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株式会社ネオテックは、換気でecoな生活・事業を提案する会社です

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もっと換気HEADLINE

6.給気と排気

給気と排気
 
屋外の新鮮な空気を居室内に取り込む状態を「給気」と言います
反対に、居室内の汚れた空気を屋外に排出する状態を「排気」と呼びます
この一連の流れを「換気」と呼んでいます


    

7.換気と熱の関係

単に「換気と熱の関係」と言っても、「親戚関係?」いえいえ、そんな関係ではありません。
換気は、「屋外の新鮮な空気を居室に取り込み、居室の汚れた空気を屋外に排出する」仕事の事を言っています。
この「換気」を行っている過程で、「屋外の新鮮な空気」が、居室に入る状態の時に、「換気と熱の関係」が、居室の冷暖房を行っている「エアコン」に対して、特に大きくかかわってきます。


①熱負荷
「熱負荷」をここでは簡単に、「熱のエネルギーを消費する」と、捉えて頂いておきましょう。

次の様な熱負荷があります。
外気負荷:
 換気のために外気を室内に供給する際に、外気の温湿度と室内の温湿度に等しくするために要する熱量(熱の量)

平たく言えば、「換気の際に生じる熱負荷」を外気負荷と簡単に考えて頂ければ良いでしょう。

侵入熱(輻射熱等):外壁や窓ガラスを通過して流入する熱
人体負荷:在室者の発熱
照明負荷:照明器具による熱
機器発熱:様々な機械から生じる熱
すきま風負荷:扉や窓の開閉によって流入する空気の熱
この様な熱をまとめて、「熱負荷」と呼んでいます。

 参考として、ある建物の熱負荷を円グラフで分けて見ると、こんな感じで分類されます。


②換気による外気負荷
グラフでもお判りの様に、「外気負荷」が熱負荷としてもっとも影響が大きく、この外気負荷が換気の作用によるものです。
だからと言って、換気は法律により定められているので、止めるわけには行きません。
そこで、換気を止めないで外気負荷を抑える方法が、色々と考えられ、全熱交換機(ロスナイ)や熱交換ユニット(デシカ)等がその代表機器として、市場に出ています。


    

8.効率の良い換気


①効率の良い換気
「効率の良い換気」を説明すると、「室内環境に応じて、フィルターを介し処理された外気を導入し、適切に排出される機能が備わった換気」の事です。

効率の良い換気

とはいっても、普段の日常生活の中で、換気について興味を持って観察する様な暇などは、全くありません。
居室の温度が上がったり下がったりすれば、エアコンの温度設定を変えると言う事はあっても、空気が汚れたからと言って、換気扇を「強」に変えたり、窓を開けたりと言った行動を取る人は、稀にはいるかも知れませんが、多分ほとんどの人は、換気は出来ているものと、思い込んでいるだけの事です。

そう言った意味でも、人の手を介さず「換気設備」そのものの機能が、適切に効率良く稼働していなくてはならないものです。


②効率の悪い換気
効率の悪い換気を簡単に表して見ましたが、みなさんも多分こんな光景を、見掛けた事はありませんか?
  
換気が上手く機能しない
 
扉の開閉に影響を受ける
 
給気取入時に違和感(寒・暖の差)が大きい
 
 風量が制御できない
何故、こんな換気になるのでしょうか?



1)第三種換気
最も一般的に採用されている換気の種類は、下図の様な「第三種換気」です。
第三種換気
 第3種換気 排気側のファン(排気ファン又は、排気用換気扇)から、引っ張られた新鮮な外気は、給気口のフィルターを経由して室内に入り、排気側のファンから屋外へ排出します。

当然この部屋の圧力は、排気ファンと言う機械で空気を引く訳ですから、負圧(マイナス圧力)になります。

排気ファンの力(静圧と言う圧力)は、給気口とフィルターと、排気ファンに防虫網やシャッター(逆流防止シャッター)が有るとしたら、この全ての力を排気ファンが持っていなければ、当初に計画していた、換気量としての能力が発揮されなくなります。




「第三種換気」は、負圧(マイナス圧力)が必要な用途、例えば危険物の貯蔵所等で、給気フィルターを介さず排気に重点を置くと言った場所では、問題無く機能が発揮されます。
しかし、営業目的とした居室では、負圧(マイナス圧)作用の影響により、扉が閉まっている時は給気口から屋外空気が入りますが、扉を開けると扉の開口が給気口よりも抵抗が少なくなり、扉側から屋外の新鮮空気が一気に入り、扉付近で寒暖差の空気影響が大きく生じ、違和感やエアコンの動作にも影響を与えます。
更に、給気口のフィルターが汚れて詰まってしまったりすると、右図の様な結果になると言った光景を、皆さんも時々目にしませんか?
 
