專利名稱：外氣冷氣系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)中心的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有在冬季以及中間期(春、秋)利用外氣的外氣冷氣方式的空調(diào)系統(tǒng)(外氣冷氣系統(tǒng))和具備這樣的外氣冷氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，尤其涉及全年都需要冷氣運轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)中心等、具有高發(fā)熱負(fù)荷的環(huán)境中的外氣冷氣系統(tǒng)和具備這樣的外氣冷氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心。
背景技術(shù)：
隨著對地球變暖問題的關(guān)注度提高，即使在信息通信領(lǐng)域，綠色IT的省電化也成為緊迫的課題。尤其是，在利用靈活且豐富的計算資源對飛躍增加的信息進行處理的云計算中，對于其高效的運用來說，基于統(tǒng)合以及虛擬化的IT平臺的集約、高集成化是不可缺少的。在這樣的背景下，對于作為IT平臺的基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)中心的需求在世界規(guī)模內(nèi)迅速擴大，數(shù)據(jù)中心整體的耗電量增大成為課題。日本國內(nèi)的數(shù)據(jù)中心耗電的平均明細(xì)如下IT設(shè)備49%、空調(diào)設(shè)備29%、供電設(shè)備15%、其他(照明等附帶設(shè)備)7%，設(shè)備儀器(空調(diào)以及供電)消耗了與IT設(shè)備相當(dāng)?shù)碾娏?。因此，不僅謀求IT設(shè)備的省電化，還謀求設(shè)備儀器，尤其是占總電力的約30%的空調(diào)設(shè)備的省電化。由于數(shù)據(jù)中心中全年需要冷氣運轉(zhuǎn)，因此，在冬季以及中間期(春、秋)等外氣溫度比較低的時期，通過將外氣直接導(dǎo)入服務(wù)器室作為冷氣的外氣冷氣方式來謀求空調(diào)電力削減的方法近年來受到注目。關(guān)于采用了這樣的外氣冷氣方式的空調(diào)系統(tǒng)，在例如專利文獻I以及專利文獻2中被提出。例如在專利文獻I中，根據(jù)回流的室內(nèi)空氣的溫度和該室內(nèi)空氣的絕對濕度來設(shè)定由外氣冷氣設(shè)備吹出的送氣的溫度和絕對濕度，根據(jù)另一方導(dǎo)入的外氣的溫度和絕對濕度的狀態(tài)來決定回流空氣的加濕量，并對回流空氣和外氣的混合量進行控制。另外,專利文獻2中，在從上游依次配置有過濾器、冷卻旋管(cooling coil)、送風(fēng)風(fēng)扇、在冷卻旋管的上游或下游的加濕器的計算機機房空調(diào)中，從戶外取入外氣并通過冷卻旋管或加濕器進行空氣調(diào)節(jié)，并且，在外氣為與機房相適的環(huán)境氣體的情況下直接導(dǎo)入機房并向戶外排出，并在除了以下情況以外導(dǎo)入外氣，即外氣的溫度比規(guī)定值低的情況且外氣的焓比規(guī)定值大的情況；以及外氣的溫度比規(guī)定值高的情況且外氣的焓比規(guī)定值大的情況。專利文獻1:日本特開2003-148782號公報專利文獻2 :日本特開2010-261696號公報但是，在專利文獻1、2提出的方法中，不能解決以下課題。例如，在外氣冷氣運轉(zhuǎn)中外氣的濕度急劇變動的情況下，因其影響從空調(diào)外機向服務(wù)器室吹出的送氣的濕度也發(fā)生變動。具體來說，在因突發(fā)的暴雨導(dǎo)致外氣濕度急劇上升的情況下，從空調(diào)外機向服務(wù)器室吹出的送氣的濕度也上升，并超過服務(wù)器室內(nèi)的管理容許濕度范圍的上限值。若濕度高的外氣被送入服務(wù)器室內(nèi)，則外氣中所包含的灰塵、海鹽顆粒等懸浮顆粒、二氧化硫氣體、硫化氫氣體等腐蝕性氣體會附著在IT設(shè)備內(nèi)的電路基板上，即使在相對濕度不足100%的環(huán)境下，也會因化學(xué)凝結(jié)導(dǎo)致的結(jié)露現(xiàn)象而在電路基板上生成電解質(zhì)溶液并引起腐蝕。電路基板的腐蝕會大幅損害IT設(shè)備的可靠性。另一方面，在外氣的濕度急劇降低的情況下，從空調(diào)外機向服務(wù)器室吹出的送氣的濕度也降低，并低于服務(wù)器室內(nèi)的管理容許濕度范圍的下限值。若濕度低的外氣被送入服務(wù)器室內(nèi)，則會在IT設(shè)備內(nèi)的電路基板上引起靜電放電，成為IT設(shè)備誤動作的原因。另外，在當(dāng)前所使用的外氣冷氣系統(tǒng)中，在外氣的溫濕度急劇變化且自動地切換運轉(zhuǎn)模式的情況下，在超過運轉(zhuǎn)模式的邊界后不立即變更運轉(zhuǎn)模式，而在超過運轉(zhuǎn)模式邊界之后的某一恒定時間作為辨別運轉(zhuǎn)模式可否變更的時間帶，在經(jīng)過辨別時間后變更運轉(zhuǎn)模式。由于設(shè)定了該辨別時間，改善了外氣變動時的空調(diào)運轉(zhuǎn)控制的不穩(wěn)定性等。