大学施設における環境負荷低減手法に関する研究

その 25 サーバ施設高効率化に向けた運用改善と学内調査

A Study of Environmental Load Reduction Technique for University Facilities

Part25 Operation Improvement and Internal Survey for the High Efficiency of Server Facilities

正 会 員 ○ 田 中 覚（東京大学） 正 会 員 吉牟田 圭一（日比谷総合設備）

正 会 員 吉川 景子（日比谷総合設備）

Satoru TANAKA*1 Keiichi YOSHIMUTA*2 Keiko YOSHIKAWA*2

*1 The University of Tokyo *2 Hibiya Engineering, Ltd.

To achieve a low-carbon emissions, energy-saving measures for heavy load facilities are important. This time, we focused

on the server room, which has a high energy density. This paper introduces examples of operational improvements of server

facilities. It also reports the results of survey of server rooms in the university and the possibility of improving the operation

of each room.

１．はじめに

東京大学（以下，本学と記載する）では，東京大学サス

テイナブルキャンパスプロジェクト（以下，TSCP と記載

する）の下で大学全体の CO2 排出量の削減について，機

器の高効率化，適正運用に関する様々な取組を進めてき

た。今後もさらなるCO2排出量削減を進めていくために，

エネルギー多消費設備のひとつとしてサーバ室に着目し

た。2016 年に大学でのサーバ施設の高効率化に向けた図

-1 に示すガイドライン 1)2)（http://www.tscp.u-tokyo.ac.jp に

掲載）を策定し，TSCP の参考資料として活用している。

また，学内のサーバ機器を管理する担当者向けに，今後の

サーバ室運営に役立てるようガイドラインを配布した。

本学には 100 を超えるサーバ室があり，各室は教員ま

た大学施設担当が個別に管理をしているが，TSCP として

全ての室を把握できていない。全ての室を把握し，既報3)4)にて実施したサーバ室改修等を実施することが有効と

考えるが，費用負担やサーバ室の運営方針にもよるため，

大掛かりな改修は限られてくる。

本報では，サーバ室に現状設置されている設備および

室内環境を把握し，設備の運用改善による CO2排出量の

削減を試みた。また，本学全体のサーバ施設高効率化に向

けた，学内の一部のサーバ室 18 箇所の実態調査を行い，

各室の運用改善の可能性について検討した。

図－１ サーバ室の高効率化に関するガイドライン

２．サーバ室の運用改善

図-2 にサーバ室の消費電力特性 1)を示す。サーバ室で

は ICT 機器が常時稼働するため，エネルギー密度が非常

に高い。ICT 機器，冷却用設備（※以下，空調機と記載す

る），電源設備から主に構成されるが，それぞれの構成要

素における省エネルギーが重要となる。今回の運用改善

は空調機の運用見直しに着目した。空調機は ICT 機器の

次に大きな割合を占めるため，適切にサーバ室内が冷却

されていることが重要となる。

図－２ サーバ室におけるエネルギー消費特性 1)（イメージ）

３．運用改善の効果確認

３.１ 実施箇所

今回 TSCP へ省エネルギーに関する相談があったサー

バ室に対し，計測調査を行い，運用改善を試みた。対象の

サーバ室の概要を図-3，表-1に示す。ICT 機器が搭載され

るサーバラック（以下，ラックと記載する）が 14 有り，

室内機は 3 台設置されている。本サーバ室は学内の研究

施設で保有するサーバ室で,学内研究に関して計算を行っ

ている。ラックは部屋内に一列に並び，コールドアイルと

ホットアイルで区分けされているが，物理的な仕切りは

無い状況にある。本サーバ室を冷却する空調機は，室外機

と室内機が 1 対 1 の冷房専用機となっており，室内機が

冷風を床下へ吹き出し，ラック前面の床下から吹き出す

空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集｛2019.9.18 〜 20（札幌）｝ -25-

第3巻

H-5

床吹出し方式を採用している。図-3 に示すように室内機

①の手前にラック①～④，室内機②の手前にラック⑤～

⑧，室内機③の手前にラック⑨～⑭がある。本サーバ室は

ICT 機器の増設もあるが，現状大幅な改修予定はない。

図－３ サーバ室概要図

表－１ サーバ室情報

３.２ 実施内容

(1)データ収集

サーバ室の運用改善に当たり，サーバ室内の環境を把

握するため，温度計測を実施した。図-4 に示すように，

計測箇所は室内機床下の吹出部分と室内機上部の吸込部

分，またラックの吸気側を計測した。運用改善の検証のた

め消費電力量の把握が必要だが，今回は ICT 機器，室内

機と室外機それぞれの消費電力量を建物内データとして

計量しているため，その数値を使用した。

(2)空調機の運用見直し

空調機の運用見直しの内容を表-2 に示す。今回の取り