居室に「第三種換気」を採用する時の注意点としては、「給気フィルターの静圧」を十分把握しておく事が大切です。
「給気フィルター」の汚れ具合により換気量のが変動し、出入口の扉の開閉によっても、換気量の増減が左右され、特に扉付近ではエアコンの能力にも影響を与えるという事を、是非お忘れなく。



2)第二種換気
居室内を常時正圧(プラス圧)に保持する環境に、「第二種換気」が採用されています。
第二種換気
 第2種換気   例えば、クリーンルームや、食品工場、手術室と言った居室は、室内の空気圧力を「正圧(プラス圧)」に保つ事で、外部(隣室等)からの空気侵入を遮断する事が可能になり、居室の空気汚染が防止出来ます。
しかし、給気フィルターの汚染度により、圧力変動が生じる為、常に適切な差圧制御(コントロール)が要求されます。
「第二種換気」は、一般居室でも採用出来ない事は無く、一定の外気量を取り入れ、別室の排気口から排出させれば、何等問題有りませんが、フィルターの目詰まりが生じると、当然圧力も低下するので、その辺りは小まめに清掃して頂ければ良いでしょう。



3)第一種換気
「第一種換気」は、給気と排気の両方を機械(給排気ファン)を設けた、機械換気方式です。 
第一種換気
 第1種換気  「第一種換気」の特徴は、給気ファンと排気ファンで構成され、室内の圧力を一定(±0)保持出来る事で、扉の開閉等による負圧になると言った影響を受けず、常に安定した換気が可能になります。
とはいっても、給気フィルターの汚れ度が大きくなると、給気フィルターの圧損も大きくなり、給気ファンの風量が下がり気味になり、居室は負圧寄りに移行しますが、「第三種換気」で生じる扉付近の急激な変化は生じません。
給気ファンのコストはUPしますが、外気導入時のフィルターによる粉じん等の除去効果は、「第三種換気」と比較すると格段に違い、換気性能としては申し分ありません。
 この「第一種換気」としては、給排気ファンだけでは無く、全熱交換機(ロスナイ)等と言った製品にも、幅広く採用されています。



④フィルターの種類
外気(屋外の新鮮な空気)を取り入れる給気口には、フィルターが取付られています。
屋外の新鮮な空気だとしても、フィルターが装着されていなければ、空気と一緒に粉じんや花粉、小さな害虫等も給気口から簡単に屋内に入ってきます。
これらの侵入を防止する為にフィルターを設けることで、粉じんや花粉や害虫が屋内に侵入するのを防止します。
ネット状のフィルターや、不織布で構成されたものや、何重もの層で構成された多種多様なフィルターがあり、用途目的に応じ選定します。

a)プレフィルター(粗塵フィルター又は、前置きフィルター)
サランフィルター
ファンコイル、エアコン等に使用される目視可能な塵埃を捕集し、洗浄再生能力が高い反面、捕集効率は23%と低いフィルターです。
 フィレドンフィルター 一般の外気導入等に幅広く採用され、種類としてはPS-600・PS-300・PS-150・FS-1710・FS-1705があります。
平均捕集効率は82%~68%で、初期圧力損失は90Pa~20Paと、用途目的に応じた選択肢が可能です。
 ロングライフフィルター サラン繊維(P・Pハニカム)をジグザグ折りにして、アルミ枠で成型されたフィルターで、ろ材面積を増やすした長寿命で、フィルター清掃の頻度を低減することが可能なフィルターです。


b.中高性能フィルター
中高性能フィルター 主としてエアハンドリングユニット等で使用するフィルターです。使用する環境により、捕集効率・洗浄対応型・ろ材交換型の対応が可能です。
処理風量は、56㎥/minと、28㎥/minが有り、捕集効率(比色法)は65% ・90% ・95% の種類が有ります。

c.HEPAフィルター
HEPAフィルター 主として手術室、半導体、食品工事等のクリーン度を要求する環境で使用されるフィルターです。
捕集する塵埃は、粒径0.3μm以上を99.97%です。


⑤フィルターのメンテナンス
ここでは、外気導入時のフィレドンフィルターについて説明します。
フィレドンフィルターは、無方向性の繊維集合体で、圧力損失が低くかつ集麈容量が大きく、
湿度の影響を受けない難燃性のエアフィルタなので、勿論洗浄による再生は十分可能です。
然し、掃除機で汚れを吸い取っても、内部に付着した汚れは全く取れませんので、ご注意ください。
洗浄の際には、強く擦らないでホースで洗い流す程度で、十分汚れは落とせます。
 フィルターのメンテナンス


    

9.換気の制御


① 換気を制御する目的

換気量を制御する目的は、屋外の新鮮な空気を導入する時に生じる「外気負荷」を、換気量を制御する事で「外気負荷」を抑制してあげれば、室内のエアコンの稼働率が下がり、熱源に対するエネルギーの消費量が下がり、エネルギー抑制としての効果が発揮されます。

