ダクト式換気システムの設計と設置の経験、実測結果付き

以前、家のリフォームでダクト式換気システムを設置しました。コロナ禍で暇だったので、家の換気システムの風速を測定し、まとめと設計上の注意点を書きます。

簡単に言うと、必ず自分で風速と風量の計算を行い、その上で要求を出すことです。そうしなければ、設置されたシステムは確実に基準を満たしません。

ダクト式換気システムの問題点

最も重要な問題は、騒音と換気能力のトレードオフです。機器本体のモーター音や吹き出し口の風音は非常に大きく、適当に設置すると騒音のせいで使用を躊躇する可能性が高くなります。24時間365日稼働させなければ、本当の意味での換気システムとは言えません。

吹き出し口の騒音は風速と直接関係し、風速は換気能力に関係します。これは得失を考慮する必要があり、メーカーの設計者はこれを考慮しません。

計算方法

ここに基本的な目標を列挙します： 時間当たりの換気回数：0.8回（国家基準）、できれば倍の1.6回以上が望ましい。これにより、日常的には半速運転で国家基準を満たし、低騒音を実現できます。 吹き出し口風速上限：3.5m/s（国家基準）、目標は2.5m/s

これはダクトの定数です： 注：現在の換気システムはPEダクトが主流です。PVCダクトはもう考慮する必要はありません。 PE口径mm: 75 PE内径mm: 63 PE断面積m2: 0.003117 PE単位流量m3/h: 11.22208

次に、各部屋について以下のデータを計算します： 面積m2：入力 天井高m：入力 体積m3：=面積 * 天井高 目標換気量m3/h: =体積 * 時間当たりの換気回数 必要な吹き出し口数： = 目標換気量 / PE単位流量 / 吹き出し口風速上限

以上で、各部屋に必要な吹き出し口の数を算出できます。吸気口の数は、吹き出し口の数より1つ少なく設定できますが、少なくとも1つは必要です。

私が設定した目標パラメータ：

換気システムには換気量という基本性能指標があります。すべての部屋の目標換気量を合計したものが、必要な換気システムの性能です。上記の表では、少なくとも54+170=224の風量が必要であり、つまり250モデルが必要です。

計算結果

欲望を抑えることに注意してください。吹き出し口の数が多くなるほど設置が難しくなり、10個を超えると特殊な機種が必要になるためです。そのため、時間当たりの換気回数を低く設定するか、風速上限を上げるか、一部の部屋を除外する必要があります。

現在の換気システムの設計は、一般的に各部屋に1つの吹き出し口を設置するだけです。上記の結果を見れば、それが完全に不合理であることがわかります。しかし、要求を出したとしても、設計者がその要求を理解できないかもしれません。

換気システムの選択

ダクト式換気システムの効果は主に設計と設置に依存し、換気システム本体自体はそれほど重要ではありません。本質的には2つの送風機にHEPAフィルターと紙フィルターを加えたもので、技術的な内容はなく、輸入ブランドを追求する必要はなく、適切なものを選べば十分です。 熱交換性能を重視する場合は、あきらめることを検討してください。多くのブランドで実際の効果が低いと聞いています。この性能は機器のサイズに比例し、現在は小型機が主流です。

設置の難点

屋外の排気口と吸気口は、短絡を防ぐために離す必要があります。少なくとも1メートル以上離してください。吸気口は、臭いや油煙のない場所を選び、隣人のバルコニー（喫煙者がいる可能性があるため）や、自分や周囲の給湯器の排気口、特に階下のものから離す必要があります。これらの要件は最も達成が難しいものです。

そして、これだけ多くの吹き出し口には、大きな分岐ボックスが必要です。防音材付きのものを選ぶことができます。PEダクトは短いほど良く、曲がりが少ないほど良く、梁をまたぐことが少ないほど良いです。吹き出し口はできるだけ窓や玄関ドアの近くに配置し、吸気口をこれらの場所に配置すると、低圧が発生して屋外のほこりを吸い込みやすくなります。

設置後、各吹き出し口の風速を測定します。一般的にそれぞれ差があります。分岐ボックスのダンパーを調整して、各吹き出し口の風速をできるだけ近づけます。すべての調整が相互に影響するため、難しく、差がそれほど大きくない場合は調整しなくても構いません。

考えすぎると不安になります。基本的に上記の要件を満たせば、99%を超えるレベルですので十分です。

当初は、吹き出し口をエアコンの室外機に向けて風を送れば、熱交換率が向上するのではないかと夢想していました。冬は室内の暖かい空気を排出するので、エアコンの放熱器の霜取りに役立ち、夏は冷たい風が室外機の放熱器を冷却してくれる、素晴らしいと考えていました。

費用

私は合計で75メートルのPEダクトを使用し、吹き出し口6個、吸気口4個を設置しました。PEダクトは1メートル10元、吹き出し口・吸気口と末端部品は1個40元で、すべて自分で購入し、合計約1200元でした。分岐ボックスとその他の材料は設置業者が用意し、設置費と合わせて合計4000元でした。

設置後の効果

では、設置後の効果は、私が以前設計したものとどれくらい異なるでしょうか？風速計で吹き出し口の風速を測定しました：

以上は最高速運転時のデータで、設計値に非常に近いです。ダクト抵抗のため、吹き出し口の総風量は約200前後です。寝室は風速がやや高かったですが、ダンパーを調整するのが面倒でした。リビングはダクトが遠すぎるため風速が低下しました。騒音はセントラルエアコンに近く、許容しがたいため、私は最高でも半速しか使用しません。

寝る時は通常1/3速で運転します。この速度では完全に無音で、効果も良好です。データは以下の通りです：

この速度でも国家基準を満たしており、完全に無音です。吹き出し口の総風量は89で、ちょうど250モデルの1/3の値付近です。

二酸化炭素テスト

1人と1匹の猫でテストした結果、窓を閉めて8時間でCO₂は1500ppm程度まで上昇しました。1/3速の換気システムを稼働させると800前後に維持でき、全速で稼働させると600前後に維持できました。 当初は、時間当たり2回の換気でCO₂を確実に400に維持できると思っていましたが、理想は甘かったです。とはいえ、800でも十分良好です。

気密性

換気システムを設置したため、家の気密性強化に重点を置きました。ドアや窓は元々高気密仕様でしたが、他の排水口、換気扇、給湯器の排気管にはゴムパッキン付きの逆止弁を取り付けました。素人だったため、問題が発生しました。それは、空気が完全に流れなくなると、気圧の微妙な変化によって、分電盤や弱電盤の引き込み配管から空気が入り込み、ほこりを吸い込んでしまうことです。時には隣家のタバコの臭いがするほどで、とんでもないことです。さらに、負圧が大きすぎると、排水管からしか空気を吸えなくなるため、排水が逆流する可能性があります。

現在は、吸気速度 > 排気速度 に設定して室内を正圧に保っていますが、時々ガス給湯器が起動したり、トイレの排気扇を回したりすると、負圧になってしまいます。 このことから、屋外への排気バルブのようなものが必要なのではないかと思います。圧力がある一定値に達すると開いて排気するものです。商業施設で使用されているものに余圧弁がありますが、家庭用は見たことがありません。まさか家でこんなものが必要になるとは思っていませんでした…