冷却塔における冷却水温度の適切な温度設定について

皆さんは冷却塔(クーリングタワー)というものをご存じでしょうか?
冷却塔(クーリングタワー)とは、ビルや大型ショッピングモールなどの大きな建物の空調設備として非常に重要な設備です。
冷却塔(クーリングタワー)が正しく稼働することによって、室内を快適な温度に保つことができているのです。

また、空調だけでなく工場の冷却装置などの幅広い現場で用いられています。
人々の生活になくてはならない冷却塔(クーリングタワー)ですが、温度設定について考えたことはありますか?

実は、冷却塔(クーリングタワー)を効率よく使用するためには、ある程度シーズンに合わせた温度コントロールが効果的です。
ここでは冷却塔(クーリングタワー)の基本的な役割や仕組みと、どのように温度コントロールすればよいかを説明していきます。

冷却塔(クーリングタワー)とは

そもそも冷却塔(クーリングタワー)とはどういったもので、どこに何のために設置されているのでしょうか?
ふつうはビルなどの屋上に設置されていることが多いので、
メンテナンスの業者さんなどでない限り、皆さんが目にする機会はほぼないかもしれません。

エアコンなどの空調を使用する際には、空調内部で冷たい水を利用しながら稼働しています。
この冷たい水のことを「冷水」と呼んでいます。
冷水は、エアコンなどの使用に伴い室内の温度を下げる働きによって一度熱を帯びます。
冷水を元の冷たい温度に戻すために「冷却水」が利用され、冷やされることで冷水を再利用することができるようになります。
このとき、熱を室外に放出する働きをする装置が冷却塔(クーリングタワー)です。

多くのお宅にも、冷却塔(クーリングタワー)と同じ働きを持つ設備があります。それは、エアコンなどとつながっている室外機です。
エアコンなどとつながっており、屋外に設置されている「室外機」はご存じですよね?
だいたいは白く四角い形をしており、扇風機のようなファンが回っているものです。

実はあの室外機も、部屋の室温を調整するため同じ役割を果たしているのです。
ふ冷却塔(クーリングタワー)との違いとしては、一般家庭などより大きい建物、例えば高層ビルや大型ショッピングモールなど、多くの部屋で空調などが利用されている建物で使用されることが多いです。

もちろん室外機よりも大きなエネルギーを必要とし、また非常に大きな冷却効果を持っています。

冷却塔の適切な温度設定なら空研工業

冷却塔(クーリングタワー)の役割

冷却塔(クーリングタワー)は、主に冷凍機と組み合わせて利用されます。役割としては、一度熱を帯びた冷却水を再び冷やし冷凍機で必要とされる一定の温度を維持することです。

冷却塔(クーリングタワー)が設置されている建物は、空調以外にもたくさんのエネルギーを費やして運営されています。

一度使用して熱を帯びた水をその都度捨て、また新しい水を使用する…ということをしてしまったら、莫大な量の水が必要になってしまいますよね。
そこに費用や労力をかけてしまっては非常にもったいないです。

水を無駄にしないためにも、何度も再利用できるようにこの冷却塔(クーリングタワー)が用いられています。
後述しますが、何度も冷却水を使いまわしているとさすがに汚れてきてしまいますので、水質の管理が必要になってきます。

冷却塔(クーリングタワー)の仕組み

水を冷やす仕組みとしては、気化熱(蒸発熱)というものを利用しています。

例として、手のひらをアルコール消毒した際に、少し時間が経つと蒸発し冷たくなっていますよね。
これはアルコールが周囲の空気や風の影響を受けて蒸発する時、気化熱(蒸発熱)によって、周囲の熱を奪いながら蒸発するという働きがあるためです。

冷却塔(クーリングタワー)の内部では、水と空気との接地面を大きくし、ファンを利用して風を水に当てています。
こうすることで、効率よく水を冷やすことができるという仕組みになっています。

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冷却塔(クーリングタワー)の方式

方式には「開放式」と「密閉式」の2種類があります。

開放式冷却塔(クーリングタワー)

まずは開放式について詳しく説明していきます。
こちらは冷却水と、それを冷やすため外気を直接接触させて冷やすという方式になっています。
温まった水は冷却塔(クーリングタワー)の中に入ってから、送風機によって直接風を当てられ冷やされます。

