空調を効かせるにあたっては、気流パターンはとても重要となります。
なぜなら、冷暖房の気流によっては空調を行う居住域や作業場所にいる人々に不快感をもたらすこともあるためです。
大勢の人が集う場所、留まる場所、人が分散している場合や閑散としている場所、行き来が激しい場所などと空間の広さや高さなどに合わせ、制気口ごとの気流パターンを設計する必要があります。
制気口における気流設計について気流の性質と設計の種類をご案内していきます。
制気口における気流設計とは
ビルや商業施設、工場や病院や公共施設など大型施設で冷暖房をコントロールするセントラル空調において、制気口の吹出口から吹出される冷気や暖気は、拡散しながら進んでいきます。
どのくらい広がるかは、シーリングディフューザーやユニバーサル型など制気口の種類によっても異なります。
具体的にどの程度拡散していくかは、メーカーの製品カタログにて到達距離や拡散半径として表示されているので、気流設計にあたっては確認が必要です。
特に吹出口が隣接して設置される場合には、拡散範囲が重なることでドラフトと呼ばれる気流による不快感の原因につながるおそれがあります。
そのため、気流設計にあたっては拡散範囲の重なりがないか、どの程度影響し合うかをしっかり調査、分析しなくてはなりません。
このことからも、制気口の気流設計においては、吹出口の取付位置に留意する必要があります。
ビルや工場など多くの大型施設では、吹出口を天井に取り付けられるケースが多いです。
吹出口から居住域や作業場所への到達距離は、暖房と冷房で異なることを念頭に置きましょう。
吹出口からの気流は温度によって左右されます。
温度によって比重に差がでるため、暖かい空気は上へと向かい、冷たい空気は下へと流れます。
空調に置き換えると、暖房は上へと冷房は下へと流れるため、暖房の到達距離は冷房より短く、広範囲まで届きにくくなるのです。
冷房を基準に気流設計をしてしまうと、冬場に寒い場所ができてしまう場合や部屋全体が十分に温まらなくなります。
そのため、基本的には冷暖両方の到達距離を基準に設計するのが基本です。
季節によって風向を調整できるシーリングディフューザーを採用すれば、気流が上に流れる暖房は垂直吹出で、気流が下に向かう冷房は水平吹出とすることができ、冷房時に気流による不快感は発生しにくくなるので便利です。
人の往来が激しい商業施設や重作業などを行う工場内ではなく、デスクワーク中心の一般的なオフィスの場合、デスクスペースの真上や真横に吹出口を設置してしまうと、作業位置での残風速が過大になり、不快気流になるおそれがあります。
そのため吹出口は、なるべくデスクスペースから離して設置することがポイントになります。
逆に多くの人が激しく動き回っている場所や短時間しか滞在しないような場所では、最小到達距離での平均残風速が0.5m/sより大きくなっても、気流による不快感は通常発生しません。
このように制気口における気流設計をするには、空間の広さや高さといった物理的な構造だけでなく、冷暖房の必要性といった地域における気温の違いや空間がどのような目的、用途で使われるかも含めて検討しなくてはなりません。
制気口における気流設計の種類
制気口における気流設計をするうえでポイントになるのが、吹出口の種類や取り付け位置、到達距離などですが、さらにダンパーの種類もポイントになります。
ダンパーとはダクト経路内に可動する羽根を設けることで、空気の流れを調節できる装置です。
羽根を回転させることで断面積が変化し、空気の流れをコントロールすることやシャットアウトすることが可能です。
空調ダンパーとして代表的な種類に、ボリュームダンパー(VD)、モーターダンパー(MD)、チャッキダンパー(CD)があります。
１．ボリュームダンパー(VD)
ボリュームダンパーは風量調整が必要となる箇所に取り付け、手動でダンパー羽根を操作することでダクト内を流れる空気量をコントロールする仕組みです。
なお、吹出口の末端側や吸込口のシャッター部分のみで風量調整をすると、不快な金切音の発生原因になってしまうので注意が必要です。
そのため、取り付ける場合には根本側のファンや空調機での風量調整が求められます。
ファンに取り付ける場合は、ファンの吸込側にします。
ファンの吹出側は高圧で安定していない空気が吐出されているため、ダンパーに過大な負荷を与えてしまうためです。
ファンの送風が各所に分岐しているケースでは、分岐系統ごとにボリュームダンパーを付けることが必要です。
ボリュームダンパーにも、いくつか種類がありますので、以下で確認しておきましょう。
・ウォームギア式
国交省標準仕様のスタンダードなダンパーで、ハンドルを回転させてギアを動かし羽根を開閉する方式です。
・レバー式
ウォームギア式に比べて低価格なダンパーで、レバーを動かして羽根を開閉する方式で、予算を抑えたいときなどに採用されています。
・スライド式
羽根がスライドし、全開するとケーシング内に羽根が残らない方式です。
羽根によって滞留箇所ができるのを避けたい、集塵ダクト向けです。
・エアシリンダー式
エアによってスイッチングし、瞬時に開閉する方式です。
防爆仕様となっており、可燃性のガスが充満する危険性の高い場所などに使われます。
・ワイヤー式
下部からワイヤーで遠隔操作できるので、工場などの高所にある露出ダクトで利用されています。
２．モーターダンパー(MD)
モーターダンパーは、ダンパー羽根の動きをを自動制御機能と連動させることで、ダクト内を流れる空気量を調整できる方式です。
電動モーターを取り付ける回転軸が付いており、付属する温度計や湿度計などから得た情報に基づいて自動でコントロールができます。
３．チャッキダンパー(CD)
チャッキダンパーは一方向からの空気はそのまま流し、反対方向からの空気をシャットアウトするもので、いわゆる逆流が防げる方式です。
ファンが停止した際などに、風が逆流するおそれがある箇所に取り付けます。
他系統のファンと同一のガラリから分岐しているケースでは、チャッキダンパーを取り付けないと他系統のファンが停止した際に、別の系統の吹出口から空気を吸い込んでしまうので注意が必要です。
また、空調機の外気系統と還気系統がチャンバーボックスで合流するケースでも、チャッキダンパーを取り付けないと、取入風量が変動してしまい、風の逆流のおそれがあります。
簡単にいえば、複数系統が同じ場所に接続されているケースでは、逆流を防ぐためにチャッキダンパーを設置することが必要です。
ただし、天井扇などファン停止時に閉じる風圧シャッターなどがあらかじめ付いている場合は不要です。
チャッキダンパーの種類には以下があります。
・バランスウエイト付き
国交省標準仕様のダンパーで、風速が変わる度に起きるチャッキダンパーの開閉をバランスウエイトと呼ばれる釣合錘で軽減し、圧力損失を減らす方式です。
・自重式
バランスウエイトが付いていないので、低価格です。
ただし、風が通る度に羽根がパカパカと開閉するのが難点です。
まとめ
制気口における気流設計は、空調の気流で不快感を与えないために重要となります。
空間の広さや高さなどの構造だけでなく、地域における気温の違いや空間の使用目的や用途、人の流れなども含めて検討しなくてはなりません。
気流を考えるうえでは、吹出口からの拡散範囲や到達距離などに基づき、吹出口の設置位置やダンパーによる調整なども勘案する必要があります。