平成15年10月25日号〈特集「最良の換気を選ぶ」〉から
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最良の換気はどれか
3つの方式を比較

1. 個別換気
最も簡単、コストも安い

 義務化基準をクリアできればそれでよいというのなら、居室だけに個別換気を付ければOK。個別換気は第一種(ほとんどがいわゆるロスナイ型といわれる熱交換タイプ)でも第三種でも、何なら第二種でもよい。
 個別換気のメリットは、圧損計算のいらない手軽さと安いコスト。換気設計は、基本的にはカタログに表示されている換気量を使い、基準をクリアするように台数や能力、設置場所を決めればよい。
 第三種で行う場合、基準上は給気口が必ずしも必要とされていないから、居室にパイプファン一台を付けるだけでよく、これ以上手軽な方法はない。
 新法が施行されるまで機械による換気など考えたこともなかった関東以西の多くのビルダーとユーザーにとっては、個別換気は最低限の標準的な対応となっている。

快適性高めるには設計が難しい
 しかし、個別換気で快適性を高めようとすると、意外と難しい。まず、ファンの風切り音と振動音が居室には常について回る。セントラル換気でさえグリルの風切り音が気になるとクレームが付くケースがあるのだから、個別換気はさらに厳しい。ファンまわりのクロスの汚れもレジスターまわりの汚れよりはるかにひどくなる。
 性能面では、プロペラファンタイプを代表とする風に弱いタイプが多いことが問題。ファンを取り付けた面に風が吹き付けると、排気できなくなり空回りしてしまう。多少高くても風に強いシロッコタイプを選ぶ必要がある。
 ロスナイ型の第一種熱交換の場合、屋外に排気された汚染空気を再び給気してしまう可能性があり、さらに室内ではせっかく給気した新鮮空気が居室全体に行きわたる前に排気される換気効率の低さ(ショートサーキット)が重要な問題だ。
 また、いずれのタイプもファンの設置場所は外壁面となるため、限られたスペースで生活者の快適性を守らなければならない寝室などでは、ベッドの位置とファンの位置をどう配置するかがとても難しくなる。


第三種換気の場合(右)、換気イメージは対角線上に空気を流し排気グリルへつながる。一方、給排気型の個別換気(左)は換気エリアが限定される上、給気と排気がショートサーキットを起こし、効率が低下する心配もある
個別換気は常に外壁面に取り付けることになる。このプランでは南面を中心にファンが取り付けられるが、開放的なプランでは、アミ部のように換気対象面積が広くなり、個別には向いていない
 個別換気はもう一つの大きな問題がある。それは基準上、一台のファンで二室以上を換気することが認められていないことだ。このため、換気扇の数は居室の数だけ必要になるほか、ホールや廊下などを含めた全般換気をしようとすると、居室以外にもファンを数台付けることになり、このほかにトイレや浴室に独立のファンが必要になる。
 この結果、ファンの台数は一戸でトイレ・浴室を除いても五~七台が必要になるほか、電気代がセントラル方式以上にかかるなど、本来の個別換気の良さはなくなる。
 研究者はダクトを用いない換気(ダクトレスの個別換気)は、空気の流れを作るために建物の気密性が必要だとしている。建物をダクトに見立てて空気を流すためには、ファンによる圧力で空気が動くだけの気密性が必要だからだ。
 しかし、気密性能が比較的高い寒冷地ではダクト式セントラル換気でさえも高い気密性能が必要とされている。
 結局、研究者の言わんとするところは、新法に対応し個別換気を効率的に、快適に、省エネ的に運転しようとしても、ダクト換気にはかなわないということのようだ。

結論・全般換気には向いていない
 これらの課題をクリアし、快適な環境を作るには、建築側が設計段階での十分な配慮を行う必要がある。結局、取り付けは簡単だが、快適な環境を維持するためには難問も多く、とっつきやすさの割に簡単ではないのが個別換気だ。
 個別換気は仕切られた空間を換気する場合や、たばこの煙排出用などにはとてもいい方法。個別換気がダメなのではなく、居室を中心とするいわゆる全般換気を行うには向いていないのだ。この点をしっかりと整理しておく必要がある。
 なお、最近は個別換気を“ダクトレス換気”と呼ぶことが多い。これに対してダクト換気は、一般的にセントラル換気を指すことが多いが、ダクト型でも3ヵ所換気やフロア換気のように全館セントラルと個別の中間的方式もある。そこでここではダクトレス、ダクト型という表現を使わず、個別換気、セントラル換気という表現を使う。

