情報通信用空調ソリューションとは 近年，サーバや情報通信装置などの ICT装置は，社会に広く普及し，イン フラとして重要性を増しています． ICT装置は，運用時に常時大量の発熱 を伴い，年間を通じて空調機による冷 房が必要になるため，空調機の消費電 力量の低減が強く求められています． また，空調機が停止すると，ICT装置 周辺の温度が上昇し，最悪の場合， ICT装置の停止に至りサービスへの影 響が出る可能性があるため，空調機に は高い信頼性も要求されます． NTTファシリティーズでは，30年 以上前から消費電力量の低減と信頼性 を両立する情報通信用の空調技術を開 発し，NTTグループをはじめとする 情報通信事業者の消費電力量低減に貢 献してきました．開発した空調技術を 基に製品化した空調ソリューション は，「情報通信用空調機」と空調機か らの冷気で効率良くICT装置を冷却す るための「気流制御技術」に分けられ ます． 私たちはこれまで，情報通信用空調 機として，床置型のFMACS，ラック 型 のFTASCL-RS/C（ 図 ₁（a））， 天 吊型のFTASCL-CM/Cを開発してき ました．FMACSは，現在 5 代目の FMACS-Ⅴが導入されており，標準 タイプのほかに，省スペースタイプの slimシリーズ，間接外気冷房タイプの hybridシリーズ（図 1（b））があります． 一方，気流制御技術として代表的な ものとしては，アイルキャッピング（図 1（c））が挙げられます．アイルキャッ ピングは，二重床からICT装置に冷気 を供給している通路（コールドアイル） 図 1 空調ソリューションの一例 （a） FTASCL-RS/Cの室内ユニット （b） FMACS-Ⅴの室内ユニット （FMACS-Ⅴ hybrid） （c） アイルキャッピング NTTファシリティーズが開発した情報通信用空調ソリューションの FMACS-Ⅴ hybridが2012年度の日本機械学会賞（技術）を受賞しました． さらにFTASCL-RS/Cが2012年度の日本冷凍空調学会賞・技術賞を受賞し ました．本稿では，学会賞を受賞した 2 つの空調ソリューションの特徴を 紹介します．また，FMACS-Ⅴ hybridの開発時に行ったNTT東日本のデー タセンタにおける運用評価の概要も併せて紹介します．
宇
う だ が わ田川 陽
ようすけ介 /関
せきぐち口 圭
けいすけ輔
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よ し い井 存
あ り/木
こ は た幡 悠
ゆ う じ士
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つきもと元 秀
ひ で き樹 /中
な か た田 達
た つ や也
NTTファシリティーズ
を壁や屋根で区画する技術で，ICT装 置への給気（低温）と排気（高温）を 物理的に分離することで，効率的な冷 却を実現できます． 開発した空調技術は学会からも高く 評価され，その高い省エネルギー性か ら，2012年度には，ICT装置用間接外 気冷房併用床置型空調機FMACS-Ⅴ hybridが日本機械学会賞（技術）＊ 1， ICT装置用ラック型空調機FTASCL-RS/Cが日本冷凍空調学会賞 ・ 技術 賞＊ 2を受賞しました． FMACS-Ⅴ hybrid ■概要 FMACS-Ⅴ hybridは，従来の圧縮 機を備えた空調機（図 2（a））に冷媒 ポンプのみを追加設置する，シンプル なシステム構成で外気冷房が行える空 調機です．外気温度が低い冬期から中 間期は冷媒ポンプを使用するポンプサ イクル（図 2（b）），外気温度が高い夏 期から中間期は圧縮機を使用する圧縮 サイクル（図 2（c））と，外気温度に 応じてサイクルを自動的に切り替えな がら運転を行います．冷媒ポンプは圧 縮機に比べ 8 分の 1 程度の消費電力 で運転できるため，年間での大幅な省 エネルギー化を実現します． データセンタにおいては，年間を通 じて冷房を行っており，年間消費電力 量削減に向けては，中間期から冬期の 低温外気を有効に利用することが，非 常に重要です．低温外気の利用方式と しては，直接外気を室内へ導入する「直 接外気冷房」と，熱交換器等を通じて 間接的に外気冷熱を利用する「間接外 気冷房」に分けられます．直接外気冷 房は，日本国内では年間を通じて外気 のみでの運用が難しいため，熱源機器 を備えたほかの空調設備を併設するこ とが一般的であり，空調設備の二重投 資に伴う構築費用の増加が問題となり ます．