但是，尤其在外氣濕度急劇變動的情況下，在到辨別時間為止的經(jīng)過期間，由于濕度高或濕度低的送氣被供給到服務(wù)器室內(nèi)，所以，與專利文獻I等同樣地，不能解決前述那樣損害可靠性的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種外氣冷氣系統(tǒng)和具有這樣的外氣冷氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，所述外氣冷氣系統(tǒng)為，具有在冬季以及中間期(春、秋)利用外氣的外氣冷氣方式的空調(diào)系統(tǒng)中，在利用外氣的冷氣運轉(zhuǎn)中，即使在外氣的溫度或濕度急劇變動的情況下，也能夠進行控制以使從空調(diào)外機向室內(nèi)的送氣的濕度不會急劇變動，從而實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境的最適化。本發(fā)明的發(fā)明者們創(chuàng)新地發(fā)明了能夠解決上述課題的外氣冷氣系統(tǒng)。本發(fā)明的外氣冷氣系統(tǒng)，具有作為空調(diào)機的空調(diào)外機，其用于將凈化了外氣并調(diào)節(jié)了溫度以及濕度的送氣向室內(nèi)供給；用于使外氣以及來自所述室內(nèi)的回氣循環(huán)的空氣輸送管道；用于進行從屋外導(dǎo)入外氣以及向屋外排氣的外氣取入口以及排氣口 ；運算控制裝置，其預(yù)先設(shè)定根據(jù)外氣的溫度以及濕度的狀況進行外氣和回氣的混合、外氣的除濕、力口濕、冷卻中的至少一項的多個運轉(zhuǎn)模式，并根據(jù)從所述外氣取入口導(dǎo)入的外氣的溫度以及濕度的狀況判定運轉(zhuǎn)模式，該外氣冷氣系統(tǒng)根據(jù)該運算控制裝置的運轉(zhuǎn)模式的判定結(jié)果而變更運轉(zhuǎn)模式，并將從所述空調(diào)外機向所述室內(nèi)供給的送氣調(diào)整成規(guī)定的溫度以及濕度，其特征在于所述運算控制裝置具有以下功能第一功能，在從所述外氣取入口導(dǎo)入的外氣的溫度或濕度的狀況發(fā)生變動并超過當(dāng)前的運轉(zhuǎn)模式的邊界時，設(shè)定運轉(zhuǎn)模式變更的辨別時間；第二功能，在從所述外氣取入口導(dǎo)入的外氣的溫度或濕度的狀況發(fā)生變動并超過當(dāng)前的運轉(zhuǎn)模式的邊界時，根據(jù)所述外氣的溫度以及濕度的狀況，對在當(dāng)前的運轉(zhuǎn)模式下從所述空調(diào)外機向所述室內(nèi)供給的送氣的濕度進行預(yù)測的第二功能；第三功能，在從所述外氣取入口導(dǎo)入的外氣的溫度或濕度的狀況發(fā)生變動并超過當(dāng)前的運轉(zhuǎn)模式的邊界時，在由所述第二功能預(yù)測的送氣的濕度沒有超過預(yù)先設(shè)定的室內(nèi)的管理容許濕度范圍的上限值且不低于下限值的情況下，在經(jīng)過所述辨別時間后，變更運轉(zhuǎn)模式，在由所述第二功能預(yù)測的送氣的濕度超過預(yù)先設(shè)定的室內(nèi)的管理容許濕度范圍的上限值或低于下限值的情況下，不等經(jīng)過所述辨別時間，立即變更運轉(zhuǎn)模式。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，具有在冬季以及中間期(春、秋)利用外氣的外氣冷氣方式的空調(diào)系統(tǒng)中，在外氣冷氣運轉(zhuǎn)中，即使在外氣的溫度或濕度急劇變動的情況下，也能夠?qū)目照{(diào)外機向室內(nèi)吹出的送氣濕度急劇變動的情況進行抑制，所以，即使在外氣冷氣運轉(zhuǎn)時也能夠謀求室內(nèi)環(huán)境的最適化。


圖1是將具有本發(fā)明的實施方式的外氣冷氣系統(tǒng)適用于數(shù)據(jù)中心的情況下的構(gòu)成圖。圖2是具有本發(fā)明的實施方式的外氣冷氣系統(tǒng)的功能構(gòu)成的概要圖。圖3是在空氣濕度圖上示 出具有本發(fā)明的實施方式的外氣冷氣系統(tǒng)的一年的運轉(zhuǎn)模式的一例的說明圖。圖4是表示具有本發(fā)明的實施方式的外氣冷氣系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)流程的說明圖。圖5是在具有本發(fā)明的實施方式的外氣冷氣系統(tǒng)中，在空氣濕度圖(Psychrometric Chart)上示出外氣的濕度急劇變動情況下的運轉(zhuǎn)模式的一例的說明圖。圖6是用于說明適用了一般的構(gòu)成的外氣冷氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心的構(gòu)成圖。圖7是用于說明一般的構(gòu)成的外氣冷氣方式的空氣濕度圖。圖8是在具有本發(fā)明的實施方式的外氣冷氣系統(tǒng)中，表示在外氣濕度急劇上升的情況下的送氣濕度的變動歷史的一例的說明圖。圖9是在具有本發(fā)明的實施方式的外氣冷氣系統(tǒng)中,表不在外氣濕度急劇減小的情況下的送氣濕度的變動歷史的一例的說明圖。圖10是在適用了具有本發(fā)明的實施方式的外氣冷氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心中，表示從空調(diào)外機將送氣向服務(wù)器室內(nèi)直接吹出的橫吹出方式的構(gòu)成圖。