冷却塔補給水量

基本式・目安

蒸発量(E) = 循環水量 × ΔT × 0.0018 (m³/h)

飛散量(D) = 循環水量 × 0.0002 (m³/h) ※開放型代表値

ブロー量(B) = E / (N − 1) − D (m³/h)

補給水量(M) = E + D + B (m³/h)

係数0.0018は水の潜熱換算(1℃で0.18%程度が蒸発)からきています。100m³/h・ΔT5℃の一般的な冷却塔では蒸発量0.9m³/h、飛散0.02m³/h、濃縮倍率3倍運用でブロー0.43m³/h、補給水量約1.35m³/hが典型値です。

年間4000時間運転(平日8h×250日相当)なら、補給水量は5,400m³/年。水道単価350円/m³で年間189万円の水コストになります。工場・ビルの隠れた大コストとして知られる領域です。

濃縮倍率別のブロー・補給水量

※標準運用は3-5倍。濃縮上昇でブロー削減・水コスト減、ただしスケール・腐食・レジオネラリスクは上昇する。バランス点は水質・薬品管理で決まる。

循環水量別 年間補給水量目安（ΔT5℃・N=3・4000h運転）

冷却塔補給水量の詳しい解説

冷却塔(クーリングタワー)は工場・ビル・データセンターの冷凍機・プロセス冷却で発生する熱を、水の蒸発潜熱で大気に放出する装置です。水の蒸発により熱が奪われる原理を利用しており、循環水の一部が必然的に蒸発します。

蒸発した水は純水(蒸留水)なので、循環水に含まれていた塩類・不純物は残留し、循環し続けるうちに濃縮されていきます。この濃縮の程度を示す指標が「濃縮倍率N」で、補給水の塩分濃度に対する循環水の塩分濃度の比です。

濃縮倍率が高くなるとスケール(炭酸カルシウム等の析出)、腐食、スライム(細菌繁殖)のリスクが上がるため、一定濃度で強制的に排水(ブロー)して薄めます。ブロー量を減らすには濃縮倍率を上げる=水処理薬品でスケール・腐食を抑える必要があり、水コスト削減と薬品コスト増のトレードオフになります。

実務ではN=3-5倍が標準運用ゾーンです。N=3で水消費は蒸発量の1.5倍、N=5で1.25倍です。濃縮倍率を3から5に上げると水消費は約17%、2から5に上げると約38%減ります。ただしN=5以上は水質管理が厳しくなり、水処理薬品(スケール防止剤・腐食防止剤・殺菌剤)の使用量が増えるため、総コストで最適化する判断が必要です。

冷却塔運用で必ず考慮すべきなのがレジオネラ属菌対策です。冷却塔水は温度25-40℃で細菌繁殖の好条件、飛散水がエアロゾルになって周辺住民に感染するリスクがあります。

建築物衛生法の特定建築物では、施行規則により冷却塔・冷却水の汚れの状況の点検（使用開始時と使用期間中1か月以内ごとに1回）、冷却塔・冷却水の水管の清掃（1年以内ごとに1回）が義務で、記録は5年間保存します。殺菌剤の使用やレジオネラ属菌の検査は、厚生労働省の「レジオネラ症を予防するために必要な措置に関する技術上の指針」で示されています。

データセンター冷却では、水冷式チラー+冷却塔の組み合わせが電力効率(PUE)向上のため広く採用されています。ラック1本あたりの発熱量20-30kW時代になり、冷却塔の水消費も大規模化。

大手データセンターでは年間数十万m³の水消費(小規模自治体の給水量に匹敵)になるため、雨水利用、再生水利用、間接気化冷却の導入が進んでいます。水資源不足地域では立地選定にも影響する重要事項です。

水処理薬品は「スケール防止剤+腐食防止剤+殺菌剤」の3種を組み合わせるのが標準です。スケール防止剤はホスホン酸系・ポリマー系で炭酸カルシウム析出を抑制、腐食防止剤はモリブデン酸・アゾール系で金属配管を保護、殺菌剤は塩素系・非酸化性剤でスライム・レジオネラを抑えます。

