空調とは?建物に合わせて構成する空気調和システムの目的と種類

皆さまはご自分が所有する、もしくは管理する建物の空調について、どのくらいご存知でしょうか。そもそも空調と聞いて、ピンときていただけますか。空調を詳しく知らなくても、直ちに支障がでることはないかもしれません。でも空調とは、すなわち建物内の快適性であり、使う人や居住者の満足度そのものです。空調にはどんな種類があり、自分の建物がどれに該当するのかを理解することでビル経営やビル管理が確実にレベルアップします。ここでは、空調という言葉の基本的な定義から、システムの構成内容や設置方法、技術的な分類まで、空調の入門編ともいえるコンテンツをまとめています。

空気調和の目的

空気調和とは?

空調には、空気を調和させるという意味があります。調和というのは、空気の温度、湿度、気流、清浄度を、目的にあった条件となるように処理をし、それを空間的に均一に分布させることをいいます。「使う人やそこに設置される物にとって快適な空気環境をつくる」といいかえると、わかりやすいかもしれません。

産業用空調と保健用空調

空調は、「何を対象とするか」によって「産業用空調」と「保健用空調」の大きく二種類に分類されます。産業用空調は、工場の機械やデータセンタのコンピュータなどの機能維持、あるいは貯蔵庫で保管する物の品質管理、そこで働く人の労働環境の維持などを目的として行われます。また保健用空調とは、一般的な建物の空調のことです。オフィスビル、ホテル、病院、学校、商業施設などで働く人や居住する人が快適で健康に過ごせるようにすることが目的です。保健用空調では、事務所、デパート、ホテル、病院など特定用途に利用される建物であり特定建築物に該当する場合、ビル衛生管理法の建築物環境衛生管理基準で定められた空気環境基準を満たすように、空気調和設備の維持管理に努めなくてはなりません。

空気調和システムとは?

空気調和システムは、室内の温度・湿度・気流・清浄度等の空気環境を最適な状態に保つことを目的として、様々な役割を持つ複数の機器によって構成されています。どんな機器があるかというと、冷房や暖房の熱をつくったりあるいは捨てたりする「熱源装置」、つくった熱を運ぶ「搬送装置」、空気の浄化、冷却、加熱、加湿減湿などを行う「空調機」です。これらの装置を組み合わせることで、空気調和システムが成り立っています。

空調システムの種類
<熱を運ぶ媒体による分類>

空気を暖めたり冷やしたりするために熱を運ぶ媒体として何を利用するのかによっても、空調システムは分類されます。熱を運ぶ媒体には、主に水や空気、冷媒が使われ、この組み合わせにより4つの方式に分類されます。

全空気方式

空気で熱を運ぶ方式です。空調機により外気と室内からの還気を混合させ、その空気を加熱又は冷却しダクトで室内に送風します。この方式は劇場や体育館など大空間に適しています。「機器を集中して配置するためメンテナンスしやすい」「換気量(室内の空気を清浄に保つために必要な空気量)を大きくすることができる」というメリットがあります。その反面、機械室が大きくなる、天井内に大きなダクトスペースが必要といったデメリットを伴います。

空気・水併用方式

水と空気の両方を併用し熱を運ぶ方式です。空気の清浄度を保つために必要な外気の取入れは全空気方式と同様とし、室内の温度調節は、温水又は冷水を室内に設置されたファンコイルユニット等の熱交換器へ取り込み行います。水は空気に比べ少ない面積で多くの熱を運べるため、全空気方式と比較して熱を搬送するためのスペースを小さくすることが可能です。しかし、室内に水が通った管を設置するため水損事故のリスクがあります。

全水方式

冷水及び温水といった水だけを利用し熱を運ぶ方式です。空気を使用しないわけですから、大きなダクトスペースが要らないといったメリットがあります。この方式は空気・水併用方式と異なり、空気の清浄度を保つための外気の取入れに窓や全熱交換器の設置が必要となります。

冷媒方式

どなたにもなじみ深いエアコンが代表選手です。他の方式に比べると高機能、低価格化が進んでいて、省エネの面でも優れています。本方式においても、全水方式同様に外気取入れの為の設備が必要となります。

空調システムの種類
<送風方式の違いによる分類>

一口に空調システムといっても、いろいろな空調方式があります。条件にあう方式を採用することで、快適な空調を効率よく実現することができます。空調方式によってどんなシステムがあるかその代表的なものを紹介しましょう。

単一ダクト定風量方式

一本のダクト(空気を送る管)を通して、建物全体をすべて同じように調整します。空調機により最大の負荷を処理できる一定風量を送風し、温度調節は送風温度を変え行います。この方式では集約された空調機で賄われるため保守が容易となる一方、人が多かったり、日差しが差し込んだりする部屋では冷房が効きにくく、逆に人が少なかったり、日差しが入り込まない部屋では効きすぎてしまうといった欠点があります。

単一ダクト変風量方式

一本のダクトにより送風されることは定風量方式と同一ですが、送風量を変えることであらかじめ設定された部屋毎で室温の調整が行えることが特徴です。これにより定風量方式に比べきめ細かく室温を調整できるほか、負荷が少ないときには空調機のファン動力が軽減され省エネとなります。なお、風量が絞られた際の温度むらや風切音、外気の取り入れ量の不足といった部分に注意が必要です。

空調ゾーニングとは?

いくつかの空調システムの種類についてご紹介しましたが、実際にどの空調システムを採用するか決定する重要な要素の一つにゾーニングがあります。 ゾーニングとは建物特性や使い方を考慮しながらいくつかのゾーンに区切り、空調系統を分けて、各ゾーンの温度や湿度を調整するという考え方により設定されます。ゾーニングの設定要件としては執務室、会議室、休憩室など、使用目的によって空調系統を分ける「使用別ゾーニング」、北向き南向きといった方位によって太陽からの熱が違うことに注目して、空調系統を分ける「方位別ゾーニング」などがあります。ゾーニングにより設定した要件に最適な空調システムや機器が選定されます。

まとめ

使う人が快適に過ごすことができる建物の空気を、コスト面や環境面に配慮しながら、効率よくつくりだす。そんな空調システムを構築するには、建物と空調のプロの力が必要です。建物の構造や目的、各空調機器の特徴をふまえて、総合的に検討しなくてはならないからです。
日本メックスにご相談いただけば、建築物環境衛生管理技術者の有資格者をはじめ、建物にも空調にも精通した専門家が、お客さまにあわせたメンテナンス計画及び改修計画をご提案します。
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(文:伊東慎一)

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