出典：建築物衛生管理技術者試験令和4年度(2022年)｜空気環境の調整第69問
問題
密閉型冷却塔に関する次の文章の（ ）内に入る語句の組合せとして、最も適当なものはどれか。
密閉型冷却塔は、水と空気が（ ア ）熱交換となるため、通風抵抗と送風機動力が（ イ ）する。また、冷却水の散布水系統の保有水量は開放型冷却塔と比べて（ ウ ）。
(1) ア：間接 イ：増加 ウ：多い
(2) ア：間接 イ：減少 ウ：少ない
(3) ア：直接 イ：減少 ウ：多い
(4) ア：直接 イ：増加 ウ：少ない
(5) ア：間接 イ：増加 ウ：少ない
ビル管過去問｜密閉型冷却塔 開放型冷却塔との違いと特徴を解説
この問題は、密閉型冷却塔と開放型冷却塔の構造上の違いから、熱交換の仕組み、送風に必要なエネルギー、保有水量の特徴を整理できているかを問う問題です。正しい選択肢は(5)です。密閉型冷却塔では、プロセス水や冷却水そのものは空気と直接触れず、熱交換コイルを介して冷やされるため間接熱交換となります。そのぶん空気の通り道にコイルが入るので通風抵抗が大きくなり、送風機動力は増加します。また、散布水系統は開放型より簡素で、保有水量は少ないのが特徴です。構造の違いを一つずつつなげて考えると、正答しやすくなります。
(1) ア：間接 イ：増加 ウ：多い
不適切です。アの「間接」とイの「増加」は正しいですが、ウの「多い」が誤りです。密閉型冷却塔は、冷却したい水が熱交換コイル内を流れ、その外側に散布水をかけて空気と接触させる構造です。つまり、空気と直接触れるのは散布水であり、冷却対象の水はコイル内に閉じ込められています。このため密閉型は間接熱交換となります。また、コイルがあることで空気の流れに対する抵抗が増え、送風機にはより大きな動力が必要になります。ただし、散布水系統そのものの保有水量は、一般に開放型冷却塔より少なくなります。したがって「多い」は不適切です。
(2) ア：間接 イ：減少 ウ：少ない
不適切です。アの「間接」とウの「少ない」は正しいですが、イの「減少」が誤りです。密閉型冷却塔では、熱交換コイルが塔内に設けられているため、空気はそのコイルの間を通って流れることになります。すると空気の流路が複雑になり、開放型冷却塔より通風抵抗が大きくなります。通風抵抗が大きくなれば、それを克服するために送風機はより大きな力で空気を動かさなければならず、必要な送風機動力は増加します。密閉型は「密閉されているから省エネそうだ」と感覚的に考えると誤りやすいですが、ここでは通風抵抗の増加に着目することが大切です。
(3) ア：直接 イ：減少 ウ：多い
不適切です。三つとも誤っています。まず密閉型冷却塔は、冷却したい水と空気が直接触れないため、直接熱交換ではなく間接熱交換です。次に、熱交換コイルの存在によって通風抵抗は大きくなるので、送風機動力は減少ではなく増加します。さらに、散布水系統の保有水量も開放型より少ないのが一般的です。開放型冷却塔は、冷却対象の水そのものを塔内に散布して空気と直接接触させるため、水槽や循環系統の水量が大きくなりやすいです。密閉型は冷却対象の水質を保ちやすい反面、構造が複雑になるという特徴があります。
(4) ア：直接 イ：増加 ウ：少ない
不適切です。イの「増加」とウの「少ない」は正しいですが、アの「直接」が誤りです。密閉型冷却塔では、冷却したい水はコイル内を流れ、その外側に散布水がかけられ、さらにその散布水が空気と接触して冷却されます。つまり、冷却対象の水と空気の間にはコイル壁が存在しており、熱はその壁を通して伝わります。このような方式は間接熱交換です。直接熱交換とは、たとえば開放型冷却塔のように、冷却したい水が直接空気に触れて蒸発冷却される場合を指します。ここで直接と間接を混同しないことが大切です。
(5) ア：間接 イ：増加 ウ：少ない
適切です。密閉型冷却塔は、冷却対象の水がコイル内を流れ、空気とは直接触れないため間接熱交換です。空気はコイルや散布水の間を通過するので、開放型より通風抵抗が大きくなります。その結果、必要な送風機動力は増加します。また、密閉型では散布水系統は補助的な役割を担うため、開放型冷却塔のように大量の循環水を保有する構造にはなりにくく、保有水量は少ないと考えられます。密閉型は冷却対象の水が外気に直接さらされないため、水質管理がしやすく、配管や機器の汚れを抑えやすい点も重要な特徴です。
この問題で覚えるポイント
密閉型冷却塔は、冷却したい水が空気と直接接触しないので、熱交換の分類では間接熱交換です。一方、開放型冷却塔は冷却水そのものを空気にさらして冷やすため、直接熱交換です。この違いは非常に重要で、冷却塔の問題では繰り返し問われます。密閉型は塔内に熱交換コイルを持つため、空気の流れに対する抵抗が大きくなり、送風機動力は増加しやすくなります。さらに、冷却対象の水が密閉された回路内を流れるため、水質を保ちやすく、スケールや汚れの混入を抑えやすいという利点があります。これに対して開放型は構造が比較的単純で熱交換効率も高い一方、冷却水が外気と直接接触するため、水質管理や汚れ、蒸発損失への配慮が必要です。保有水量については、散布水系統という観点では密閉型のほうが少ないと整理しておくと正誤判断につながります。試験では「直接か間接か」「通風抵抗はどうなるか」「送風機動力はどうなるか」「保有水量や水質管理はどうか」をセットで覚えることが大切です。
ひっかけポイント
この問題のひっかけは、「密閉型」という言葉の印象に引っ張られてしまう点にあります。密閉されているなら空気も通りにくくなく、動力も小さそうだと日常感覚で考えると誤ります。実際には、密閉型は熱交換コイルを介する構造なので、空気側の通風抵抗は増え、送風機動力も増加します。また、「散布水があるのだから直接熱交換ではないか」と考えてしまう受験者も多いですが、何を冷やしたいのかを基準に考えることが重要です。冷却対象の水が空気と直接接触していない以上、これは間接熱交換です。さらに、開放型のほうが水が外気に開かれているため保有水量が少なそうだと誤解しやすいですが、実際には開放型は冷却水そのものを循環・散布するため、系統としての水量は大きくなりやすいです。このように、名称の印象ではなく、内部構造と熱の流れを図で思い浮かべて判断することが、今後の類題でも有効です。
