換気の圧力損失による選定 1

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P-Q曲線って聞いたことあるだろうか?

計画換気において絶対に必要な知識がこのP-Q曲線である。

Pは静圧で縦軸、Qは風量で横軸のグラフをP-Q曲線と呼ぶ。

一般的に換気扇は風量が一定ではない。これは最近は流行のDCモーターを使った定風量換気扇もしかり。ある一定の圧力損失をこえると風量はおちる。

ここで以前のおさらいをする。静圧は圧力である。下にわかりやすい図を置く。

三菱電機(株)中津川製作所さんのHPより転載

換気扇は圧力がかかると風量がおちると性質があるとまずは認識する。

次に表題の圧力損失について説明する。
細い直径5mmのストローを使って息を吐くと圧力がかかって思うように息が吹き出せない。しかしこのストローを直径が3倍の15mmゴムホースにするだけで簡単に吹き出せ拍子抜けする。このストローの時に圧力損失が大きいと呼ぶ。

ダクトにすると直径の小さなダクトに流体を流すとき、流速(流量)が速くなると急激に流れにくくなる。このためダクト経は出来るだけ大きい方がよいと以前のブログでお伝えした。

実はダクトだけで無くダクト以外に室内の壁天井に設置されるグリルや、屋外の壁に設置されるフードの圧力損失が大きいことは当ブログでは説明していない。

なぜ当事務所のダクト換気の機器がAVH-95を使っているのかは

1.全熱交換率がよい

2.SAにサイクロンフードがある

3.静圧が高い

4.床置きで使用可(メンテナンスが楽)

という理由である。この中で3が今回の主題となる。

まず下のAVH-95のP-Q曲線を見てみよう。

DCブラシレスモーターであるが定量タイプでない。

この図も以前のブログで紹介したが、解放機外静圧で最大340Paもあり、一戸建て住宅の全館換気(24時間常時換気)の圧力損失の目安である200Pa時にも170m3/hも風量を確保出来る。これは戸建て住宅用ではなく事務所用で使う全熱交換型換気機器並みに静圧が大きい。

大手メーカーの住宅用全熱交換型換気システムのP-Q曲線。140m3/hにMAXで110Paと低い。

上の最大手さんの住宅用全熱交換型換気システムのP-Q曲線をみると、140m3/h定風量であるが、圧力損失が110Paの超えると風量が落ち始めることがわかる。

このメーカーさんには業務用の全熱交換型換気システムがあるが、そちらはAVH-95より遙かに大きい静圧を出すのに、住宅用となると少し貧弱であるため「緑の家」では使わないのである。その理由が下の圧力損失計算である。

さて実際の住宅圧力損失は如何ほどか具体例で見てみよう。

ある「緑の家」の圧力損失の計算表。このように常に計算して空調設計する。できる限り両圧損荷を近づける。総圧力損失は150Pa前後で110Paは直ぐに超えてしまう事がわかる。

上の表はある延べ床面積106m2(32坪)程度「緑の家」の換気システムにおける圧力損失計算である。シックハウス法による気積から求めた全体の換気量は145m3/h、一方人あたりの換気量は125m3/h(家族4人+α)なので、大きい145m3/hとなる。この時にAVH-95で問題ないか確かめた。

赤い枠は高い圧力損失部分である。このシステムは第一種熱交換型換気システムなのでファンは2つ有り2経路の損失チェックをする。

まずはOA&SA系経路であり、ここでは比較的大きなチャンバーを使っているので分岐圧損がすくなくなるよう配慮してあるせいか、赤く染まった大きな圧損はない。しかし屋外フードだけでも25Paの圧損がある。一方EA&RA系経路の圧損は赤字で表記された屋外フードとRAの室内グリルが大きな圧損となることがわかる。一つのフードに対し風量がおおきくなりやすダクト式の換気システムはEA&RA系経路の屋外フードが鬼門となることがわかる。またOA&SA系経路でチャンバーを使って分岐しないとOA&SA系経路も圧損が大きくなる。

