23 冷凍設備の設備構成

前回で必要な冷凍能力を決めて、冷凍機を水冷式にすることこまで決めました。水冷式にした場合の設備構成は図のようになります。

仮に空冷式にした場合だと次のような感じになります。冷却塔が必要かどうかの違いだけですが、冷却水の循環系統がなくなってしまうというのは大きなメリットです。

また、設備構成要素が増えれば増えるほど、故障の機会が増えることになるので、リスクも増えることになります。冷却塔、冷却水循環ポンプを温度制御して省エネに努めれば、水冷式冷凍機のＣＯＰは空冷式冷凍機と比較して良好ですが、何も考えずに定速で動かすのであれば、むしろＣＯＰは空冷式と比較して悪くなりかねません。実際に導入を検討することがあれば、年間の負荷を考慮して、じっくりと検証してみましょう。

本題の冷凍機の仕様を決めます。必要な冷凍能力は612,839[kcal/hr]です。冷凍機は複数台に分割して、もしもの場合に備えたいので、300,000[kcal/hr]程度の水冷式冷凍機を２基ということになります。単位を変えると、100[USRt]程度×２基もしくは、350[kW]程度×２基ということになります。

次に冷却塔の仕様を決めます。冷却塔に求められる冷却能力は冷凍機の冷凍能力の１．４倍です。でも、冷却塔の場合は冷却能力というより循環水量で決まるので、冷水の循環流量の１．４倍程度と考えた方が考え易くなります。

必要な冷凍能力が612,839[kcal/hr]なので、温度差を５℃とすると冷水の循環流量は約1,000[L/min]×２系統となります。ということは冷却塔で必要な循環水量は1,400[L/min]となります。こんな中途半端な能力の冷却塔は探すのが難しいので、実際に選定するなら、1,500[L/min]のものとなります。

冷凍機と冷却塔の仕様を決めると、勝手に冷水と冷却水の循環ポンプの流量まで決まってしまいました。後は揚程さえ決まればポンプの仕様も決まります。そんなわけで、決めてしまいます。冷凍機、冷却塔、ポンプが同じ地面や床に設置する場合は、揚程を20mとしておきます。実際には15m程度あれば十分ですが、ポンプや冷凍機保護のためにストレーナーを取付けてしまうと、目詰まりで圧力損失が上昇してしまうため、若干の余裕を持たす必要があるためです。また、厳密な意味で、配管レイアウトや各機器の型式等が決まらなければ、圧力損失が計算できないので、余裕を持たします。冷却塔が屋上にあって、ポンプが地下にあるような場合は、高さ分の揚程に加えて、配管が長くなる分の圧力損失も加味しておく必要があります。

一気に、冷凍機、冷却塔、循環ポンプの仕様が決まりました。

ポンプの仕様を決めるのが難しいのではなく、必要な流量を求めるだけで条件を作るのが難しいだけです。

次回は、冷水送りポンプの仕様を決めていきます。

配管の圧力損失をざっくり決める方法を説明していきます。