この方式は空気中の物質などが混じって水が汚れやすいというデメリットがあります。
水が汚れると冷却塔(クーリングタワー)内部で腐食障害が起きてしまう可能性があるので、こまめな水質の管理が必要です。

密閉式冷却塔(クーリングタワー)

次に密閉式について詳しく説明していきます。
こちらは使用済みの水を「熱交換器」という管の中に通してから、
管の外側から散布水を散水したりすることによって間接的に冷やしていくという方式です。

密閉式の場合は開放式と違い、空気に直接触れるということがないため、水をある程度清潔に保ち続けることができます。

しかし、密閉式のほうが内部の構造が複雑なので、価格が高額になってしまうというデメリットがあります。
また、散布水は直接外の空気などと接触するため、水質管理を怠ってしまうと冷却能力が低下してしまう可能性があります。

どちらの方式にしても、定期的な点検や管理は怠らないように心がけましょう。

開放式と密閉式の違い

このように開放式は直接水を冷やすといった方法であるのに対し、密閉式は間接的に水を冷やす方法といった違いがあります。

開放式は大量の水を効率よく冷やすことが可能なので、主に大きな建物の空調用に利用されています。
密閉式は水が管の中に通されているため汚れにくいというメリットがあるので、冷却水を清潔に保つ必要がある工場内などの設備で主に利用されています。

ただ、どちらにせよ何度も水を使用していると少しずつ汚れてきてしまうため、定期的な水質管理や排水は必要となってきます。

冷却塔(クーリングタワー)の構造

冷却塔(クーリングタワー)には「角形」と「丸形」の2種類の形状があります。

角形は上から落ちてくる水に対し横から風を当てることで冷やすというものであり、丸形は上から落ちてくる水に下から風を当てることで冷やすという違いがあります。

角形は主に大型の設備、丸形は比較的小型の設備で用いられることが多くなっています。

方式の違いによって使用されるパーツも変わりますが、代表的なものを挙げて説明していきます。

  1. 送風機(ファン)・・・外気を取り込んで、冷却水に風を当てる装置です。
  2. 散水装置…温まった水が出てくる装置です。
  3. ルーバ・・・冷却塔(クーリングタワー)の空気入り口にあるパーツです。空気が冷却塔(クーリングタワー)内に入るのを促したり、
    外部からの異物の混入を阻止したりする役割があります。

他にも多数部品がありますが、方式の違いやメーカーによっても異なることが多いです。

冷却塔(クーリングタワー)の温度設定

それでは本題の冷却塔(クーリングタワー)における温度設定についてです。

適切な温度設定を行うことは、少ないエネルギーで効率よく冷却でき、またコスト削減に繋がります。
ただ、冷却塔(クーリングタワー)そのもので冷却水の温度をコントロールすることはできません。
送風機(ファン)の回転数を制御、またはONOFFにより、冷やすパワーを調整することは可能です。
外気温度が設計温度より低くなる場合には、この方法が有効です。

どの機器であっても共通して言えることは、冷房シーズンとそれ以外で分けて運転の仕方を変更するとより効率よく稼働することができます。

夏以外(比較的気温が低めの時期)は、基準値から2~3℃ほど緩和するとエネルギーを無駄に消費することが少なくなるため、熱源設備の効率の向上を図ることができますし、省エネルギーにもつながります。

なお、温度コントロールにより運転方法を変更した場合には、安定して稼働しているかの確認を必ず行ってください。

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まとめ

冷却塔(クーリングタワー)の役割、仕組みや温度設定について説明しました。
冷却塔(クーリングタワー)を利用することによって何度も新しい水を利用する必要がなく、非常に環境に優しいです。

しかし、冷却塔(クーリングタワー)は放ったらかしにしてしまうと腐食や効率の低下などの可能性があるため、
適切な時期に点検を行い、水質管理や排水を行うことが大切です。

また、シーズンに合わせて運転方法の変更を行うことで同じ機器でも効率がかなり変わってきます。
安全に運転していることを必ず確かめながら、管理を正しく行っていきましょう。

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