冷却塔の送風機とは?ファンの制御が必要な理由を解説

空調設備における冷却塔(クーリングタワー)は、気化熱の原理を応用して、温められた冷却水を繰り返し冷やす機械です。
ビルなどの屋上に丸型や四角い装置があるのを見たことがある方も多いのではないでしょうか。

冷却塔の一番上の部分には送風機(ファン)が設けられています。
外の空気を冷却塔内に誘引し、冷却水と接触させるためです。

今回は、冷却塔のファンの制御方法についてご説明します。

冷却塔(クーリングタワー)の送風機とは

冷却塔(クーリングタワー)は、送風機(ファン)で外の空気を吸い込んで、冷却水と接触させその一部を蒸発させ熱を奪うことによって、冷却水を冷やしています。
送風機は冷却水を冷やすために必要な空気を取り込む大切なパーツです。

冷却塔の送風機は、基本的に最大負荷で設定されています。
つまり、外気湿球温度が一番高い状況でその性能は決定されており、何も制御をしないと外気条件に関わらず同じ回転数で回り続けることになります。
これでは省エネにもつながりませんし、送風機の経年劣化を防ぐことや冷却塔の機能を維持していくことにもつながりません。

しかし、逆に言えば送風機を制御し、冷却水を一定の温度にコントロールできれば空調設備として大きな省エネも可能になります。

それでは、この送風機の制御はどのように行って冷却機能を維持していくのかについて見ていきましょう。

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冷却塔(クーリングタワー)のファン制御が必要な理由

空調設備の冷却塔(クーリングタワー)では、気化熱の原理を用いて冷却水を冷やしています。
すなわち、外気を送風機で取り込んで水と接触させて蒸発させることにより熱を奪うことで、冷却水の温度を下げています。

しかし、送風機で取り込む空気の量を水の温度に応じて適切に調整しなければ、中間期に冷却水が冷えすぎてしまい無駄なコストが発生してしまいます。

ここでは送風機の制御が必要になる理由をご紹介します。

理由1.送風機が取り込む風量は(制御しなければ)一定である

冷却塔の基本的な機能は、冷却水を外気と接触させて冷却水の温度を下げることです。

しかし、春や秋などの中間期など外気温度が低い場合には、送風機で取り込む空気量を調節しなければ、冷却水は設定温度より冷えすぎてしまいます。

理由2.送風機の経年劣化

送風機が常にフル稼働していると、軸受の経年劣化が早くなります。また、無駄なエネルギーを使ってしまいます。

そのため、冷却水の温度に応じて送風機のON-OFF運転をしたり、モーターの回転数を調整していかなければ経年劣化が早まり、送風機の運転停止や冷房機能そのものが停止してしまうことにもつながります。

したがって、送風機の運転は冷却水の温度に応じてコントロール、すなわち制御させる必要があるのです。

発生しうる2点の被害

送風機が充分に制御(コントロール)されていない場合には次のような被害を受ける可能性があります。

被害1.電気代の上昇

送風機がON-OFF運転もせず、年中フル稼働で回転数が一定のままになっていた場合、モーターを回すための電気代はファンの制御をした時よりも高くなってしまいます。

被害2.ファンの経年劣化による運転停止や冷却能力の喪失

冷却塔(クーリングタワー)のファンが、冷却水の温度に応じてON-OFF運転や回転数を変えなければ、ファンの経年劣化が早まります。

ファンの経年劣化を放置し運転停止した場合、冷却塔の機能が失われてしまい、猛暑日の続くなかで冷房が効かないという状況が起こる可能性が高くなるでしょう。

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冷却塔(クーリングタワー)の送風機を制御する方法

送風機を制御する方法は、大きく二つの方法に分けられます。

方法1.ファンのON-OFF運転

冷却塔(クーリングタワー)の出口水温度の上限及び下限温度を設定しておくと、水温が下限温度に達すればファンを停止、上限に達すれば運転させることができます。
しかし、ファンのON-OFFとはモーターのON-OFFであり、それを無限に行うことはできませんので細かな制御には向いていません。

方法2.インパーターによる回転数制御

インバーター機能というのは、簡単に言えばモーターの回転速度を細かく変えることができる装置のことをいいます。
このため、インバーターを利用すればかなり精度の高い制御が可能となります。

このインバータ装置によって冷却塔のファンの回転速度を制御して、冷却水温をコントロールすることにより、冷却塔の維持管理費は大きく削減することが可能になります。
ただし、運転する周波数によっては「共振現象」が発生することがありますので、ご使用にあたっては専門メーカーや冷却塔メーカーへご相談されることをお勧めいたします。

まとめ

冷却塔(クーリングタワー)には冷却水を冷やすために、送風機が設置されています。

特に夏期の暑い時期に合わせて、フル稼働するように温度設定されています。
また、中間期に送風機は水温に応じて風量を調整しなければ、無駄な電力を使ってしまうため、水温センサーに応じてファンの制御をお勧めします。

しかし、送風機を制御する仕組みは、ファンのON-OFFだけではきめ細かい温度制御ができません。

近年では送風機を制御する仕組みとしてファンのON-OFFだけでなく、インバーター機能を取り入れて、細かく温度変化に応じファンの回転数を変える仕組みもあります。
送風機の制御については、空研工業にぜひご相談ください。

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