薬品コストは水質・処方・規模で大きく変わるため、水処理業者の水質分析と見積りで確かめます。

業界・現場での使い方

ケーススタディ：現場での実務計算

ケース1：中型ビル冷却塔（100m³/h・ΔT5℃・N=3）

• 蒸発量：100 × 5 × 0.0018 = 0.9 m³/h
• 飛散量：100 × 0.0002 = 0.02 m³/h
• ブロー量：0.9/(3−1) − 0.02 = 0.43 m³/h
• 補給水量：0.9 + 0.02 + 0.43 = 1.35 m³/h
• 年間4000h運転：5,400 m³ = 水コスト約189万円/年

ケース2：工場24h連続運転（200m³/h・ΔT7℃・N=4）

• 蒸発量：200 × 7 × 0.0018 = 2.52 m³/h
• 飛散量：0.04 m³/h
• ブロー量：2.52/3 − 0.04 = 0.80 m³/h
• 補給水量：3.36 m³/h
• 年間8000h運転：26,880 m³ = 水コスト約940万円/年

ケース3：データセンター（500m³/h・ΔT6℃・N=5）

• 蒸発量：500 × 6 × 0.0018 = 5.4 m³/h
• 飛散量：0.1 m³/h
• ブロー量：5.4/4 − 0.1 = 1.25 m³/h
• 補給水量：6.75 m³/h
• 年間8760h(通年)：59,130 m³ = 水コスト約2,070万円/年

ケース4：省水化改善（濃縮倍率N=2→N=5への引上げ）

• 元:100m³/h・N=2 補給水量 1.8 m³/h → 年7,200m³・約252万円
• 改善後:N=5 補給水量 1.13 m³/h → 年4,520m³・約158万円
• 年間節約：約94万円/年（上水道料金のみ・水道単価350円/m³）
• 補給水量は約38%減。薬品コストの増加分を差し引いて判断する

よくある間違い・注意点

• ブロー過剰 — 濃縮倍率2倍以下のブローは水コスト・薬品コスト増。N=3-5に上げる+水処理薬品導入で年数十万〜数百万円の節約が可能。導電率制御によるブロー自動化がベスト。
• 濃縮倍率無限 — Nを高くしすぎるとスケール・腐食・レジオネラリスクが激増。水質(硬度・塩化物)に応じてN上限を設定する。通常は5-6倍が現実的上限。
• 飛散量を無視 — 開放型冷却塔で0.02-0.1%飛散する。エアロゾルにレジオネラが含まれれば周辺住民感染リスク。飛散防止デミスターの適正メンテナンス必須。
• 殺菌剤未投入 — レジオネラ属菌が増えやすくなります。国の技術上の指針に沿った殺菌と、点検・清掃の記録保管が必要です。
• 下水道料金を見落とす — 下水道使用料は一般に上水道の使用水量で算定されます。蒸発分を差し引くには自治体の減量認定などの手続が必要です。本ツールの年間水コストは上水道料金のみです。
• 冷却塔清掃を怠る — 特定建築物では1年以内ごとに1回の清掃が建築物衛生法の義務。スケールが付くと冷却効率が落ち、電力コスト増と水質悪化を招きます。
• 冬期の凍結対策不足 — 停止時の凍結でファン・配管破損。ヒーター・トレース保温・冬期は水抜き運転などの対策が必要。
• 雨水利用・再生水利用の検討漏れ — 大規模DC・工場では雨水タンク・工場排水再利用で補給水の10-30%を代替可能。ESG報告書のポイント。

関連する規格・法規

• 建築物における衛生的環境の確保に関する法律(建築物衛生法・ビル管法) — 特定建築物の冷却塔の点検（1か月以内ごと）・清掃（1年以内ごと）と記録の5年保存を施行規則で規定。
• 厚生労働省「冷却塔水の衛生管理指針」 — 具体的な清掃頻度・殺菌剤投入基準・検査方法の技術指針。
• JIS B 8609 強制通風式クーリングタワー性能試験方法 — 冷却能力・騒音・飛散水量などの試験方法。
• 下水道法・水質汚濁防止法 — ブロー水の排水規制。pH・COD・塩素量の規制対象。

