冷却塔は、セントラル空調システムの中でも水を多く使う設備です。補給水量を少なく見積もると水槽の水位が下がりすぎてポンプが空気を吸い込みやすくなり、多く見積もると水道代や水処理薬剤のコストが無駄に増えます。設計者、運用担当者、オーナーのいずれにとっても、この計算は正しく押さえておく価値があります。補給水量は、蒸発損失、ブロー損失、飛散損失の3つで構成されます。
1. 蒸発損失：温度差と循環水量で決まる
冷却塔は主に水の蒸発によって熱を運び去ります。水1kgが蒸発すると約2430kJを吸収し、循環水1kgが1℃下がると4.187kJを放出することから、よく使われる概算式が得られます。
E = L × Δt × 4.187 ÷ 2430 ≈ 0.0017 × L × Δt
ここでEは蒸発量（m³/h）、Lは循環水量（m³/h）、Δtは冷却塔の入口・出口水温差（℃）です。この式によれば、温度差5℃のとき蒸発量は循環水量の約0.85%になります。
係数は季節に応じて調整します。夏季の全負荷時は0.0017、冬季は熱の一部が顕熱として放出されるため0.0010〜0.0014まで下がることがあります。Δtも実測値または設計条件の値を用いるべきです。部分負荷時は温度差が小さくなるため、銘板の5℃をそのまま当てはめてはいけません。
2. ブローと飛散：濃縮倍数とエリミネーターで決まる
水は蒸発し続けますが、塩分は系内に残るため、水質を管理するためにブローが必要です。濃縮倍数Nは、循環水と補給水の塩類濃度の比です。物質収支から次の式が得られます。
ブロー量 + 飛散量 = E ÷ (N − 1)
飛散損失Wは、気流によって塔外へ運ばれる水滴で、塔の形式やエリミネーターの品質に左右されます。エリミネーターが良好な状態なら循環水量の0.005%〜0.01%程度とされ、老朽化した塔では0.1%を超えることもあります。したがって：
ブロー量 B = E ÷ (N − 1) − W；総補給水量 M = E + B + W = E × N ÷ (N − 1)
Nが大きいほどブローも補給水も少なくて済みますが、スケールや腐食のリスクは高まります。実務では3〜5倍が多く、補給水の硬度、アルカリ度、水処理方式によって決まります。節水のためにやみくもに上げるべきではありません。
3. 計算例
循環水量 L=1000m³/h、温度差 Δt=5℃、濃縮倍数 N=4、飛散を循環水量の0.01%とすると：
- 蒸発量 E = 0.0017 × 1000 × 5 = 8.5 m³/h
- 飛散量 W = 1000 × 0.01% = 0.1 m³/h
- ブロー量 B = 8.5 ÷ 3 − 0.1 ≈ 2.73 m³/h
- 補給水量 M = 8.5 × 4 ÷ 3 ≈ 11.33 m³/h
全負荷で1日連続運転すると、補給水は約272m³必要です。
4. 実務上の提案
- 補給水配管径、補給水ポンプ、水槽容量はピーク条件で選定し、10%〜20%の余裕を持たせる。
- 補給水とブローにそれぞれ水量計を設け、電気伝導率の実測から濃縮倍数を確認し、経験だけで推定しない。
- ブローは定時の手動排水ではなく、電気伝導率による自動制御とする。
- 飛散量は小さくても、エリミネーターが破損すると何倍にも増えるため、日常点検の対象に含める。
水量計・電気伝導率・ブロー弁を一つの制御にまとめる
これらの提案は、現場では一つのことに集約されます。補給水量、ブロー量、電気伝導率について連続的で比較可能なデータを持ち、ブローは時間ではなく水質に