その前提条件として最も重要な事は、「適切な換気が行われている」という事です。
いくら「エネルギー削減」と言っても、もともと換気能力が満足されない状態で、換気を制御しても無意味な制御になり、逆に健康を害する要因にもなり兼ねません。

まずは、「適切な換気量が維持されている」事を前提に、換気制御の話を進めなければなりません。



「エアコン(冷暖房)と換気」この二つの設備は、『エアコン(冷暖房)や空調』は、室内の温湿度を維持する目的で稼働し、『換気』は室内の汚れた空気を排出すると同時に、屋外の新鮮な空気を取り入れる目的で稼働しています。

この様に説明すると、別段何事もなく当然に様に感じますが、実はこの『エアコン(冷暖房)や空調』と、『換気』は異なる目的で稼働し、特にエアコン稼働におけるエネルギー消費に、大きく影響を及ぼします。

お互い異なる目的で稼働している『換気』の部分を、室内の空気質に応じ制御を行い、室内環境を一定条件範囲で維持してあげれば、間違いなく省エネ性の向上にも繋がります。

しかし現状では、『エアコン(冷暖房)や空調』は、ある程度は機器本体で制御を行っていますが、『換気』に至っては、制御を活用していないケースの方が、多く存在しているのではないでしょうか。

その様な観点から、「換気が正しく機能している事」を前提として、「換気制御」を採用される事をお薦めします。


② 換気の制御

1)一般的な換気の運転構成
換気設備の運転構成と言えば、「手動運転」か若しくは「自動運転」といった構成です。
換気扇のスイッチを「ON」にすれば換気扇は「運転」し、「OFF」にすれば換気扇が「停止」します。

又必要に応じて「強」「弱」の切替を行い、換気扇を稼働させると言ったスイッチも有り、24時間対応に幅広く採用されています。  

この様に、一見スイッチでは何事も問題無いようにも見えますが、換気が必要な時にスイッチを入れ忘れたり、「弱運転」でも良い時に「強運転」で稼働させ、外気負荷を大きくさせるといった要因にも繋がり、スイッチの確認は重要なポイントになります。
   
何れにしても、殆どと言って良いほど「スイッチ」を介した換気運転が幅広く採用され、自動制御を採用している、といったケースはまだ少ないのが現状ではないでしょうか。


2)換気に自動制御を介入させる理由
換気扇や送風機に対して、一般的なスイッチに頼らないで『自動制御』を介入させる事で、「適切な換気」が実現出来ます。

一般的なスイッチ操作では、『換気扇』が連続して一定量の換気が働いている状態だとすると、部屋の人数に関係なく稼働しているので、この換気量分の『外気負荷』が室内に導入された事になります。

『エアコン』の稼働は、新鮮な空気の導入量に応じ、常にこの外気負荷の変化により稼働します。
【 ※『外気負荷』とは、屋外から室内に取り入れられる暖かい(冷たい)空気のことです。 】


もう少し掘り下げて説明しましょう。
 換気量は、在室人員数(1人当たりの専有面積で算出)をベースに、計算されています。
仮に、在室人員数が少なければ、換気量も少なくて済み、当然『エアコン』は、外気負荷が少ない状態の中で、稼働する筈です。
しかし、『換気扇』が一定量の換気能力で運転していると、在室人員数の変化に関係無く、一定の外気負荷が『エアコン』の稼働に作用し、人員数が少ない時でも『エアコン』は、常に外気負荷に応じた稼働状態となります。


つまり、『一定換気量の環境では、人員が少ない時に≪エネルギーの無駄使い≫が生じる』事になります。

こうした現象を防止するには、在室人員数に応じ『換気扇』のスイッチを『入り切』すれば簡単に出来る筈です。

しかし人員数を対象にすると、幾らの人数でスイッチを『入り切』させれば良いかは見出せませんし、実際には出来そうで出来な作業というよりも、むしろ経費の無駄に繋がります。

そこで、『自動制御』という、便利な物を補足させれば、容易に解決します。
人を目的とした換気量は、基本的にCO2濃度が主体ですので、ここではCO2濃度だけを対象として考えると、建築物衛生法では1,000ppm以下と定められています。

そこで、CO2センサー(CO2濃度を計測するセンサー)を利用して、900ppm以下で『換気扇』を停止させ、1,000ppm以上で『換気扇』を運転すれば、在室人員が判らなくても『換気扇』を自動的に運転制御をする事は、容易に果たせます。

更にCO2の変動と、室内外の温湿度を時系列で計測しておけば、情報としても管理出来ます。
もう少し踏み込み、『換気扇』と『エアコン』の運転状況をプログラムに組み込めば、『稼働状況』も時系列で判別出来、機器の稼働情報も収集する事も十分可能です。

この様に、人が出来ない事を『道具』を介すると容易に実現出来、人では『気付かないで、見過ごしている』要因を『自動制御という道具』を介する事で、『エネルギーを、無駄に消費させない設備』が実現出来ます。