附圖標(biāo)記說明100...地板面，101...服務(wù)器室，102...熱通道，103...冷通道，104...雙層地板(自由通路)，105...地板面開口部(板格)，106...機架，107...頂棚空間，108...循環(huán)風(fēng)扇，109、110、111、112、113...空氣輸送管道，114...外氣取入口，115...排氣口，116、117、118、119...氣閘，151...空調(diào)外機，152...送風(fēng)風(fēng)扇，153...水汽化式加濕器，154...加濕供水閥，155...冷卻旋管(熱交換器)，156...冷水閥，157...冷水泵，158...冷水(往)，159...冷水(回)，160...濾塵器，161...冷卻器，201...外氣，202...排氣，203、204、205、207...回氣，206….送氣，251、252、253、254...溫濕計，255...結(jié)露溫度計，300...運算控制裝置，301...溫濕度運算裝置，302...送氣濕度預(yù)測裝置，303...運轉(zhuǎn)模式判定裝置，304...送氣溫濕度控制裝置，305...送氣結(jié)露溫度控制裝置。
具體實施例方式以下，參照將本發(fā)明的外氣冷氣系統(tǒng)適用于數(shù)據(jù)中心的情況對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖1是將具有本發(fā)明的實施方式的外氣冷氣系統(tǒng)適用于數(shù)據(jù)中心的情況下的構(gòu)成圖，圖2是具有本發(fā)明的實施方式的外氣冷氣系統(tǒng)的功能構(gòu)成的概要圖。系統(tǒng)的儀器構(gòu)成包括作為空調(diào)機的空調(diào)外機151，其用于將凈化了外氣201、并且調(diào)節(jié)了溫濕度的冷氣(送氣206)向服務(wù)器室101供給；用于使外氣201以及來自搭載在服務(wù)器室101內(nèi)的機架106內(nèi)的IT設(shè)備的回氣207循環(huán)的空氣輸送管道(109 113);用于從屋外導(dǎo)入外氣201的外氣取入口 114 ;用于將回氣207向屋外進行排氣202的排氣口115 ;用于向空調(diào)外機151供給冷水158的冷卻器161以及冷水泵157等。在空調(diào)外機151內(nèi)裝備有濾塵器160、冷卻旋管(熱交換器)155、水汽化式的加濕器153以及送風(fēng)風(fēng)扇152。從空調(diào)外機151被送入的冷氣(送氣206)經(jīng)由雙層地板(自由通路freeaccess) 104的地板下從設(shè)在地板面100上的開口部(板格grating) 105向冷通道102吹出，并向機架106內(nèi)的IT設(shè)備供給。來自該IT設(shè)備背面的暖氣從與冷通道102分離的熱通道103內(nèi)通過循環(huán)風(fēng)扇108被排出。在服務(wù)器室101內(nèi)配置多臺機架106的列時，將使機架106前表面(入氣側(cè))彼此相對的冷氣區(qū)域即冷通道102和使機架106背面(排氣側(cè))彼此相對的暖氣區(qū)域即熱通道103交替地排列，從而提高空氣調(diào)節(jié)效率。在空氣輸送管道(109 113)中設(shè)有用于調(diào)整循環(huán)風(fēng)量的氣閘(116 119)。另夕卜，為了調(diào)整向空調(diào)外機151內(nèi)的冷卻旋管(熱交換器)155供給的冷水流量，設(shè)有冷水閥156，在水汽化式的加濕器153上設(shè)有用于進行加濕供水的流量切換的加濕供水閥154。另外，在外氣取入口 114和氣閘116之間(外氣位置)、空調(diào)外機151的入口側(cè)、空調(diào)外機151的出口側(cè)(送氣位置)、循環(huán)風(fēng)扇108的上游側(cè)(回氣位置)設(shè)有溫濕計(251 254)，而且，在空調(diào)外機151的出口側(cè)(送氣位置)設(shè)置結(jié)露溫度計255。運算控制裝置300由溫濕度運算裝置301、送氣濕度預(yù)測裝置302、運轉(zhuǎn)模式判定裝置303構(gòu)成。如圖2所示，在本實施方式中，通過外氣用溫濕計251、對外氣和回氣混合后的氣體的溫濕度進行測定的溫濕計252、送氣用溫濕計253以及回氣用溫濕計254來對外氣201、外氣和回氣混合后的氣體、送氣206以及回氣207的溫度及濕度進行計測，通過運算控制裝置300的溫濕度運算裝置301，不僅計算溫度(干球溫度、濕球溫度、結(jié)露溫度)、濕度(相對濕度、絕對濕度)，還計算比焓。 在送氣濕度預(yù)測裝置302中，根據(jù)由溫濕度運算裝置301算出的外氣、送氣以及回氣的溫濕度和比焓，預(yù)測以超過運轉(zhuǎn)模式邊界前的運轉(zhuǎn)模式運轉(zhuǎn)的情況下的送氣206的濕度。另外，在外氣201的濕度急劇變化的情況下，對利用變動后的外氣201并在現(xiàn)行運轉(zhuǎn)模式下運轉(zhuǎn)的情況的送氣206的濕度是否超過運轉(zhuǎn)模式的邊界進行判定，并且，將超過運轉(zhuǎn)模式邊界后的某一恒定期間作為辨別運轉(zhuǎn)模式可否變更的時間帶，由此設(shè)定辨別時間。