AVH-95のP-Q曲線。DCモーターであるがダイヤルで連続風量可変となる。

表の結果をP-Q曲線図上で示すとAVH-95 ではダイヤル4以上であれば問題なく風量が確保出来ることがわかる。このように延べ床32坪程度なら全く無理なくAVH-95で運用できるが、先ほどの大手メーカーの住宅用であると圧損が大きすぎてNGとなり、機器が2台必要となる。「緑の家」ではここ数年、メンテナンス重視で床下に機器を配置するのでどうしても圧損が上がり気味。

今度はすこし大きい延べ床面積160m2(48坪)の建物で具体例を示す。

ある「緑の家」の圧力損失の計算表。こちらは190m3/h必要と計算されたため圧損も大きくなる。余力がないように見えるが、ダクトの圧損はフレキダクトであり実際はスパイラルダクトのため安全側になる。延べ床46坪で一台ギリギリの換気装置。

シックハウス法による気積から求めた全体の換気量は190m3/h(ただしある個室は個別換気)となる。この時にAVH-95で問題ないか確かめた。

まずはOA&SA系経路であり、こちらも比較的大きなチャンバーを使っているので分岐圧損がすくなくなるよう配慮してあるせいか、赤く染まった大きな圧損は屋外の吸い込みフードのみ。これはサイクロン型のフードなので致し方ない圧損ととなる。一方EA&RA系経路の圧損は赤字で表記された屋外フードは少なくRAの室内グリルが大きな圧損となることがわかる。それに対し屋外フードの圧損は20Paと低い。これはフードを125Φから150Φ用に大きくしていることで圧損をさげている。一方RAグリルは190m3/hの風量を4つのRAグリルのみとしているため。ダクトを少しでも減らすために2カ所2個ずつに集約していることが理由である。

高静圧機器は消費電力が大きくなるが、多少の空調施工ミスがあってもカバー出来ることがメリットである。ダイヤルを廻して電力を増やせば風量がある程度増える。一方消費電力が小さい機器は、静圧が低い機種が多く少しの施工ミス、又は外因(埃や目詰まり)があると想定どおりの風量が出せない。それが欠点である。

10年以上前はダクトレスといえばこのタイプ。「緑の家」の標準換気機器の一つ。

次にダクトレス換気と呼ばれるシステムであるが、ダクトレスには2つの流れがある。一つは30年以上前からある商品名が「ロスナイ」と呼ばれるタイプ。もう一つは海外品で10年前から輸入され普及した「反転式のダクトレス」である。反転式のダクトレス換気扇が輸入される前は、ダクトレスト熱交換換気と言えばこのロスナイを指す。このロスナイは性能と耐久性において無難で有り、「緑の家」でもお勧めのスタンダートである。

国内のダクトレス換気扇の性能は屋外フードと貫通パイプのついた完成形で有効換気量を示してあり安心できる。

一般的にダクトレスはセットされる純正の屋外フード込みの完成形で有効換気量を表示できるためP-Q曲線が表記されていない。というか必要がないためカタログには記載されていないことが多い。しかしフード付き完成形の有効換気量を明記していないメーカーも有り、心配性の私は完成形の有効換気量とP-Q曲線が公開されている機器を選ぶ。それによるといつも選ぶ機種では通常時では30.5m3/hで、圧損20Pa時に25m3/hの風量となる。有効換気量でも20Pa時に20m3/hであり、ダクトレスでもこのくらいの静圧が出せる機器が風の吹いているとき、多少の目詰まりでも安心して風量を実現出来る。一方P-Q曲線が記載されていない機器、完成時の有効換気量表示がない事は無難とは言えない。

「緑の家」が標準とするダクトレス換気扇のP-Q曲線。ダクトレスでもこの機種は静圧が高い。つまり外部環境に影響を受けにくいといえる。

上の表の通りダクトレスでも静圧が比較的高いこの機種は、多少のフィルターのつまり等では影響を受けがたい(つまり無難である)。このように空調設計は結構大変であるが、皆様はどんな理由でどのように換気機器を選んでいるのだろうか。

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