チラー（冷凍機）とは？空冷・水冷の違いと選定・COP・設置計画を設計目線で解説

チラー（冷凍機）は、セントラル空調の中核となる熱源機器で、冷水（必要に応じて温水）をつくって空調機やファンコイルユニットへ送ります。方式選定でセントラル方式を採用した場合、次に行うのが熱源機器であるチラーの選定です。本記事では、空冷式と水冷式の違い、圧縮機タイプ、容量選定と効率の考え方、設置・省エネの実務ポイントまでを整理します。

チラーとは｜熱源機器としての役割

チラーは冷凍サイクルによって水を冷やし、つくった冷水を配管で各系統へ送るセントラル方式の中心設備です。冷水は一般に7℃送り・12℃戻りなどの設計温度で運用されます。多数の室を１つの熱源でまかなえるため、中大規模の建物では熱源効率や搬送動力の最適化が省エネの鍵になります。

空冷式と水冷式の違い

• 空冷式：冷却塔・冷却水ポンプが不要でシステムがシンプル。屋上に設置しやすく水処理も不要だが、外気温度の影響を受けやすく、一般に水冷式よりCOPは低め。
• 水冷式：冷却塔・冷却水ポンプが必要だが、凝縮温度を低く保てるためCOPが高く、大容量に適する。機械室・冷却塔スペースが必要。

圧縮機タイプと吸収式

圧縮式チラーは容量帯によって圧縮機の方式が異なります。

• スクロール：小中容量向け。台数分割で部分負荷に対応しやすい。
• スクリュー：中大容量向けで信頼性が高い。
• ターボ（遠心）：大容量向け。インバータ制御との組合せで部分負荷効率が高い。
• 吸収式：ガス・蒸気など熱駆動。電力ピークカットや熱供給との併用に有利。

容量選定とCOP・部分負荷効率

容量は熱負荷計算に基づく最大冷房負荷から決めますが、実運用では部分負荷の時間が圧倒的に多いため、定格時のCOPだけでなく部分負荷効率（IPLV等）を重視します。大きなチラー１台ではなく複数台に分割して台数制御することで、低負荷時の効率低下を抑えられます。冷水の送り・戻り温度差（大温度差送水）を大きく取ると搬送動力を削減できます。

冷却塔・ポンプとの関係（水冷式）

水冷式チラーは単体では成立せず、冷却塔・冷却水ポンプ・冷水ポンプとセットで設計します。冷却水の温度条件（冷却塔のレンジ・アプローチ）はチラーのCOPに直結するため、熱源・搬送・放熱を一体で最適化する視点が必要です。ポンプの揚程・流量と配管抵抗のバランスも、搬送動力と安定運転の両面から検討します。

設置計画・搬入・騒音

• 空冷式：屋上設置が多く、荷重・防振・吸込・吐出の気流・メンテスペースを確保する。
• 水冷式：機械室設置が多く、換気・防振・搬入・更新時の入替ルートを確保する。
• 騒音・振動：圧縮機・ファン・ポンプの騒音対策と、隣地・居室への伝搬を検討する。

省エネ設計｜台数制御・インバータ・フリークーリング

台数分割と台数制御で部分負荷の効率を確保し、インバータ搭載機で低負荷域の効率を高めます。中間期・冬期は冷却塔を利用したフリークーリングでチラーの運転を減らし、外気冷房と合わせて熱源エネルギーを削減します。これらの制御は省エネ基準（一次エネルギー計算）の熱源効率・搬送動力の評価にも直結します。

設計チェックリスト

• 空冷式・水冷式の選定理由（COP・スペース・水処理）を整理したか
• 圧縮機タイプを容量帯と部分負荷特性から選定したか
• 台数分割と台数制御で部分負荷効率を確保したか
• 冷却塔・ポンプ・配管と一体で搬送・放熱を検討したか
• 搬入・荷重・騒音・更新時の入替ルートを確保したか

チラーはセントラル方式の中核であり、冷却塔・ポンプ・配管と一体で計画します。方式の位置づけは空調方式の選定フローを、冷水・冷却水配管の設計は冷温水配管の設計入門を、搬送動力や省エネ評価は省エネ基準と空調設計の実務をあわせてご覧ください。