根據(jù)通過溫濕度運算裝置301而得到的外氣、送氣以及回氣的溫濕度及比焓和通過送氣濕度預(yù)測裝置302而得到的送氣的預(yù)測濕度，并通過運轉(zhuǎn)模式判定裝置303，在預(yù)測值沒有超過預(yù)先設(shè)定的服務(wù)器室101內(nèi)的管理容許濕度范圍的上限值且沒有低于下限值時，若在經(jīng)過辨別時間后適于變動后的狀態(tài)的運轉(zhuǎn)模式被維持，則判定為變更到與變動后的狀態(tài)相適的運轉(zhuǎn)模式，若在辨別時間中即使只有一次返回到超過運轉(zhuǎn)模式邊界前的運轉(zhuǎn)模式，則不進行運轉(zhuǎn)模式的變更，判定為使超過運轉(zhuǎn)模式邊界前的運轉(zhuǎn)模式繼續(xù)。另外，在預(yù)測值超過預(yù)先設(shè)定的服務(wù)器室101內(nèi)的管理容許濕度范圍的上限值或低于下限值時，判定為不等經(jīng)過辨別時間而立即變更運轉(zhuǎn)模式。該運轉(zhuǎn)模式判定成在預(yù)先設(shè)定的多個運轉(zhuǎn)模式中選擇最合適的運轉(zhuǎn)模式，使得向服務(wù)器室101內(nèi)供給的送氣成為規(guī)定的溫度以及濕度。然后，將該判定結(jié)果向送氣溫濕度控制裝置304以及送氣結(jié)露溫度控制裝置305發(fā)送，并調(diào)整氣閘(116 119)、冷水閥156以及加濕供水閥154的開度以使送氣206成為規(guī)定的溫濕度設(shè)定值。此外，本實施方式中，溫濕度運算裝置301、送氣濕度預(yù)測裝置302以及運轉(zhuǎn)模式判定裝置303構(gòu)成運算控制裝置300。另外，送氣濕度預(yù)測裝置302具有第一功能、第二功能，運轉(zhuǎn)模式判定裝置303具有第三功能。由送氣溫濕度控制裝置304以及送氣結(jié)露溫度控制裝置305來承擔(dān)將向服務(wù)器室101內(nèi)供給的送氣調(diào)整到規(guī)定的溫度以及濕度的任務(wù)。但是，本發(fā)明不限于該方式。接下來說明運轉(zhuǎn)模式。圖3是將全年的運轉(zhuǎn)模式的一例示出在空氣濕度圖上的說明圖。該圖是向服務(wù)器室101的送氣206的干球溫度為20°C、送氣206的相對濕度的推薦范圍為40%以上(下限值)且60%以下(上限值)、來自服務(wù)器室101的回氣207的干球溫度為35°C的情況下的說明圖，根據(jù)外氣201的溫濕度狀況位于空氣濕度圖上的哪個位置，運轉(zhuǎn)模式大致分為以下的(I) (5)五種。(I)外氣回氣混合、加濕運轉(zhuǎn)模式(I)是以下情況下的運轉(zhuǎn)模式外氣201的干球溫度比送氣206的干球溫度20°C低、且外氣201的絕對濕度比送氣206的絕對濕度的下限值(相對濕度相當(dāng)于40% )高、t匕絕對濕度的上限值(相對濕度相當(dāng)于60% )低的情況；或者，外氣的比焓比送氣206的比焓的推薦范圍的下限值低，且外氣201的絕對濕度比送氣206的絕對濕度的下限值(相對濕度相當(dāng)于40%)低的情況。在外氣201的干球溫度比送氣206的干球溫度20°C低、且外氣201的絕對濕度比送氣206的絕對濕度的下限值(相對濕度相當(dāng)于40% )高、比絕對濕度的上限值(相對濕度相當(dāng)于60% )低的情況下，通過混合外氣201和回氣207而將送氣206調(diào)制成所希望的溫濕度條件。該情況下，通過打開氣閘116、117以及118并關(guān)閉氣閘119，混合外氣201和回氣203，并通過空調(diào)外機151內(nèi)的送風(fēng)風(fēng)扇152直接向服務(wù)器室101內(nèi)送氣。其間，冷卻器161及加濕器153不工作。另外，在外氣的比焓比送氣206的比焓的推薦范圍的下限值低、且外氣201的絕對濕度比送氣206的絕對濕度的下限值(相對濕度相當(dāng)于40% )低的情況下，在混合外氣201和回氣203后，通過加濕器153進行加濕，由此將送氣206調(diào)制成所希望的溫濕度條件。該情況下，通過打開氣閘116、117以及118并關(guān)閉氣閘119，混合外氣201和回氣203，并在通過空調(diào)外機151內(nèi)的加濕器153進行加濕后，通過送風(fēng)風(fēng)扇152向服務(wù)器室101內(nèi)送氣。其間，冷卻器161不工作。(2)外氣冷卻除濕、再熱運轉(zhuǎn)模式(2)是以下情況下的運轉(zhuǎn)模式外氣201的比焓比回氣207的比焓的推薦范圍的上限值低，且外氣201的絕對濕度比送氣206的絕對濕度的上限值(相對濕度相當(dāng)于60% )高的情況。該情況下，打開氣閘116、117以及119，關(guān)閉氣閘118。通過空調(diào)外機151內(nèi)的冷卻旋管(熱交換器)155使外氣201冷卻凝結(jié)由此進行除濕，并進行冷卻直到除濕后的絕對濕度與送氣206的絕對濕度的上限值相等。然后，使冷卻后的外氣和回氣205混合而進行再熱，通過送風(fēng)風(fēng)扇152向服務(wù)器室101內(nèi)吹送調(diào)整到所希望的溫濕度條件的送氣206。(3)外氣冷卻、加濕運轉(zhuǎn)模式(3)是以下情況下的運轉(zhuǎn)模式外氣201的比焓比送氣206的比焓的推薦范圍的上限值高、且比回氣207的比焓的推薦范圍的上限值低，且外氣201的絕對濕度比送氣206的絕對濕度的上限值低的情況。