また，外気を大量に直接室内に 導入するため，室内の空気の質が悪化 し，ICT装置に影響を与えることも懸 念されます． そこで私たちは，直接外気冷房の問 題を回避するため，間接外気冷房方式 を採用し，ポンプにより冷媒を循環さ せるポンプサイクルを併設した空調機 を開発しました．本空調機は，配管流 路を切り替えるだけで，外気冷房運転 が可能であり，外気取り入れのための ＊1 日本機械学会賞（技術）：一般社団法人日 本機械学会が日本の機械工学 ・ 工業の発展 を奨励することを目的として，優秀な新規 技術に授与する賞． ＊2 日本冷凍空調学会賞 ・ 技術賞：公益社団法 人日本冷凍空調学会が冷凍 ・ 空調技術とそ れに関連する学術技術の発展と普及に貢献 し，特に優れた技術に対して授与する賞． 図 2 空調機の運転状態 室外ユニット 年間を通じて運転 室外 室内 ICT装置 圧縮機 送風機 （a） 従来の空調機 室外ユニット 冷媒ポンプ 冬期は停止 室外 室内 ICT装置 圧縮機 送風機 （b） FMACS-Ⅴ hybridの ポンプサイクル P 冬期に運転 室外ユニット 冷媒ポンプ 夏期に運転 室外 室内 ICT装置 圧縮機 送風機 （c） FMACS-Ⅴ hybridの 圧縮サイクル P 夏期は停止 室内ユニット 室内ユニット 室内ユニット
建物外壁部への開口も不要であり，既 存建物への導入も比較的容易です．室 内空気室への影響も従来の空調機と同 程度になります． これまでは，冷媒の循環をポンプで 行うと壊れやすいという問題があり， 製品化できませんでした．本空調機で は，冷媒ポンプの機構や制御を新規開 発することで，上記の問題を解決しま した．開発した技術により，安全な運 転が可能となり，製品化に成功しました． ■フィールド評価 空調機の開発においては，試験室で の検証のほかに，北海道にあるNTT 東日本の実際のデータセンタに本空調 機 を 設 置 し， 検 証 を 行 い ま し た． NTT東日本のデータセンタでは，環 境負荷低減に配慮するため，消費電力 量低減を実現する技術を積極的に採用 しています．後述しますが，本空調機 は年間を通じて外気温度が低い地域ほ ど省エネルギー効果が高くなる特長が あります．そこで，北海道の冷涼な気 候を活用し，消費電力量を低減する本 空調機の導入に向けた運用評価を行い ました． 空調機の設置状況を図 3 に示しま す．室内ユニットはサーバ室に隣接す る設備機械室に，室外ユニット，およ びポンプユニットは屋上フロアの屋外 スペースに設置しました． 計測期間中の室内温度と外気温度を 図 4 に示します．室内温度は平均23℃ で，年間を通して20〜25℃の範囲で あり，ICT装置の運用として適正な温 度範囲で維持できていました．また省 エネルギー性能としては，一般電算機 用空調機と比較し，約46％の消費電力 量の低減となりました．ただし，計測 を行った期間の空調負荷は約40％と 低かったため，今後発熱量が増加し， 空調負荷率が高まれば，さらに消費電 力量の低減効果は大きくなると考えら れます． なお，NTT東日本のデータセンタ では，評価後も本空調機の運用を継続 しています．また，空調機増設時にも， 本空調機を積極的に導入することで， 消費電力量の低減を図っています． ■導入効果 FMACS-Ⅴ hybridの外気温度に対 する空調機効率の関係を図 5 に示し ます．図 5 より，ポンプサイクルで運 転することにより，圧縮サイクルに比 べ，飛躍的に効率が向上していること が分かります．つまり，ポンプサイク ルの運転時間が長いほど年間での消費 電力は低減し，外気温度が年間を通じ て低い地域ほど省エネルギー効果が高 くなります．一般電算機用空調機と FMACS-Ⅴ hybridの年間消費電力量 の比較を図 6 に示します．図 6 から も分かるとおり，札幌では最大54％の 消費電力低減，東京では，約42％の低 減になり，空調設備の消費電力低減に 大きく貢献できると考えています． バルコニー 図 3 空調機の設置状況 ガス 室外ユニット ポンプユニット データセンタ 設備機械室 設備機械室 制御盤 室内ユニット 室内ユニット 制御盤 二重床 屋上 機器設置用架台 液 ラック （サーバ等）