組みは 2018 年 8月末から 9月初旬にかけて実施した。実

施内容として STEP-0 のサーバ室内の事前調査を踏まえ，

STEP-1では室内機の運転台数の変更，STEP-2,3 では室内

機の設定温度の変更を行った。

図－４ 計測器の設置

（上図：計測器の設置・概要図，左下図：ラック①～④の吸気

部分，右下図：室内機①上部の吸込部分）

表－２ 空調機の運用見直し内容

(3)サーバ室の環境整備

各 STEP の空調機の運用見直しと平行し，サーバ室の

環境を整備した。ラック⑨～⑭の区画に床下吹出口が少

なかったため，STEP-0 の期間に冷風を直接供給出来るよ

う床下吹出口（図-3，4）を増設した。また，ラック⑩～

⑭はラックに隙間部分が多かったため，STEP-3の期間に

ブランクパネル（図-5）を設置した。これらの施策はサー

バ室の環境を整えることが出来るが省エネルギーには繋

がらない。空調機の運用を見直すことで，初めて省エネル

ギー効果を生み出し，CO2排出量を削減出来る。

図－５ ブランクパネルの設置（左図：設置前,右図：設置後）

３.３ 実施結果

(1)温度環境の把握と空調機の運用見直し

a.事前調査（STEP-0）

図-6 に室内機の吹出温度，吸込温度について整理した。

STEP-0では，室内機①と③の吹出温度が設定温度付近で

あるのに対し，室内機②の吹出温度が設定温度よりも大

幅に上回っている。これは後日実施されたメーカメンテ

ナンスにて空調機の不具合によるものと判明した。室内

機②ではラックからの排熱を冷却しきれず床下へ吹き出

していたため，図-7 に示すように室内機②付近に位置す

るラック⑤～⑩の吸気温度が他のラックに比べ高くなっ

ていた。また，空調機の不具合に加え，ラック④～⑨では

ラック間に隙間があることから，ラックからの排熱の廻

り込みも環境悪化の原因であると考えられる。

b.室内機の運転台数の変更（STEP-1）

STEP-0の結果より，ICT 機器消費電力と空調能力を勘

案し，STEP-1 では室内機②を停止した。図-6より室内機

①と③の吹出部分温度は設定温度にさらに近づいた。他

方，室内機③の吸込温度が上昇しているが，これは室内機

②で吸い込んでいた排熱を吸い込むようになったためと

考える。

空調方式

56 kW

室内機 1台 5.5 kW

室外機 1台 13.54 kW

項目 内容

消費電力3系統

冷房能力空調機

81 m2

14 ラック

　床面積

　サーバラック数

床吹出し方式

STEP 実施期間 実施内容

※下記2018年 運転台数 設定温度

0 8/23 ～ 8/27 事前調査 3台 22℃

1 8/27 ～ 8/31室内機

運転台数変更2台 22℃

2 8/31 ～ 9/5室内機

設定温度変更2台 23℃

3 9/5 ～室内機

設定温度変更2台 24℃

室内機

空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集｛2019.9.18 〜 20（札幌）｝ -26-

図-8にSTEP-0からSTEP-1にかけてのラック吸気温度

の推移を示す。室内機②の停止により，ラック吸気側の温

度が設定温度に近くなり，室内環境が改善された。

サーバ室を冷却する空調機には，ICT 機器の発熱分に

よる内部負荷や日射・外気温度等による外部負荷を処理

するための冷房能力が求められる 2)。今回の ICT 機器の

消費電力量・原単位（表-3）は約 60～66kWh/時であるが，

サーバ室の熱負荷は ICT 機器による内部負荷が多くを占

めるため，本サーバ室の冷却では空調機 2 台でも十分対

応出来ると考える。なお，サーバ室の空調機の設置台数は

冗長構成(n+1)で設計されており，本サーバ室の空調機 3

台の設置台数については設計上問題ない点は補足したい。

c.室内機の設定温度の変更（STEP-2,3）

STEP-2 と STEP-3 では室内機の設定温度を変更した。

図-9にSTEP-1からSTEP-3にかけてのラック吸気温度の

推移を示す。設定温度に合わせ，吸気側の温度が上昇した

が，STEP-0 のような温度上昇は無く，ASHRAE のデータ

センター温湿度条件推奨範囲（27℃以下）1)2)5)に収まった。

図－６ 計測期間中の室内機吹出温度と吸込温度

図－７ ラック吸気温度 STEP-0

図－８ ラック吸気温度の推移 STEP-0～1

図－９ ラック吸気温度の推移 STEP-1～3

(2)消費電力量・原単位と pPUEの推移

今回の運転見直しについて，消費電力量・原単位（以下，

原単位と記載する）と pPUE（※便宜上，(ICT 機器消費電

力量＋空調機消費電力量)／(ICT 機器消費電力量)にて算

出）の推移を図-10と表-3 に示す。表-3 には気象庁のウェ

ブサイトに掲載される外気温度を記載した。なお，ここで

示す数値は各 STEP の室内機の吹出温度と吸込温度が安

定している期間の平均値である。

図－１０ 消費電力量・原単位と pPUEの推移

表－３ 消費電力量・原単位とpPUEの推移

STEP-0 から STEP-1 にかけて室内機②を停止した。こ

の運転台数の変更により，ラック吸気温度の改善と併せ

て室内機の原単位を 5.7(kWh/時)削減した。

STEP-1から STEP-3にかけて設定温度を 2℃変更した。

表-3のSTEP-1とSTEP-3は ICT機器の原単位および平均

外気温度が同じ程度のため，これらの期間で原単位の削

減について確認する。この設定温度の変更により熱処理

STEPデータ期間

(*4)pPUE

平均

外気

温度(*5)

2018年

ICT機器 室内機 室外機室内機＋

室外機

ICT機器＋

室内機＋室外機(℃)