該情況下，打開氣閘116、117，關(guān)閉氣閘118、119。通過空調(diào)外機151內(nèi)的冷卻旋管(熱交換器)155對外氣201進行冷卻后，利用加濕器153加濕，并通過送風(fēng)風(fēng)扇152向服務(wù)器室101內(nèi)吹送調(diào)整到所希望的溫濕度條件的送氣206。(4)外氣加濕運轉(zhuǎn)模式(4)是以下情況下的運轉(zhuǎn)模式外氣201的比焓比送氣206的比焓的推薦范圍的下限值高、且比送氣206的比焓的推薦范圍的上限值低、且外氣201的干球溫度比送氣206的干球溫度高的情況。該情況下，打開氣閘116、117，關(guān)閉氣閘118、119。在通過空調(diào)外機151內(nèi)的加濕器153將外氣201加濕后，通過送風(fēng)風(fēng)扇152向服務(wù)器室101內(nèi)吹送調(diào)整到所希望的溫濕度條件的送氣206。其間，冷卻器161不工作。(5)回氣冷卻運轉(zhuǎn)模式(5)是外氣201的比焓比回氣207的比焓的推薦范圍的上限值高的情況下的運轉(zhuǎn)模式。該情況下，僅打開氣閘118，關(guān)閉氣閘116、117、119。外氣201的導(dǎo)入量為零，在通過空調(diào)外機151內(nèi)的冷卻旋管(熱交換器)155對全部回氣207進行冷卻后,通過送風(fēng)風(fēng)扇152向服務(wù)器室101內(nèi)吹送調(diào)整到所希望的溫濕度條件的送氣206。接下來，關(guān)于外氣201的濕度急劇變動情況下的運轉(zhuǎn)動作，根據(jù)圖4所示的運轉(zhuǎn)流程進行說明。在外氣201的濕度急劇變化的情況下，通過運算控制裝置300的送氣濕度預(yù)測裝置302來判定是否超過運轉(zhuǎn)模式的邊界(SI)。在該SI中判定為超過了運轉(zhuǎn)模式邊界的情況下，進入S2，在超過運轉(zhuǎn)模式邊界后不立即變更運轉(zhuǎn)模式，將超過運轉(zhuǎn)模式邊界后的某一恒定期間作為判定運轉(zhuǎn)模式可否變更的時間帶，因此在送氣濕度預(yù)測裝置302中設(shè)定辨別時間(S2)，并使處理進入到S4。在沒有超過邊界的情況下，不變更運轉(zhuǎn)模式而繼續(xù)運轉(zhuǎn)(S3)。然后，通過送氣濕度預(yù)測裝置302，預(yù)測送氣206的濕度在以超過運轉(zhuǎn)模式邊界前的運轉(zhuǎn)模式進行運轉(zhuǎn)的情況下如何變化(S4)。然后，通過運轉(zhuǎn)模式判定裝置303來判定該預(yù)測值是否超過送氣206的管理容許濕度范圍的上限值或低于下限值(S5)。在送氣206的預(yù)測值超過送氣206的管理容許濕度范圍的上限值或低于下限值的情況下，將判定結(jié)果向送氣溫濕度控制裝置304以及送氣結(jié)露溫度控制裝置305發(fā)送，并調(diào)整氣閘(116 119)、冷水閥156以及加濕供水閥154的開度，立即變更運轉(zhuǎn)模式(S6)。在沒有超過管理容許濕度范圍的上限值且不低于下限值的情況下，繼續(xù)超過運轉(zhuǎn)模式邊界前的運轉(zhuǎn)模式，并繼續(xù)辨別時間的計時(S7)。然后，在經(jīng)過了運轉(zhuǎn)模式可否變更的辨別時間后，判定是否在超過運轉(zhuǎn)模式邊界后一次也沒有回到超過運轉(zhuǎn)模式邊界前的運轉(zhuǎn)模式、而依然維持適于變動后的狀態(tài)的運轉(zhuǎn)模式(S8)。若適于變動后的狀態(tài)的運轉(zhuǎn)模式被維持，則變更到適于變動后的狀態(tài)的運轉(zhuǎn)模式
(S9)。若在辨別時間·中即使一次返回到了超過運轉(zhuǎn)模式邊界前的運轉(zhuǎn)模式，則判斷為外氣的濕度尚不穩(wěn)定且正在激烈變動中，不進行運轉(zhuǎn)模式的變更，繼續(xù)超過運轉(zhuǎn)模式邊界前的運轉(zhuǎn)模式(SlO)。S3、S6、S9、SlO后，回到開始狀態(tài)，重復(fù)上述的控制。圖5中在空氣濕度圖上說明上述的運轉(zhuǎn)流程的一例。外氣201的濕度急劇變化前的狀態(tài)由圖中(al)表示。該區(qū)域為外氣加濕運轉(zhuǎn)模式(4)，所以，在以外氣加濕運轉(zhuǎn)模式
(4)運轉(zhuǎn)的情況下的送氣206的狀態(tài)(濕度)，使干球溫度為20°C，并成為(a2)。此時，若外氣201發(fā)生變動并超過運轉(zhuǎn)模式(外氣加濕運轉(zhuǎn)模式(4))的邊界后的狀態(tài)為(bl)或(Cl)，則在以超過運轉(zhuǎn)模式邊界前的運轉(zhuǎn)模式(外氣加濕運轉(zhuǎn)模式(4))運轉(zhuǎn)的情況下的送氣206的濕度的預(yù)測值分別為(b2)以及(c2)。這里，若使送氣206的相對濕度的管理容許濕度范圍的上限值以及下限值分別為80^^20%,則(b2)以及(c2)都沒有超過該管理容許濕度范圍。因此，在經(jīng)過運轉(zhuǎn)模式可否變更的辨別時間后，若外氣的狀態(tài)為(bl)或(Cl)，則使運轉(zhuǎn)模式從外氣加濕運轉(zhuǎn)模式(4)向外氣冷卻、加濕運轉(zhuǎn)模式(3)(外氣(al) — (bl)變動的情況)變更，向外氣回氣混合、力口濕運轉(zhuǎn)模式(I)(外氣(al) — (Cl)變動的情況)變更。