前記図１５を見ると、ＣａｓｅＰ_Ｆ−１（図１５（ａ））では、サーバ室３内上部に７０℃以上の高温な空気（赤色の箇所）が見られるのに対し、ＣａｓｅＰ_Ｆ−２（図１５（ｂ））のサーバ室３内上部にその様な高温な空気は見られなかった。ＣａｓｅＰ_Ｆ−１に対して、ＣａｓｅＰ_Ｆ−２の自然換気量、サーバ吸込み温度θ_{Ｓ，ｍａｘ}が大幅に変化し、自然換気量が増加した結果、サーバ吸込み温度を低くすることが可能となることが分かった。このことから、外気流入口５は、ＣａｓｅＰ_Ｆ−２のラックの直前が良いことが分かった。

【0044】

また、床面の外気流入口５の開口面積を検証した。前記表２に示す外気流出口７の全面積を外気流入口５の面積で割って導き出した値（面積比）を特定し、「０．３７」、「０．７３」、「１．２４」及び「２．４７」の４つのケースを用意した。換気筒６は「換気筒Ｂ（図１２）」、外気流入口５が「位置Ｂ（図１４）」、面積比が「０．７３」のＣａｓｅＡ_Ｃ−１、換気筒６は「換気筒Ｃ（図１２）」、外気流入口５が「位置Ｂ（図１４）」、面積比が「２．４７」のＣａｓｅＡ_Ｃ−２の各断面における鉛直温度分布を図１６に示す。

【0045】

この図１６を見ると、ＣａｓｅＡ_Ｃ−１（図１６（ａ））では、サーバ室３内の上部に６０℃以上の空気（黄色い箇所）が見られるのに対し、ＣａｓｅＡ_Ｃ−２（図１６（ｂ））ではその様な空気は見られず、もっと低温な空気となっていることが分かる。このことから、外気流出口７の全面積に対する外気流入口５の面積の面積比は大きい方が有効であることが分かった。

【0046】

また、前述した床面の開口位置による検証に引き続き、さらに、検証を行った。ここでは、床面の開口部の幅は一定とした上で開口面積による変化を「位置Ｂ（図１４）」、「位置Ｃ（図１４）」について検証する。ここで、床面の開口面積が小さいＣａｓｅＡ_F−１、開口面積を大きくしたＣａｓｅＡ_F−２の各断面における鉛直温度分布を図１７に示す。

【0047】

この図１７を見ると、ＣａｓｅＡ_Ｆ−１（図１７（ａ））では、室内の上部に６０℃以上の空気（黄色い箇所）が見られるのに対し、ＣａｓｅＡ_Ｆ−２（図１７（ｂ））ではその様な空気は見られず、もっと低温な空気となっていることが分かる。このことから、床面の外気流入口５の面積が大きい方が有効であることが分かった。

【0048】

換気筒・床面開口部の最適化の検証を行った結果を図１８に示す。これらの各検討ケースの検証結果をまとめると以下のようになる。この実施例１のＩＤＣの最適モデルとしては、図１９及び図２０に示すように、建物Ａは、まず、地面からの床面高さは０．８ｍとする。換気筒６の位置、形状及び大きさは、建物Ａの上面の後端縁に沿った直方体形状で、前記６個のラック４の平面を覆う位置及び大きさとし、換気筒６の開口面数は側面全面の四面とする。床面の外気流入口５の位置及び大きさは、６個のラック４の直前であって大きくとっている。また、換気筒６の外気流出口７と床面の外気流入口５の面積比は、換気筒Ｃ（図１２、面積：大）／外気流入口の位置Ｃ（図１４、面積：大）=１．２４とした。

【0049】

また、換気筒６、サーバ２を収納したラック４及び外気流入口５の夫々の位置関係をまとめると、図１９及び図２０に示すように、換気筒６は、サーバ２を収納したラック４の真上の位置に設けられている。これにより、サーバ２から排出された高温な空気が換気筒６を通って外気流出口７から円滑に排出され、建物Ａ内の空気の交換がより早く、確実に行われる。

【0050】

また、換気筒６は、外気流入口５の真上の位置ではなく、真上からずれた位置には設けられている。これにより、外気から流入した低温な空気がそのまま換気筒６を通って排出されると言う事が起こり難く、空気を有効に使用することが出来る。