2.セントラル換気
換気効果、騒音対策などいずれにも優れる

 換気方法としては個別換気もあるが、快適性を重視すれば、廊下も含めた家全体を換気するセントラル方式が優れている。暖房も個別ストーブからセントラルへ進化したように、換気もセントラルが進化形であることはファンの騒音、空気を排出するファンの馬力、室内デザインなどの面から考えて、当然のことと言える。
 セントラル換気は居室などに換気グリルを設置し、ダクト配管によって空気をセントラルファンに集め、室外に排出するもの。ダクトを含めたシステム全体の空気抵抗(圧力損失)を考慮しないと換気量が確保できないため、しっかりとした換気設計と機種選定が必要になるが、ファンは1台、熱交換型でも2台で済むので振動騒音が軽減されるほか、換気口1ヵ所当たりの換気量は一般的に30立方メートル/h以下となり、風切り音やダクト内騒音もさほど気にならない。第三種の場合はプライバシーを確保したい部屋に換気グリルを設ける場合はあるが、それ以外はホールやユーティリティなど比較的、音の気にならないところに設置することで、騒音対策も割合と簡単に対応できる。

第一種熱交換
確実な給気と加温効果

 セントラル換気には大きく分けて、自然吸気/機械排気式の第三種と、機械給排気式の第一種があり、第一種はほとんどが熱交換システムを装備している。
 従来、一般的には簡単・確実でメンテが楽なのは第三種、給気を加温し、省エネにもなるのが第一種熱交換といわれており、特に第一種の省エネルギー効果を過大評価して熱交換を推奨する専門家も多くいた。しかし、北海道では評価が異なり、熱交換効果はさほどでもなく、最も効果的なはずの旭川など極寒冷地でイニシャルコスト高を何とか20数年で元が取れるとされてきた。
 つまり、これまでの評価は、どちらの方式を選ぶかはビルダーやユーザーの好みで、ただ先進地である北海道では第三種が主流になっているという状況だった。

全熱型に重大な欠点
給気に汚染空気が混入 ところが、第一種熱交換型には重大な問題があることがわかってきた。それも、換気という最も基本となる機能面についての問題だ。
 結論から言うと、それは換気によって捨てたはずの汚染空気に含まれる汚染物質が、新鮮給気に混じって再び室内に供給されてしまう“混入”の問題だ。これは全熱交換型と呼ばれるタイプのほとんどが抱える重大な欠点だ。
 なぜこんなことが起きるかを説明するには、多少、熱交換器の仕組みを知る必要がある。
 熱交換器には顕熱タイプと全熱タイプがある。顕熱タイプは温度だけを熱交換するもので、輸入品のほとんどがこのタイプ。一方、全熱タイプは熱のほかに水蒸気(それが持っている潜熱)までも新鮮空気に受け渡すもので、エネルギー交換効率は顕熱型より優れており、国産の住宅用熱交換器の多くがこのタイプだ。




水蒸気とホルムアルデヒドなど
さまざまな物質の大きさ(概算比較)

物質名
大きさ
水蒸気
0.04~0.0003ミクロン
ホルムアルデヒド
約0.0002~0.0005ミクロン
風邪ウイルス
0.05ミクロン
インフルエンザウイルス
約0.1ミクロン
細 菌
1~2ミクロン
(炭そ菌:1.5ミクロン)
カ ビ
数ミクロン~数10ミクロン
花 粉
30ミクロン
ダ ニ
200~800ミクロン

1ミクロンは1/1000mm。
水蒸気は一般的に0.04ミクロン程度と言われており、最小単位が0.0003ミクロンでホルムアルデヒドとほぼ同じ大きさ。
花粉フィルターで除去できるのは20ミクロン程度よりも大きい物質だけ

顕熱交換効率が驚異的な90%という高性能ながら、本体が大きい、価格が高いということで苦戦している日本スティーベルの熱交換換気LWZ-160J。
しかし、今回の法律により、熱交換換気で0.5回/hの換気量を確保するには、この程度の大きさと価格が必要であることがわかった。本体寸法は高さ644×幅604×奥行き460ミリ