另外，在外氣201的濕度急劇變化，超過運轉(zhuǎn)模式(外氣加濕運轉(zhuǎn)模式(4))的邊界后的狀態(tài)為(dl)或(el)的情況下，基于超過運轉(zhuǎn)模式邊界前的運轉(zhuǎn)模式(外氣加濕運轉(zhuǎn)模式(4))的送氣206的預(yù)測值分別為(d2)以及(e2)。該情況下，若使送氣206的相對濕度的管理容許濕度范圍的上限值以及下限值分別為80^^20%,則(d2)以及(e2)都超過該管理容許濕度范圍。因此，不等經(jīng)過運轉(zhuǎn)模式可否變更的辨別時間，立即變更運轉(zhuǎn)模式。即，在外氣201的濕度從(al)向(dl)變動的情況下，在使運轉(zhuǎn)模式從外氣加濕運轉(zhuǎn)模式(4)向外氣冷卻除濕、再熱運轉(zhuǎn)模式(2)變更、夕卜氣201的濕度從(al)向(el)變動的情況下，立即使運轉(zhuǎn)模式從外氣加濕運轉(zhuǎn)模式(4)向外氣回氣混合、加濕運轉(zhuǎn)模式(I)變更。—邊與一般構(gòu)成的外氣冷氣系統(tǒng)進行比較，一邊說明本實施方式的特征構(gòu)成的主要效果。圖6是用于說明一般構(gòu)成的外氣冷氣系統(tǒng)的構(gòu)成圖。系統(tǒng)的儀器構(gòu)成包括:作為空調(diào)機的空調(diào)外機151，其用于將凈化了外氣201、并調(diào)節(jié)了溫濕度的冷氣(送氣206)向服務(wù)器室101供給；用于使外氣201以及來自搭載在機架106內(nèi)的IT設(shè)備的回氣207循環(huán)的空氣輸送管道(109 113);用于從屋外導(dǎo)入外氣201以及用于向屋外進行排氣202的外氣取入口 114以及排氣口 115 ;用于向空調(diào)外機151供給冷水158的冷卻器161以及冷水泵157等。在空調(diào)外機151內(nèi)裝備有濾塵器160、冷卻旋管(熱交換器)155、水汽化式的加濕器153以及送風(fēng)風(fēng)扇152。此外，省略了溫度計、濕度計等傳感器類的圖示。
從空調(diào)外機151送入的冷氣(送氣206)經(jīng)由雙層地板(自由通路)104的地板下從設(shè)在地板面100上的開口部(板格)105向冷通道102吹出，并向機架106內(nèi)的IT設(shè)備供給。來自該IT設(shè)備背面的暖氣從與冷通道102分離的熱通道103內(nèi)通過循環(huán)風(fēng)扇108被排出。在這樣的一般構(gòu)成的數(shù)據(jù)中心中，在配置多臺機架106的列時，將使機架106前表面(入氣側(cè))彼此相對的冷氣區(qū)域即冷通道102和使機架106背面(排氣側(cè))彼此相對的暖氣區(qū)域即熱通道103交替地排列，從而提高了空氣調(diào)節(jié)效率。在這樣的外氣冷氣系統(tǒng)中，在例如為冬季的情況下，通過空氣輸送管道內(nèi)的氣閘116 119來調(diào)整低溫外氣201和高溫回氣207的風(fēng)量，并由此將兩者混合，進一步通過加濕器153加濕，由此，控制成向服務(wù)器室101送氣的規(guī)定的送氣206條件(溫度、濕度)。其間，由于無需使冷卻器161工作，所以，冷氣設(shè)備所需要的電力僅為送風(fēng)風(fēng)扇152以及循環(huán)風(fēng)扇108的消耗電力(空氣輸送動力)。到此為止與本實施方式的外氣冷氣系統(tǒng)大致相同。圖7表示用于說明一般構(gòu)成的外氣冷氣方式的空氣濕度圖。圖7中在空氣濕度圖上繪制出了東京都的一年8760個小時的溫濕度狀況。假設(shè)使從空調(diào)外機151向服務(wù)器室101內(nèi)送入的送氣206的干球溫度(冷通道102內(nèi))為20°C，使來自服務(wù)器室101內(nèi)的回氣207的干球溫度(熱通道103內(nèi))為35°C，使回氣207的相對濕度為35% (圖7中圖示的框內(nèi))，來自此時的服務(wù)器室101的回氣207的比焓為約66kJ/kg。因此，在外氣201的比焓比回氣207的比焓66kJ/kg低的情況下(冬季以及中間期等)，能夠有效地活用外氣201。該情況下，根據(jù)外氣201的溫濕度狀況的變動，自動切換外氣201和回氣207的混合、或外氣201的除濕、加濕、冷卻等的運轉(zhuǎn)模式，或組合這些模式，由此將送氣206調(diào)整成規(guī)定的溫濕度。這樣，通過有效利用外氣201，能夠降低冷卻器161的運轉(zhuǎn)負(fù)荷。另外，在外氣201的比焓比回氣207的比焓高的情況下(夏季等)，不導(dǎo)入外氣201而使回氣207全部返回到空調(diào)外機151，通過一直使冷卻器161運轉(zhuǎn)來冷卻回氣207。在這樣的一般構(gòu)成的外氣冷氣系統(tǒng)中，在外氣的溫濕度發(fā)生變動的情況下，在超過運轉(zhuǎn)模式的邊界后不立即變更運轉(zhuǎn)模式，而使超過運轉(zhuǎn)模式邊界后的某一恒定期間作為辨別運轉(zhuǎn)模式可否變更的時間帶，設(shè)定該辨別時間，并在經(jīng)過辨別時間后變更運轉(zhuǎn)模式。圖8中示出外氣201的濕度急劇上升的情況下的送氣206的濕度的變動歷史的一例。如圖8上層所示，是外氣201的濕度以HO推移，并在時刻t0到t2的范圍內(nèi)從HO到HO'急劇上升的情況。這里，假定圖5中外氣201的濕度從(al)向(dl)上升的情況，運轉(zhuǎn)模式從外氣加濕運轉(zhuǎn)模式(4)，跳過外氣冷卻、加濕運轉(zhuǎn)模式區(qū)域(3)而向外氣冷卻除濕、再熱運轉(zhuǎn)模式(2)切換。