【0051】

これらのことから、ＩＤＣの建物Ａに自然換気を導入した場合における最適モデルとして、ＣａｓｅＡ_ＣＡ_Fを導いた。この最適モデルのＣａｓｅＡ_ＣＡ_Fは、図２１（ａ）に示すように、自然換気量はおよそ５，８００ｍ^３／ｈ、サーバ吸込み温度は４９．３℃、また、成層効率はおよそ０．４であった。これに対して、従来モデルの建物Ｂでは、自然換気量はおよそ３，９００ｍ^３／ｈ、サーバ吸込み温度は７２．４℃、また、成層効率はおよそ０．０５であった。また、この最適モデルの鉛直温度分布を同様に示す（図２１（ｂ））。

【0052】

換気筒６の開口面積や床面の外気流入口５の面積を拡大した場合、従来のモデルに対してサーバ吸込み温度約２３℃の低温化が可能となることによって、自然換気量も約１．５倍と増加し、成層効率も向上する。

【0053】

この実施例１により以下の効果が得られることが分かった。１）実験結果とＣＦＤ結果については概ね再現性が確認できた。２）高床式の換気筒モデルを導入した場合、風向を考慮していない従来のＩＤＣより、自然換気量や成層効率は全方位において飛躍的に向上した。３）換気筒の開口面積や高さを大きくすることで、更なる自然換気量や成層効率の向上に寄与出来る。４）床面の外気流入口の位置はラックに近い程、開口面積を大きくすることで、更なる自然換気量や成層効率の向上に寄与出来る。５）自然換気量や成層効率を更に向上させるためには、サーバ吸込み温度の低温化対策や換気・空調による適切な空気流動の計画が必要である。

【0054】

また、図２２に示す様に、建物Ａの外気流入口５からより低温な空気を安定して流入させるために、建物Ａ周囲の地中にアースチューブ２３を埋設し、年間を通して安定した地中温度を利用して、このアースチューブ２３内を流入して来る空気を使用することも出来る。この場合、アースチューブ２３の一方の開口部は外気流入口５に対向した位置に設ける（図２２の矢印は空気の流れを示す。）。

【0055】

また、前記実施の形態例１では、建物Ａの床面を上げて高床式としたが、図２３に示すように、床面を地面から上げる代わりに、建物Ａの周囲の地面に、一定深さの穴２１を掘り、この穴２１の中に実施の形態例１の高床式の建物Ａを設置することもできる。この場合、前記建物Aの内部において、前記穴２１の底面から地上までの高さ部分を空間として、結果的に、高床式とすることとなる。また、前記建物Ａは、四辺の各隅の支柱２２に支えられ、建物Ａの構成は全て実施の形態例１と同じである（図２３の矢印は空気の流れを示す。）。

【0056】

さらに、この場合、図２４に示す様に、穴の中に水を入れて張ることにより夏期の高温な外気を低温化して利用することが出来る。また、この場合の水としては、水道施設から搬送しても良いし、又は雨水を利用しても良い。さらには、河川から引き込んだり、地下水から引き込んでも良い（図２４の矢印は空気の流れを示す。）。

【0057】

また、前記実施の形態例１では、コンテナ型のＩＤＣにおいて説明を行ったが、本願発明が実施出来るものであれば、他のＤＣでももちろん良い。また、一層（一階）の建物Ａを使用して説明したが、本願発明を実施出来るものであれば、図２５に示す様に、建物Ａを複数層（複数階）に積み重ねて成る建物Ｃでももちろん良い。この場合、各階の床面を高床式にし、夫々上階との間部分（例えば、天井裏などの一部）に換気筒２４を設け、各階の換気筒２４を接続した屋上の換気筒２５を設けることになる。この時、各階を貫通する換気筒２４は各階を上下一直線状に貫通しており、各階の部屋の排気はこれらを通って屋上の換気筒２５から外部へ排出される（図２５の矢印は空気の流れを示す。）。

【0058】

また、ＩＣＴ機器として、サーバを使用して説明しているが、もちろんサーバに限定するものではなく、本願の発明の実施例１が実施出来るものであれば何でも良い。また、ＩＤＣにおいて説明しているが、この実施例１が実施出来るものであればもちろんＩＤＣに限定するものではなく、他のＤＣにおいても実施できるものである。

【符号の説明】

【0059】

Ａ 建物 Ｂ 建物 Ｃ 建物
１ 高床 ２ サーバ ３ サーバ室
４ ラック ５ 外気流入口 ６ 換気筒
７ 外気流出口 １１ 外気流入口 １２ 外気流出口
２１ 穴 ２２ 支柱
２３ アースチューブ ２４ 換気筒 ２５ 換気筒
３１〜３６ ラック

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】