■ラインアップ拡充 現在，間接外気冷房を併用する FMACS-Ⅴ hybridは，中〜大規模局 舎およびデータセンタを対象としたL 型（定格冷房能力45 kW相当）を展開 しています．今後，さらに導入対象の 拡大を図るため，私たちは小規模局舎 およびサーバルームへの導入を目的と したL型よりも冷房能力が小さいM型 （冷房能力20 kW相当）の開発を進め ています．FMACS-Ⅴ hybrid（M） をラインアップに加えることで，幅広 いお客さまのニーズにこたえられ，さ らなる消費電力量の低減に貢献できる と考えています． FTASCL-RS/C ラック型空調機FTASCL-RS/Cは， ICT装置搭載ラックと同様な室内ユ ニット形状の空調装置であり，ICT装 置架列内への設置が可能です．従来の 気流方式では，壁側に設置された空調 機（アンビエント空調機）から，二重 床を介して大風量を遠方のICT装置ま で送る必要がありました（図 7（a））． しかし，ラック型空調機は，高発熱の ICT装置近傍に設置することができ， 背面から吸って前面に吹き出す気流方 式（図 7（b））になります．そのため， 送風距離を短くすることができ，送風 動力を削減することができます．さら に，ラック型空調機では，直接ホット アイル（ICT装置から高温排気が排出 される通路）からICT装置の高温排熱 （30〜40 ℃）を集熱できる空調機のた め，高い冷却効率で運転できます． 従来のアンビエント空調機のみを利 用した空調方式は，特に高い発熱密度 の領域では，コールドアイルにおいて 開口パネルからの冷気供給風量が不足 し，高温排気がホットアイルからコー 図 4 室内温度と外気温度 1 月 4 月 8 月 12月 40 30 20 10 0 −10 −20 室内温度 間接外気冷房期間 従来方式の冷房期間 間接外気冷房期間 外気温度 温 度 （℃） 図 5 室内温度と外気温度 12 10 8 6 4 2 0 − 5 0 5 10 15 20 25 30 35 総合COP ※ 外気温度 （℃） FMACS-Ⅴ hybrid （ポンプサイクル） FMACS-Ⅴ hybrid （圧縮サイクル） 一般電算機用空調機 ※冷房能力を空調機全体の消費電力（圧縮機， 室内送風機，室外送風機等）で除した値 外気冷房 図 6 地域別年間消費電力量比較 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 札幌 仙台 東京 大阪 福岡 年間消費電力量 1.00 1.01 1.04 1.04 1.04 0.46 0.53 0.60 0.60 0.61 ※札幌の一般電算機用空調機の消費電力量を1.00とする 一般電算機用 空調機 FMACS-Ⅴ hybrid
ルドアイルに回り込む「熱溜まり」が 発生し，ICT装置の吸込み温度を所定 の温度に維持できなくなるという問題 がありました．そのような状況下で， アンビエント空調機は，ICT装置の吸 込み温度を維持するために，室内全体 の空調設定温度を下げる，風量を過剰 にする，といった対応をとらざるを得 ない場合が多く，非効率な運用となっ ていました．こうした問題に対して， ラック型空調機を高発熱ICT機器近傍 に設置することで解決できます．冷気 供給をラック型空調機が補助すること で，アンビエント空調機の設定温度， 供給風量を適正化することができ，効 率的な運用が可能となります． また，ラック型空調機は冷気をコー ルドアイルに直接吹き出すため，コー ルドアイルを区画するアイルキャッピ ングとの親和性が非常に高いという特 徴があります．ラック型空調機とアイ ルキャッピングにより構成されたラッ ク型空調システムは，一般電算機用空 調機と二重床を併用した従来空調方式 に比べ，年間消費電力を58％削減でき ます． 今後の展開 本稿では，情報通信用空調ソリュー ションとして高い信頼性と高い省エネ ルギー性能が評価され，学会賞を受賞 し たFMACS-Ⅴ hybridとFTASCL-RS/Cを紹介しました．今後もさらに ラインアップを拡充し，情報通信分野 の消費電力量の低減に貢献していきた いと考えています． ※ FMACS-Ⅴ hybridおよびFTASCL-RS/Cは，日立アプライアンス株式 会社の協力により開発しています． （後列左から） 関口 圭輔/ 吉井 存/ 月元 秀樹 （前列左から） 中田 達也/ 宇田川 陽介/ 木幡 悠士 今後も情報通信分野の消費電力量を低減 するため，今まで培った空調技術を活かし て，市場動向 ･ ニーズに合致した高信頼で 高効率な空調ソリューションの開発を行っ ていきたいと考えています． ◆問い合わせ先 NTTファシリティーズ 研究開発本部 環境 ・ エネルギー部門 TEL ₀₃-₅₉₀₇-₆₅₂₆ FAX ₀₃-₅₉₆₁-₆₆₄₀ E-mail udagaw₂₅ ntt-f.co.jp 図 7 各空調機の気流方式 ラック型空調機 アンビエント 空調機 ラック（ ICT装置） ラック（ ICT装置） （b） ラック型空調機の気流方式 （a） アンビエント空調機の気流方式