此時，在圖6、圖7所示那樣的一般構(gòu)成的設(shè)定了辨別時間的外氣冷氣系統(tǒng)中，如圖8中層所示，在時刻t0到t2的過程中，送氣206的濕度從Hl上升到H廣，從超過外氣加濕運轉(zhuǎn)模式(4)區(qū)域，并進一步超過外氣冷卻、加濕運轉(zhuǎn)模式(3)區(qū)域的邊界的時刻tl開始運轉(zhuǎn)模式可否變更的辨別(直到時刻t3)。其間，運轉(zhuǎn)模式繼續(xù)外氣加濕運轉(zhuǎn)模式(4)，在經(jīng)過時刻t3后，向外氣冷卻除濕、再熱運轉(zhuǎn)模式(2)變更，開始除濕運轉(zhuǎn)。該情況下，送氣206的高濕度狀態(tài)(濕度Hl')長時間持續(xù)(從時刻tl到時刻t3)。因此，當(dāng)外氣201中所包含的灰塵、海鹽顆粒等懸浮顆粒以及二氧化硫氣體、硫化氫氣體等腐蝕性氣體附著在IT設(shè)備內(nèi)的電路基板上時，會因為化學(xué)凝結(jié)的結(jié)露現(xiàn)象而在電路基板上引起腐蝕。電路基板的腐蝕會大幅損害IT設(shè)備的可靠性。
另一方面，根據(jù)本實施方式的外氣冷氣系統(tǒng)，如圖8下層所示，在送氣206的濕度的預(yù)測值到達送氣206的管理容許濕度范圍的上限值(圖5中為相對濕度80% )后立即(時刻t5)將運轉(zhuǎn)模式從外氣加濕運轉(zhuǎn)模式⑷向外氣冷卻除濕、再熱運轉(zhuǎn)模式(2)變更。因此，能夠?qū)⑺蜌?06的濕度上升(H2 -H2/ )抑制在最低限度，并且，送氣206成為高濕的時間縮短(從時刻tl到時刻t6)。由此，能夠抑制IT設(shè)備內(nèi)的電路基板的腐蝕等儀器損害的發(fā)生。圖9中示出了外氣201的濕度急劇減小的情況下的送氣206的濕度的變動歷史的一例。如圖9上層所示，是外氣201的濕度以HO推移，并在時刻t0到t2的過程中從HO向HO'急劇減小的情況。這里，假定了圖5中外氣201的濕度從(al)向(el)減小的情況，運轉(zhuǎn)模式從外氣加濕運轉(zhuǎn)模式(4)向外氣回氣混合、加濕運轉(zhuǎn)模式(I)切換。此時，在圖6、7所示的一般構(gòu)成的設(shè)定了辨別時間的外氣冷氣系統(tǒng)中，如圖9中層所示，在從時刻t0到t2的過程中，送氣206的濕度從Hl向ΗΓ減小，從超過外氣加濕運轉(zhuǎn)模式(4)區(qū)域和外氣回氣混合、加濕運轉(zhuǎn)模式(I)區(qū)域的邊界的時刻tl開始運轉(zhuǎn)模式可否變更的辨別(直到時刻t3)。其間，運轉(zhuǎn)模式繼續(xù)外氣加濕運轉(zhuǎn)模式(4)，在經(jīng)過時刻t3后，向外氣回氣混合、加濕運轉(zhuǎn)模式(I)變更。該情況下，送氣206的低濕度狀態(tài)(濕度Hl')長時間持續(xù)(從時刻tl到時刻t3)。因此，會在IT設(shè)備內(nèi)的電路基板上引發(fā)靜電放電，成為IT設(shè)備誤動作的原因。另一方面，根據(jù)本實施方式的外氣冷氣系統(tǒng)，如圖9下層所示，在送氣206的濕度的預(yù)測值成為送氣206的管理容許濕度范圍的下限值(圖5中為相對濕度20% )后立即(時刻t5)將運轉(zhuǎn)模式從外氣加濕運轉(zhuǎn)模式(4)向外氣回氣混合、加濕運轉(zhuǎn)模式(I)變更。因此，能將送氣206的濕度減少(H2 — H2')抑制到最低限度，并且，送氣206為低濕度的時間變短(從時刻tl到時刻t6)。由此，能夠抑制在IT設(shè)備內(nèi)的電路基板上發(fā)生靜電放電等儀器損害。以上，通過本實施方式，在全年都需要冷氣運轉(zhuǎn)的高發(fā)熱負(fù)荷的數(shù)據(jù)中心，在外氣冷氣運轉(zhuǎn)中即使外氣201的濕度急劇變化的情況下(急劇上升或減小)，也能夠抑制從空調(diào)外機151向服務(wù)器室101吹出的送氣206的濕度受到外氣急劇變動的影響而發(fā)生變動的情況。因此，能夠防止外氣冷氣運轉(zhuǎn)時的IT設(shè)備電路基板的腐蝕以及靜電放電導(dǎo)致的IT設(shè)備的故障、誤動作。因此，能夠強力抑制使IT設(shè)備的可靠性大幅下降的事態(tài)發(fā)生，對于數(shù)據(jù)中心來說，能夠?qū)崿F(xiàn)最適宜的環(huán)境。此外，作為向服務(wù)器室101內(nèi)吹出冷氣(送氣206)的空調(diào)外機151的方式，不僅可以為從冷卻器161向空調(diào)外機151供給冷水158的冷水方式，還可以為利用氟利昂類制冷劑的蒸發(fā)潛熱的直接膨脹方式。另外，從圖1所示的空調(diào)外機151吹出送氣206的方向不僅可以為雙層地板104的地板下即地板吹出方式，還可以為從圖10所示的空調(diào)外機151向服務(wù)器室101內(nèi)直接吹出的橫吹出方式。在使用了該圖10所示的橫吹出方式的外氣冷氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心中，從空調(diào)外機151送風(fēng)的冷氣(送氣206)從設(shè)在服務(wù)器室101的壁面上的開口部向冷通道102直接吹出，并向機架106內(nèi)的IT設(shè)備供給。