冷却塔の温度制御で効率よく運転する方法を解説

空調システムを効率よく動かすためには、冷却塔(クーリングタワー)での冷却水温度を制御することが大変重要になります。

冷却水の温度が適温になっていないと、スムーズに冷却ができず異常が発生してしまうケースもあります。
低すぎれば冷凍機の故障の原因になったり、高すぎれば冷凍機の消費電力が増大したり、冷房が効かない等困った状況になります。

本記事では省エネの観点から、冷却塔の下限温度の制御について紹介していきますので、ぜひ参考にしてみてください。

冷却塔(クーリングタワー)と冷却水の温度制御とは

冷却塔(クーリングタワー)はどんなものなのか、また冷却水の温度制御ついて説明してきます。
まずはどういったものなのか知識を身につけておきましょう。

冷却塔とは何か

冬は暖かく夏は涼しく過ごすため、今はどの家庭にもエアコンがあり、大きいビルなどの建物には空調設備があります。

空調設備の中で使用される冷却塔の役割は、冷却塔の主機である冷凍機で温められた冷却水を繰り返し冷やすことです。
水冷式の冷却塔には開放式と密閉式の2つの種類があります。
冷却塔には水冷式とは別に「空冷式」というものがありますが、ここでは水冷式について記述しています。

開放式冷却塔は、冷却水と外気を効率よく直接接触させ、冷却水の一部を蒸発させることで残りの冷却水の温度を下げています。

密閉式冷却塔は、塔内に銅管が通っており、その管の中に冷却水が流れています。
これとは別に散布水が塔内を循環しており、開放式の冷却水と同じように散布水の一部が蒸発し、散布水の温度を下げています。
銅管の中の冷却水の熱が銅管を通して、この散布水に移動することで冷却水が冷やされます。

冷却水の温度制御とは

冷却塔では、外気温度の低い季節には冷却水の出口温度が設定温度以上に下がってしまうため、温度制御する必要があります。

冷却水の温度をコントロールすることで、無駄なエネルギーを使うことがないため、省エネにもなり地球環境にも優しく使えるのです。
温度制御する際には冷却水の出口温度を計測しながら、インバーターでファンの回転数を制御したり、ファンの運転台数を制御させています。

また、バイパス管を設けて制御することも可能です。

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冷却塔(クーリングタワー)温度制御の役割

夏以外の季節では外気温(湿球温度)も低いため、夏と同じような運転をさせてしまうと、必要以上に出口水温が下がってしまいます。
極端に外の気温が下がる冬期に同じ状態で運転を続けると、冷凍機など熱源機器の故障の原因となってしまうのです。

この対策の役割を担ってくれるのが、冷却塔(クーリングタワー)の温度制御自動システムです。

地球環境にも優しい役割を果たす

冷却塔で温度抑制をすると、エネルギーを適度に使うことが可能となるため、空調システム全体の二酸化炭素の排出量を削減することに貢献できます。
面倒に感じてしまい年中同じ設定にしてしまうと、効率が悪くなるだけでなく地球の環境にも負担を与えてしまいます。

自分たちで温度を調節する際には下限値より低くしないように、気を付けて設定してみましょう。
下限値については冷凍機メーカーにご確認ください。

冷却塔(クーリングタワー)での温度制御の仕組み

冷却塔(クーリングタワー)は外気を取り込み、一部の冷却水を蒸発させることで残りの冷却水を冷やしています。
外気を効率よく取り込むために、送風機を利用しています。

温度制御するにはこの送風機の制御をすることが必要になります。
また、バイパス管を設けて冷却塔で冷やした冷却水と冷やさない冷却水をミキシングする制御をすることが必要になります。

冷却塔(クーリングタワー)温度制御の方式

本項では、冷却塔(クーリングタワー)でどのように温度制御していくのかを見ていきます。
方式によって、それぞれやり方が変わってきます。

バイパスを利用して制御する方式

前の項で「冷やさない冷却水」という表現をしましたが、これは「冷却塔を通さない冷却水」のことです。
冷凍機から戻ってくる冷却水の一部が冷却塔内を通過しない配管=バイパス管を設けます。

この冷却塔を通過しない冷却水の量をコントロールすることで、温度制御が可能となります。

つまり、冷却塔で冷やされた水にバイパス管を通過することにより、冷やされない水が混じることで温度をコントロールすることが可能となります。

バイパス管にはバイパス弁を付けて、冷却塔を通過しない冷却水の量を変化させ、入口温度を適温になるようにします。

ファンの運転を制御する方式

ファンの運転でも、冷却水の出口温度を適温に調節することが可能です。
循環水(冷却水)が出てくる先の温度を感知しながら、ファンを止めたり動かしたりします。

温度に応じて適宜調節したいところですが、度重なるファンの発停(止めたり動かしたり)はモータや軸受の損傷につながります。
頻繁には制御できないため、気を付けましょう。
最近ではファンの動きを止めたり動かしたりして稼働台数を増減させるだけでなく、インバーターでファンの回転数を制御する方法が多く用いられています。

まとめ

冷却塔(クーリングタワー)で冷却水を冷やす際に、温度制御をしないと無駄なエネルギーを消費します。

冷却水が必要以上に冷えすぎるとエネルギーの無駄ばかりか熱源機器の故障にもつながります。
冷却水の温度制御を行うと空調システムを効率良く運転できるだけでなく、同時に二酸化炭素を減らす効果もあります。

冷却塔の使用条件や設置環境の違いや地域差によりその効果は違ってくるでしょうが、検討されてみてはいかがでしょうか。

冷却塔の温度制御なら空研工業

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