0 8/23 ～ 8/27 60.2 18.6 20.5 39.1 99.4 1.65 29.7

1 8/27 ～ 8/30 62.6 12.9 22.2 35.1 97.7 1.56 27.1

2 9/3 ～ 9/5 66.4 12.9 21.9 34.7 101.1 1.52 25.8

3 9/5 ～ 9/10 62.1 12.9 19.2 32.1 94.2 1.52 27.8

(*4)各STEPで室内機の吹出温度と吸込温度が安定している期間・図-6内(*3)に相当

(*5)気象庁のウェブサイト参照

消費電力量・原単位（kWh/時）

空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集｛2019.9.18 〜 20（札幌）｝ -27-

をする室外機の消費電力が変化するが，室外機は圧縮機

の消費電力が多くを占めるため，ここでは圧縮機の消費

電力で評価する。今回の室外機の圧縮機の消費電力は

12kW のため 2台分で 24kW になり，表-3の室外機・原単

位から「（22.2(kWh/時)－19.2(kWh/時)）÷24(kW)≒

12(%/2℃)」になる。結果，設定温度 1℃の変更で，今回は

圧縮機の消費電力 6%相当の原単位の削減を確認した。

pPUE については，STEP-0 から STEP-1 にかけて 0.09，

STEP-1から STEP-3 にかけて 0.04の改善を確認した。

４．学内のサーバ室実態調査

４.１ 調査内容

先述したように本学には 100 を超えるサーバ室が存在

し，これらを最適な運用にすることで CO2排出量削減に

貢献する。そこで，本学のサーバ室を把握するために，全

サーバ室のうち床面積の大きい室を中心に，18 箇所のサ

ーバ室実態調査を行った。これは２で紹介した詳細な環

境計測，消費電力量把握などは実施せず，室内の設備の確

認と簡易的に室内機の吹出温度と吸込温度を計測した。

表－４ サーバ室の実態調査結果

４.２ 調査結果

a.サーバ室の使用実態について

調査結果を表-4 に示す。全体レイアウト，床面積，ラ

ック数，空調方式，室内機設置台数，運転台数，設定温度

を整理した。現地を直接確認したが，学内のサーバ室は一

様ではなく，新旧ラックの混在する室，改修時期に室を一

新しラック配置が整っている室，また１部屋に１ラック

の室を確認した。室内機は，サーバ室の冷却専用に使用さ

れる床吹出し方式や，一般の執務空間でも使用される床

置床吹方式，天吊方式，天井埋込方式を確認した。設定温

度は一定ではなく，各室によって様々であった。

b.運用改善の可能性について

運用改善の案を表-4 に示す通り，施策１として，現場

調査時に運転していた室内機の停止可能台数を検討した。

本調査では室内機の吹出温度と吸込温度を簡易的に計測

し，これらの温度差が少ない箇所や吹出温度が設定温度

よりも高い箇所については室内機を停止出来る可能性が

あるとしている。また施策２として，施策１の室内機の停

止後も稼働する，残りの室内機の設定温度の変更を検討

した。各サーバ室の設定温度は,設計上または管理箇所の

経験等により個別に設定されている。今回，室の使用状況

や現地でのヒアリングも踏まえ，設定温度を検討した。

室によって，コールドアイルまたホットアイルが混在

し，運用改善が難しい室もあった。これは空調機の改修時

期等に併せた，既報 3)4)のような改修検討が有効と考える。

５．まとめ

本報では学内のあるサーバ室に対し，室内の温度環境

を把握し，室内機の停止と設定温度の変更を行った。結

果，これらの運用見直しによりサーバ室の環境改善，消費

電力量・原単位の削減，pPUE の改善を確認した。また，

学内のサーバ室 18箇所を調査し，空調機の運用見直しの