并為如下構(gòu)造:來自IT設(shè)備背面的暖氣從與冷通道102分離的熱通道103內(nèi)通過循環(huán)風(fēng)扇108被排出。關(guān)于其他結(jié)構(gòu)，由于與適用了圖1所示的地板吹出方式的數(shù)據(jù)中心相同，所以省略說明。在這樣的橫吹出方式的數(shù)據(jù)中心中，也與地板吹出方式的情況相同地，即使在外氣201的濕度急劇變化的情況下，也能夠抑制送氣206的濕度的急劇變化。另外，本發(fā)明的外氣冷氣系統(tǒng)不僅能夠適用于數(shù)據(jù)中心，還能夠適用于工廠、生產(chǎn)現(xiàn)場等具有高發(fā)熱負(fù)荷的環(huán)境中的空調(diào)，另外，還能夠適用于事務(wù)所、學(xué)校等其他公共設(shè)施的空調(diào)中。若在工廠、生產(chǎn)現(xiàn)場、事務(wù)所以及學(xué)校的冷氣系統(tǒng)中適用本發(fā)明的外氣冷氣系統(tǒng)，則由于能夠抑制向場內(nèi)以及現(xiàn)場環(huán)境、室內(nèi)的送氣濕度的急劇變化，所以，能夠進一步提高室內(nèi)的舒適性，能夠確保作業(yè)性、生產(chǎn)效率的提高以及室內(nèi)儀器的健全性。
權(quán)利要求
1.一種外氣冷氣系統(tǒng)，具有:作為空調(diào)機的空調(diào)外機，其用于將凈化了外氣并調(diào)節(jié)了溫度以及濕度的送氣向室內(nèi)供給；用于使外氣以及來自所述室內(nèi)的回氣循環(huán)的空氣輸送管道；用于進行從屋外導(dǎo)入外氣以及向屋外排氣的外氣取入口以及排氣口 ；運算控制裝置，其預(yù)先設(shè)定根據(jù)外氣的溫度以及濕度的狀況進行外氣和回氣的混合、外氣的除濕、加濕、冷卻中的至少一項的多個運轉(zhuǎn)模式，并根據(jù)從所述外氣取入口導(dǎo)入的外氣的溫度以及濕度的狀況判定運轉(zhuǎn)模式，該外氣冷氣系統(tǒng)根據(jù)該運算控制裝置的運轉(zhuǎn)模式的判定結(jié)果而變更運轉(zhuǎn)模式，并將從所述空調(diào)外機向所述室內(nèi)供給的送氣調(diào)整成規(guī)定的溫度以及濕度，其特征在于: 所述運算控制裝置具有以下功能: 第一功能，在從所述外氣取入口導(dǎo)入的外氣的溫度或濕度的狀況發(fā)生變動并超過當(dāng)前的運轉(zhuǎn)模式的邊界時，設(shè)定運轉(zhuǎn)模式變更的辨別時間； 第二功能，在從所述外氣取入口導(dǎo)入的外氣的溫度或濕度的狀況發(fā)生變動并超過當(dāng)前的運轉(zhuǎn)模式的邊界時，根據(jù)所述外氣的溫度以及濕度的狀況，對在當(dāng)前的運轉(zhuǎn)模式下從所述空調(diào)外機向所述室內(nèi)供給的送氣的濕度進行預(yù)測的第二功能； 第三功能，在從所述外氣取入口導(dǎo)入的外氣的溫度或濕度的狀況發(fā)生變動并超過當(dāng)前的運轉(zhuǎn)模式的邊界時，在由所述第二功能預(yù)測的送氣的濕度沒有超過預(yù)先設(shè)定的室內(nèi)的管理容許濕度范圍的上限值且不低于下限值的情況下，在經(jīng)過所述辨別時間后，變更運轉(zhuǎn)模式，在由所述第二功能預(yù)測的送氣的濕度超過預(yù)先設(shè)定的室內(nèi)的管理容許濕度范圍的上限值或低于下限值的情況下，不等經(jīng)過所述辨別時間，立即變更運轉(zhuǎn)模式。
2.如權(quán)利要求1所述的外氣冷氣系統(tǒng)，其特征在于， 從所述空調(diào)外機使所述送氣從所述室內(nèi)的雙層地板的地板下吹出。
3.如權(quán)利要求1所述的外氣冷氣系統(tǒng)，其特征在于， 從所述空調(diào)外機使所述送氣向所述室內(nèi)直接吹出。
4.一種數(shù)據(jù)中心,其特征在于,搭載有權(quán)利要求1到權(quán)利要求3的任一項所述的外氣冷氣系統(tǒng)。
全文摘要
一種外氣冷氣系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)中心。本發(fā)明提供一種外氣冷氣系統(tǒng)，即使在外氣濕度急劇變動的情況下，也能夠進行控制以使從空調(diào)外機向室內(nèi)的送氣濕度不會急劇變動，實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境的最適化。為了使送氣(206)成為規(guī)定的溫濕度，從預(yù)先設(shè)定的多個運轉(zhuǎn)模式中判定最合適的模式，在調(diào)整氣閘(116～119)、冷水閥(156)、加濕供水閥(154)的開度時，計測外氣(201)、送氣(206)、回氣(207)的溫濕度，判斷是否超過模式邊界，若超過邊界則設(shè)定辨別時間。而且，對以超過邊界前的模式進行運轉(zhuǎn)時的送氣(206)的濕度進行預(yù)測，判定預(yù)測值是否超過容許濕度范圍的上限值或低于下限值，在超過的情況下立即變更模式。在經(jīng)過辨別時間后，若一次也沒有回到超過邊界前的模式則變更模式，若即使一次回到了超過邊界前的模式則不變更模式。
文檔編號F24F11/02GK103075783SQ20121031027
公開日2013年5月1日 申請日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者藤本貴行, 近藤義廣 申請人:株式會社日立制作所