冷却塔とは？開放式・密閉式の違いと能力計算・水質管理

冷却塔（クーリングタワー）は、冷凍機等から受け取った熱を水から大気へ放出する装置です。開放式は冷却水が外気と直接接触し、密閉式は熱交換器の管内の水と外側の散布水を分けます。選定では必要な放熱量だけでなく、水温・流量・外気湿球温度、設置条件、水質管理まで一緒に確認します。

冷却塔の仕組みと空調システムでの役割

水冷式の熱源システムでは、室内から取り除いた熱等を冷却水に渡し、冷却塔で大気へ放出します。一般的な湿式冷却塔は、水の一部が蒸発するときに熱を奪う作用を利用します。冷却塔本体のほか、冷却水ポンプ、配管、補給水、排水、水処理が必要になります。

水と空気の流れ方にも種類があります。向流型は落下する水に対して空気が逆方向に流れ、直交流型は水と空気が直角方向に接触します。形状だけで能力を判断せず、メーカーの選定条件と据付条件を確認します。構造の基本は日本冷却塔工業会の解説で確認できます。

開放式・密閉式の違い｜水回路を分けて理解する

上表は代表的な湿式冷却塔の概念図です。密閉式でも、外側の散布水まで密閉されているわけではありません。被冷却水と散布水の両方について、別々の管理条件を設定します。

「開放式は必ず安い」「密閉式なら凍結しない」といった判定はできません。熱源側で要求する水質、運転温度、停止期間、設置環境、更新方法を踏まえて方式を選びます。

レンジ・アプローチ・設計湿球温度

冷却塔の性能を読むときは、入口水温・出口水温・入口空気の湿球温度をセットで確認します。湿球温度は水が蒸発して冷える能力に関係し、一般的な乾球温度だけでは選定できません。

同じ流量でもレンジが変われば水側の放熱量は変わります。また、出口水温を湿球温度に近づけるほど、一般に必要な熱交換能力が大きくなります。「出口水温＝湿球温度＋アプローチ」は定義の関係であり、任意のアプローチを指定すれば既存の塔がその水温を実現するという意味ではありません。

能力と流量の計算｜冷房能力との違い

水側の放熱量は、流量と冷却前後の温度差から概算できます。水の密度を約1,000kg/m³、比熱を約4.186kJ/(kg・K)とすると、次の式になります。

水側放熱量 Q［kW］≒1.163×流量［m³/h］×温度差［K］

これは仮定値による水側の熱収支で、必要な冷却塔型番を決定する計算ではありません。実選定では、入口空気湿球温度、熱源メーカーの必要流量・水温条件、性能曲線、汚れ、部分負荷運転等を照合します。不凍液等を含む場合は、実際の密度と比熱を使います。

冷却塔の放熱量は、冷凍機の冷房能力そのものではありません。圧縮式冷凍機では室内等から取り除く熱に圧縮機の仕事等も加わります。吸収式では熱収支がさらに異なるため、冷房能力の数値だけを冷却塔の必要能力に置き換えず、熱源の仕様書から放熱条件を取得します。

冷却トンと冷凍トンを混同しない

冷却トンは冷却塔、冷凍トンは冷凍機の能力表記で用いられます。ターボ式冷凍機用冷却塔の標準条件の例では、13L/minの水を37℃から32℃へ冷却する熱量が1冷却トンで、約4.535kWです。吸収式冷凍機用では別の流量・温度条件が用いられます。「どの冷凍機も1冷凍トン当たり13L/min」とはしないでください。単位と定格条件の詳細は空研工業の冷却トン・冷凍トン解説を参照できます。

建物側の必要冷房能力を求める段階は熱負荷計算、循環水量が決まった後の圧力損失・ポンプ計画はポンプ揚程と選定で整理すると、計算の役割を分けられます。

補給水・ブロー量は水収支で考える

湿式冷却塔では、蒸発による損失、空気とともに運ばれる水滴の飛散損失、濃縮した水を排出するブローが生じます。定常状態の補給水量は、これらの合計として考えます。

補給水量＝蒸発損失＋飛散損失＋ブロー量

蒸発すると水に含まれる成分が濃縮されるため、スケールや腐食を抑える水質管理が必要です。ブロー量は補給水の水質、許容する濃縮倍率、水処理方法、機種等から設定します。循環流量の固定割合だけで全案件を決めないことが大切です。

荏原冷熱システムの補給水量資料では、温度差5.5K・濃縮倍率3の条件で、補給水量を循環水量の概略1.5％とする例が示されています。条件付きの目安であり、温度差や濃縮倍率が異なる計画へそのまま転用しません。密閉式でも、この検討は散布水側に必要です。

レジオネラ対策｜法令の措置と管理計画を分ける

冷却塔で発生する微細な水滴が周辺に届くと、レジオネラ属菌等による衛生リスクにつながります。被冷却水が密閉されていても、散布水が外気と接する方式では、散布水側の清掃・水処理・飛散対策を計画します。

上表の法定措置は建築物衛生法施行規則によるものです。すべての冷却塔へ同じ法的義務が一律にかかるという意味ではありません。特定建築物以外でも、施設用途や利用者、周囲への飛散を踏まえ、厚生労働省のレジオネラ予防指針等に沿って衛生管理を計画します。

レジオネラ属菌検査を「全冷却塔で年1回の法定検査」とする説明は適切ではありません。東京都の空調管理Q&Aでは、建築物衛生法に同検査の実施規定はない一方、清掃や薬注の効果を確認する検査が有効と説明されています。施設のリスクと採用する管理要領から実施計画を決めます。

設置・省エネ・維持管理を同時に確認する

• 外気取入口と周辺：風向き、窓、人が活動する場所との関係を確認し、飛散水と排気の再流入を抑える。
• 吸込み・吐出し：壁や隣接塔による吸込阻害、吐出空気の再吸込みを避け、メーカーの離隔条件を確保する。
• 騒音・振動・白煙：ファン音と落水音、近隣の用途、冬期の排気条件を整理し、必要な対策を選ぶ。
• 荷重・搬入・清掃：運転重量、架台、搬入更新経路、作業スペース、排水先を確認する。
• 凍結・停止期間：水槽・散布配管・コイル等について、排水、加熱、不凍液等の適用を機器仕様と照合する。

インバータファンやフリークーリングは、外気条件と熱源の運転条件が合う場合の省エネ候補です。ファン動力だけでなく冷凍機・ポンプを含む消費電力を比較し、許容水温、最低流量、凍結防止、切替条件を確認します。冷却塔の選定結果を、給排水・電気・構造・維持管理の各担当へ共有して計画をまとめましょう。

参考資料

法令・資料確認日：2026年10月9日。

• 日本冷却塔工業会：冷却塔の構造と原理
• 空研工業：冷却トンと冷凍トンの違い
• 荏原冷熱システム：補給水量
• 厚生労働省：建築物衛生法施行規則
• 厚生労働省：レジオネラ症を予防するための技術上の指針