チラー(冷凍機)

チラー(冷凍機)とは?

HVAC において、チラーは大型建物を冷却するために使用される商業用空調システムの重要な構成要素です。
チラーは液体(一般的には水)の温度を下げ、その冷却された液体を配管システムを通じて建物内に循環させます。液体は空調機(AHU:Air Handling Unit)に送られ、そこで空気を冷却します。

チラーは、ホテル、病院、学校、データセンター、製造工場など、さまざまな商業・産業施設で快適な室内環境を維持するために欠かせない設備です。


Air-Cooled Oil-Free Magnetic Bearing Chiller model TCAA

チラーはどのように動作するのか?

チラーは「蒸気圧縮式」または「吸収式」という原理で動作します。
以下は、一般的な 蒸気圧縮式チラーの仕組みです。

 

1. 熱が冷媒に移る(蒸発器)

蒸発器では、建物内を循環する水(ビル側ループ)から冷媒へ熱が移動します。
水は冷やされ、冷媒は熱を受け取って気化します。

↓↓

2. 冷媒が高温ガスになる(圧縮機)

冷媒はコンプレッサーで圧縮されることで、高温・高圧のガスへと変化します。
これは冷媒の温度と圧力を大きく上げるステップです。

↓↓

3. ガスが熱を放出して液体に戻る(凝縮器)

凝縮器では、冷媒が外部環境(空気または水)へ熱を放出し、再び液体に戻ります。

  • 空冷チラー:ファンで空気を凝縮器に吹き付けて放熱
  • 水冷チラー:冷却水ループに熱を移し、その熱を
    • 冷却塔
    • ドライクーラー
    • または熱回収システム(回収した熱を再利用可能)などで処理します。

このサイクルを繰り返すことで、建物に冷水を供給し、空調設備(AHUなど)で空気を冷却する仕組みになっています。

 

圧力低下:

液体冷媒は膨張装置を通過することで、圧力と温度が下がります。

サイクル再開:

低圧になった冷媒は再び蒸発器に戻り、このサイクルを繰り返します。


トレインのチラーに使用されている圧縮機には、遠心式、ヘリカルロータリー式、スクロール式の3種類があります。
それぞれの圧縮機には、効率、冷却能力、保守性、コスト効率といった点で異なる特長があり、施設の冷却ニーズに応じて最適なタイプが選ばれます。

 

チラーの種類

チラーには大きく分けて空冷式と水冷式の2種類があり、それぞれ異なる仕組みと検討事項があります。

 

空冷式チラー


空冷式チラーはファンを使って凝縮器コイルに空気を吹き付け、熱を大気中へ放出します。
 

空冷式チラーの仕様を検討する際のポイント:

  • 水冷式チラーに比べて、設置費用・保守費用が一般的に安価。
  •  冷却塔や安定的な給水が不要のため、水資源が限られた地域にも適している。
  • 保守が容易。
  • スペースに制約がある施設向けに、モジュール型ソリューションも利用可能。
  • 水冷式チラーよりエネルギー効率は低い。
  • 高温環境では性能が低下する場合がある。
  • 冷却用ファンの動作音が大きくなることがある。
  • 水冷式に比べると耐用年数が短い傾向。
     

主な用途:

小規模オフィスビル、データセンター、教育施設、比較的冷房負荷の小さい工場、レンタルサービスの緊急用チラーなど。
また、プロセス冷却、蓄熱のための製氷、アイススケートリンクなどの低温用途にも適しています。

 

水冷式チラー


冷媒から水へ熱を移し、その水を冷却塔へ送って大気中へ放熱します。  

 

水冷式チラーの仕様を検討する際のポイント:

  • 空冷式チラーよりもエネルギー効率が高い。
  • 冷却負荷が大きい用途に適している。
  • 空冷式に比べて運転音が静か。
  • 適切なメンテナンスを行えば、より長い耐用年数が期待できる。
  •  ポンプ、バルブ、タンク、冷却塔を含む二次水ループが必要になるため、設置コストが高くなりやすい。
  • 凝縮器水ループのメンテナンスに毎年追加コストがかかる場合がある。


主な用途:

大規模商業ビル、産業用途、データセンター、病院、大規模製造施設など、冷却需要の大きい建物や設備で広く使用されています。

 

 

 

 

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