問題の一つは空気漏れ
 第一種に限らず、すべての換気ユニットに共通する特徴として、器内および器外での空気の漏れ“リーク”がある。第一種の場合、これが15%以下といわれている。第三種でもリークは発生するが、第一種の場合、漏れた空気の一部(5%程度といわれている)が、新鮮空気に混入して室内に再供給されてしまうという問題がある。
 機械である以上、漏れなどの現象はある意味でやむを得ないもので、新法でもその分を見越して換気量を増やせばよいとしている。換気量増加分はどのくらいになるか。例えば150立方メートル/hの換気が必要な場合、5%のリークがあれば150立方メートルの5%増し、つまりおよそ160立方メートルの換気をする必要がある。換気量を増やすことでファンを動かす電気エネルギーと排気熱エネルギーのロスは増えるが、対応は可能だ。

最大の問題は“混合”
汚染物質の5割も?

 本当の問題は、ほとんどの全熱タイプで発生する熱交換器内での汚染空気と新鮮空気の“混合”だ。
 顕熱タイプは車のラジエータのような金属、または樹脂のフィンを使い、そのフィンを介して熱を汚染空気から新鮮外気に伝えるもので、リークは多少あるものの、空気の混合はほとんどない仕組みになっている。
 一方、全熱タイプは水蒸気なども受け渡すことができる紙状の熱交換素子を使っているため、水蒸気と同じかそれより小さい化学物質などは、水蒸気とともに紙の熱交換素子を通って新鮮空気に入り込んでしまう。そしてその混入率は熱交換率とほぼ同じと言われている。つまり汚染空気の五割程度が新鮮空気に混入してしまうのだ(四面の表参照)。
 この問題は以前から非公式には指摘されていたが、公的にも明らかになったのは今回のシックハウス新法の具体的な基準制定の過程だといわれている。
 熱交換換気を積極的に推奨すべきだとする意見と、推奨すべきではないとする意見に大きく分かれるなか、ホルムアルデヒドなどのVOC濃度がどれくらい低くなるかを測定。その結果があまりにも悪かったため原因調査を開始し、給気と排気の混入が主な原因とわかったという。

国交省も注意を促す
 この結果を踏まえ国土交通省は全熱交換器内部での汚染空気の混入について、同省などが編集した『木造住宅のシックハウス対策マニュアル』の中で問題点を指摘している。同マニュアルの190ページでは、熱交換の方式として顕熱型と全熱型を説明した上で次のように解説している。そのまま『』で引用する。
 全熱交換型は『給気の湿度調整効果があり、熱回収効果も顕熱型よりやや高いのですが、環気(排気)の一部が給気に混入するというデメリットもあります。〈以下正誤表による追加文。編集部注〉熱交換換気システムを導入する場合、機械換気量の設計において「有効換気量率(熱交換装置における排気及び装置周辺空気の給気への混入率)」を考慮しなければならず、熱交換器のない換気システムよりやや大きめの機械換気量が必要となります。』
 後半はずいぶんわかりにくい表現となっているが、早い話、全熱型の熱交換換気は汚染空気が新鮮空気に混入するので、その分、換気を増やしなさいと言っているわけだ。
 この問題は極めて重大だ。例えば0.5回/hの換気を行っても、そのうち本当の新鮮空気は0.3回分もないかもしれないということ。先の引用文では『やや大きめの機械換気量が必要』と言っているが、全熱型で起きる混入についてはそういう問題ではないだろう。なぜなら、全熱型の汚染空気の混入率は熱交換効率と同じ50%程度にのぼると考えられ、これでは少なくてもホルムアルデヒドなどのVOC濃度を低減するための換気設備としては、問題ありと言わざるを得ないからだ。
 熱交換換気を採用する場合、多くの全熱タイプのような混入の多い製品は採用すべきではない。必ず顕熱タイプを採用することだ。
 このほか、熱交換タイプは1.器内(特に熱交換素子)での空気抵抗が大きいため、消費電力が大きくなる、2.熱交換による省エネ効果を高めるためには住宅の隙間換気の影響を極力低減できる気密性能(相当隙間面積で0.5平方センチ/平方メートル)が求められる、といわれている。またフィルターの目詰まりは、即・換気不良につながるので、十分に注意が必要だ。