可能性について検討した。

本学のサーバ室の CO2排出量削減にあたっては，サー

バ室の大掛かりな改修，他には複数のサーバ室の集約化

や学外へのサーバ室の移転等が考えられる。これらと併

せて,今回報告した省CO2効果が早急に得ることも考えら

れる運用改善の取組も検討していきたい。

謝 辞

本報記載の計測，調査およびデータ取得において，本学の

各サーバ室管理箇所から多大なご協力いただいた。ここ

に記して感謝の意を表したい。

参 考 文 献

1) TSCP 産学連携研究会他：サーバ施設高効率化に向けたガ

イドライン，2016年 12月，p.10, pp.12-13, pp.121-124．

2) TSCP 産学連携研究会他：コンピュータサーバ室設備設置

及び運用のガイドライン，2016年 4月，p7, p9．

3） 迫田他：大学のサステイナブル化に関する研究，その 12

実験施設に関するガイドラインの策定，日本建築学会大

会学術講演梗概集，2017年 8月，pp.1143-1144．

4） 迫田他：大学施設における環境負荷低減手法に関する研

究，その 23サーバ施設高効率化に向けたガイドラインの

策定とサーバ室改修事例，空気調和・衛生工学会大会学

術講演論文集，2017年 9月，pp.129-132．

5） ASHRAE TC9.9：2011 Thermal Guidelines for Data Processing

Environments Expanded Data Center Classes and Usage

Guidance，2015.1，pp.8-9．

(施策1)

空冷台数

水冷台数

空調方式

設置台数

設定温度

運転台数

室内機停止

(*6) 台数 台数設定温度

変更

(m2) (台) (台) (台） (℃) (台) (台） (台) (℃)

1 170 24 4 天吊 6 22 5 2 0 －

2 170 26 0 天吊 6 24 5 1 0 －

3 40 2 0 天井埋込 2 23 2 1 1 23→25

4 160 17 0 床置下吹 3 20 2 1 1 20→25

5 960 69 33 床置下吹 7 15 6 2 4 15→20

6 120 23 0 床置下吹 3 18 3 0 0 －

7 120 16 0 床置下吹 4 22 3 1 2 22→25

床置下吹 2 － 0 0 0 －

天吊 4 20 1 1 0 －

床置上吹 1 － 0 0 0 －

天井埋込 4 22 4 1 3 22→25

床置上吹 2 － 0 0 0 －

天井埋込 2 23 2 0 2 23→25

11 310 36 0 床置下吹 10 22 10 3 7 22→23

12 310 18 15 床置下吹 6 20 5 3 2 20→22

13 60 5 0 床置下吹 2 24 1 0 0 －

天吊 1 20 1 0 0 －

天井埋込 2 20 2 2 0 －

床置下吹 5 22 5 0 2 22→25

床置上吹 2 22 2 2 0 －

床置上吹 2 27 2 0 0 －

天井埋込 1 － 0 0 0 －

床置上吹 1 23 0 0 0 －

天吊 1 22 1 0 0 －

天井埋込 1 21 0 0 0 －

18 140 31 0 床置下吹 4 20 3 1 2 20→25

(*6)「床置下吹」は表-2の「床吹出し方式」に相当する

17 20 1 0

15 270 22 0

16 40 4 0

10 30 8 0

14 100 7 0

8 170 26 0

9 110 20 0

(施策2)

室内機設定温度変更No.

床面積

ラック 室内機

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