※本ツールは公的基準に基づく参考計算です。実際の設計・運用は冷却塔メーカーの仕様書、水処理業者の水質分析、建築物衛生法・関連法規の遵守が必須です。レジオネラ対策は法令上の管理者責任があります。

レジオネラ属菌対策の実務チェック

「法定」は建築物衛生法の特定建築物の場合の義務です。それ以外の項目と頻度は目安で、国の技術上の指針と水処理業者の助言に沿って決めます。レジオネラ集団感染は大きな被害と管理者の責任につながるため、記録に残る形での定期管理が欠かせません。

よくある質問（FAQ）

関連計算ツール

実質水コスト計算の考え方

本ツールの年間水コストは「年間補給水量×水道単価」の上水道料金だけで、下水道料金は含みません。下水道使用料は一般に上水道の使用水量をもとに算定されるため、蒸発分を差し引くには自治体の減量認定などの手続が要ります。料金体系は自治体・用途・使用量の段階で大きく異なるので、実際の単価で確かめてください。

薬品コスト・電力コスト・人件費を含めた「実質総コスト」で最適化するのが本来の姿。単純な水道料金だけを見て濃縮倍率を判断すると、薬品・電力・機器寿命の視点で逆効果になることがあります。

用語集

循環水量

冷却塔とプロセス機器の間を循環する水量。m³/h。設備容量の基本値。

ΔT(温度差)

冷却塔入口温度と出口温度の差。標準は5℃、大きいほど熱負荷大。

蒸発量(E)

冷却塔で大気に蒸発する水量。潜熱で熱を奪う。E = 循環×ΔT×0.0018。

飛散量(D、Drift)

ミストとして飛散する水量。循環量の0.02-0.1%程度。

ブロー量(B、Blowdown)

濃縮を防ぐため強制排水する水量。B = E/(N-1) − D。

補給水量(M、Makeup)

失われた水を補給する量。M = E + D + B。

濃縮倍率(N、COC)

Cycle of Concentration。循環水塩分濃度/補給水塩分濃度の比。

スケール

炭酸カルシウム等の析出物。伝熱面に付着し冷却効率を低下させる。

スライム

細菌・カビが集まった粘性沈殿物。悪臭・伝熱低下・腐食の原因。

レジオネラ属菌

温水中で繁殖する病原菌。エアロゾル吸入で肺炎(在郷軍人病)を発症。

ドリフトエリミネータ

冷却塔上部の飛散防止機器。エアロゾル飛散を抑える。

建築物衛生法

ビル管法。特定建築物の空気・水質管理を定めた法律。

PUE

Power Usage Effectiveness。データセンターの電力効率指標。1に近いほど高効率。

まとめ・実務ポイント

冷却塔補給水量は「蒸発+飛散+ブロー」の3要素で決まり、100m³/h・ΔT5℃・N=3の標準ケースで補給水1.35m³/h、年間5,400m³・水コスト約189万円が典型値です。濃縮倍率Nが水消費と薬品コストのトレードオフを支配する最大の管理変数で、N=2→N=5で補給水量は約38%、N=3→N=5で約17%減ります。薬品コストの増加分と差し引いて判断します。

運用の必須事項は、(1)建築物衛生法に基づく年1回以上の清掃・レジオネラ検査・記録保管、(2)水処理薬品(スケール防止剤・腐食防止剤・殺菌剤)の常時循環投入、(3)導電率制御によるブロー自動化、(4)ブロー水の下水道料金を含めた実質水コスト管理、(5)冬期凍結対策と非常停止手順の整備、の5点です。

本ツールで初期概算を掴んだうえで、冷却塔メーカー・水処理業者との詳細協議、水質分析に基づく薬品処方選定、雨水・再生水利用の代替案検討へと進むのが実務の標準ワークフローです。

参考文献・公的リソース

• 厚生労働省「建築物における衛生的環境の確保に関する法律(ビル管法)」mhlw.go.jp
• 日本産業標準調査会「JIS B 8609 強制通風式クーリングタワー性能試験方法」jisc.go.jp
• 厚生労働省「レジオネラ症を予防するために必要な措置に関する技術上の指針」mhlw.go.jp
• 環境省「水質汚濁防止法・排水規制」env.go.jp