冷却塔のファンとは?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冷やす機械です。
ビルなどの屋上に丸型や四角い機械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(クーリングタワー)の一番上の天井部分にはファンが設けられています。外の空気を下部や側面から取り込む方法として、冷却塔(クーリングタワー)の最上部にファンを取り付けて吸い上げています。

今回は、冷却塔(クーリングタワー)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)のファンとは

冷却塔(クーリングタワー)は、最上部のファン(送風機)で外の空気を下部や側面から取り入れて、上部の水槽から散水装置によってまかれる水と接触させることによって冷却水を冷やしています。
冷却塔(クーリングタワー)の最上部のファンは冷やすべき空気を取り込むために不可欠なものといえるでしょう。

冷却塔(クーリングタワー)のファンがフル稼働し続けることで経年劣化すると、外の空気を取り込む能力が低下したり、故障したりすることがあります。
そうなれば、冷却塔(クーリングタワー)は冷却能力が低下し、空調設備が働かずビル内のオフィスなどに涼しい風を送ることができなくなってしまいます。

冷却塔(クーリングタワー)のファンは、外の空気を下部や側面から取り入れて冷却するために、上部でモーターが回しています。

家庭用のエアコンでも室外機にはファンが取り付けられているのが見えるはずです。
それと同じ機能を持った装置が冷却塔(クーリングタワー)でも取り入れられています。

したがって、このファンがなければ外の空気を取り入れることができず、冷却塔(クーリングタワー)は空気を冷やすという機能を発揮することはできません。

しかも冷却塔(クーリングタワー)のファンは、冷却水の温度によって回転数を落として風量を調整し、取り込んだ空気で冷却水を一定の温度にコントロールすることができます。
冷却水の温度は、気温や天候などによって変化しますので、常にその温度を感知し、ファンの風量を自動で調整しているのです。
水の温度に応じて風量を変化させることを「ファンの制御」といいます。

冷却塔(クーリングタワー)のファンをうまく制御できれば、空調設備として大きな省エネも可能になります。
このファンの制御はどのように行い、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。

冷却塔のファン制御なら空研工業

冷却塔(クーリングタワー)のファンを制御が必要な3つの理由

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、外の大気中の空気をファンで取り込んで水と接触させて冷却水の熱を奪うことで、冷たい冷却水をビルや大型建物の空調設備部屋に送りこんでいるのです。

しかし、この扇風機のようなファンで取り込む空気の風量を水の温度に応じて適切に調整しなければ、フル稼働が不要な中間期にも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。

そこでまず、このファンの制御が必要になる理由をご紹介します。

理由1.冷却塔(クーリングタワー)のファンの風量は冷却能力を左右する

冷却塔(クーリングタワー)の基本的な機能は、冷却水を外気と接触させることにより、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、ファンで取り込む空気の風量を弱くしないと、冷却水は冷えすぎてしまいます。

逆に、夏の外気温度が高い場合には、ファンの回転を高めて風量を強くしなければ、冷却水が冷えないため、空調設備が働かずビル内のオフィスなどに涼しい風を送ることができなくなってしまいます。

理由2.水温は常に変化する

冷却塔(クーリングタワー)の冷却水は、基本的に上と下に水槽を置いて循環させています。
すなわち、上部水槽にある水を散水して、空気と接触させたあと、下部水槽に回収して再び上部水槽に送っているのです。

したがって、冷却水は空気と触れることでその熱エネルギーを奪われて温度が下がりますが、その温度は大きく変化する外気に触れて上下したりすることになります。

そのため、ファンは常に水温の変化に応じて風量をコントロールする必要があるのです。

理由3.冷却塔(クーリングタワー)のファンの経年劣化

この冷却塔(クーリングタワー)のファンが常にフル稼働していると、モーターが焼損したり、軸受の破損など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ファンのモーターの回転数を調整していかなければファンの経年劣化が早まり、冷房機能そのものが停止してしまうことにも繋がります。

したがって、ファンの回転数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。

発生しうる冷却塔(クーリングタワー)のファン不制御による3点の被害

空調設備の冷却塔(クーリングタワー)で、上部ファンが充分に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ことになります。

被害1.冷房コストの上昇

冷却塔(クーリングタワー)のファンが年中フル稼働で回転数が一定のままになっていた場合には、常にファンを回すモーターが一定レベル以上に稼働していることになり、モーターを回すための電気代は大きくならざるを得ません。

ビルや大型施設の場合、温度が1度違えば100万円単位でコストが上昇する場合もあるといわれており、会社の水道光熱費に大きな負担をかけることになります。

被害2.ファンの過熱による冷房能力の喪失

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回転数が変わらないと、ファンの経年劣化が早まり、モーターの焼損や、軸受の破損に繋がります。

その場合には、冷却塔(クーリングタワー)の冷房機能が停止することになり、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は高いでしょう。

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被害3.会社の業務効率の低下

ファンが経年劣化して止まったり、コントロールができないことによって冷却塔(クーリングタワー)の冷却機能が低下したりする場合には、ビル内や大型施設内の各部屋の冷房が効かなくなります。

そのため、その部屋で仕事をする方たちの仕事に対する意欲は低下し、会社の業務効率が低下してしまうことになりかねません。

会社の業務効率の低下による損失は、実際のコスト増加よりも大きくなる可能性が高く、多少コストがかかっても、冷却塔(クーリングタワー)のファンを制御する装置を設置して、冷房効率が低下する事態を回避したほうがよいでしょう。

冷却塔(クーリングタワー)のファンを制御するための2つの対策

冷却塔(クーリングタワー)のファンを制御するために、たいていは循環水の水温によって自動的にファンの動きをコントロールする機能が付けられています。
しかし、それだけで効率的な冷房機能を維持し、コストを抑えることは難しいといえます。

そこで、自動コントロール機能とともにファンの動きを制御するほかの方法についても簡単にご説明します。

対策1.自動制御機能

通常、冷却塔(クーリングタワー)にはファンの自動制御機能がついており、水温のセンサーによって回転数は変化するように設計されています。

さらに、冷却水の温度の下限温度を設定しておくと、一定以上水温が下降すれば、ファンを停止させる機能を持ったものもあるのです。
これにより、ファンが動き続けてオーバーヒートすることを防ぐこともできるでしょう。

ただし、通常の自動制御機能の場合には、センサーと連動した比較的きめ細かいコントロールは難しく、一定の温度間隔を持たせた上でONかOFFの制御になってしまいます。

対策2.インパーター機能の追加

インバータ機能というのは、簡単に言えば、モーターの回転速度を0から100%まで細かく変えることができる装置のことをいいます。

このインバータ装置によって冷却塔(クーリングタワー)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(クーリングタワー)の維持管理費は大きく削減することが可能になります。

まとめ

冷却塔(クーリングタワー)には冷却水を冷やす機能を維持するために、ファン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、中間期には冷却塔(クーリングタワー)のファンは水温に応じて風量、すなわちファンの送風量を調整しないと、冷えすぎて余計な無駄な電力を使うため、水温センサーに応じてファンを制御するようになっています。

しかし、自動的にファンを制御する仕組みは、ファンのONOFFだけできめ細かい温度設定ができません。

そのため、近年では冷却塔(クーリングタワー)のファンにインバータ機能を取り入れて、細かく温度変化に応じファンの回転数を変えられる装置もあります。
ファンの制御については、空研工業株式会社でさまざまな問題をうかがっておりますので、ぜひご相談ください。

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