3. 第三種(排気型)
簡単でしかも確実現時点で最良の方法
 第一種熱交換の問題を考えると、汚染空気を確実に排気し、室内にクリーンな空気を導入するためには、課題もあるにせよやはり第三種セントラル換気が最良の選択ということになる。
 第三種は給気を直接屋外から室内に取り入れるため、給気経路での空気汚染の心配がほとんどないほか、排気はすべてファンで集めて排出するので、排気経路の汚染はほとんど問題にならないなど、空気の質をキレイに維持するという換気本来の機能面で安全性が高い。
 また、配管は排気側だけで済むので簡易にしかも安定的に換気を行える。

廃熱利用は難しいが熱交換換気も省エネとは言えない
 第三種は換気廃熱をすべて屋外に捨てることになるが、エネルギーロスを抑えられないか。
 まず省エネ効果からいうと、熱交換換気を採用しても1.換気量そのものが多くなる、2.厳寒期ほど熱交換効率が低くなりやすい、3.給気ファンや熱交換素子の圧損により投入するエネルギーがバカにならない、4.隙間からの漏気は熱交換できない―などの理由で意外と効果が上がらず、第三種だけがエネルギーロスが多いわけではない。
 ただ、何とか廃熱を利用できないかという気持ちもある。その場合は排気熱利用のヒートポンプ暖房が、現状では最もよい方法だ。温度が安定した排気熱を熱源に利用することで、COPは高くなる(詳しくは10月5日号の特集を参照)。
 第三種は以前から2階の給気量が少なくなりやすいといわれている。これは室内の圧力分布の問題で、2階は空気が屋外に出ていこうとする力が強いため、給気グリルから入りにくくなる。
 気密性を上げた上で0.5回/hの換気を行えば問題がないことがわかっているが、気密性が低かったり、換気量が少ないと、外に出ていこうとする空気の力に負けて、2階が給気されにくくなる。2階の給気量が減ったことで換気量が不足するとは限らないが、効率が落ちることは確かだ。気密性能は相当隙間面積で1.0平方センチ/平方メートル以下を実現したい。

課題は給気の冷たさと乾燥感
冷気対策・冷気が触れない設計上の工夫

 一番の課題は何か。やはり冬場の給気の冷たさと乾燥感だろう。熱交換の場合、給気を暖めることができるので、氷点下の空気が直接室内に侵入することはない。また全熱交換ならある程度湿度を維持する効果もある。これらの点がこれまで、第三種にはない熱交換型の魅力でもあったわけだ。
 給気の冷たさの解決方法としては、大きく二つの方法が考えられる。一つは給気を暖める何らかの方法を採用すること。例えば、基礎断熱した床下に新鮮外気を取り入れて室内の空気と混ぜ、暖めてから導入するという方法などが考えられる。ただ、この場合は屋外から床下までと、床下から室内までの導入経路ともに、カビやVOCに十分注意しなければならない。また、確認申請を提出する際、圧損計算書が必要になりそうだ。
 もう一つの方法は、給気グリルを室内の生活域に影響を及ぼさない場所に設置すること。特に寝室ではベッドの位置がポイントになるので、ビルダーは換気設計を依頼するときに、予定しているベッドの位置を図面に明記するべきだ。そうすれば、換気設計者は給気グリルの位置を最適な場所に指定することができる。換気を設備業者任せではなく、ビルダーと設備業者の共同作業と考え、あらかじめ情報を提示することが大切だ。




スウェーデン製給気レジスターの給気温度分布
条件:給気量15/h、外気温-10℃、室温平均19.8℃、サッシ表面温度11.8℃ (ディックス資料)


ベターリビングの平面を使って第三種換気で配管設計した例(ジェイベック)。規定の換気量を確保し、ファンの電力消費をできるだけ抑えるには、圧力損失計算に基づく設計と施工後の換気量測定が不可欠。同じプランで設計しても、換気量や電力消費が大きく異なることがある
アメニアの標準型。現在大型のアメニアDXも発売されている

乾燥対策・室温下げ加湿器も併用
 乾燥感についても1.室温を下げる、2.湿度を上げる―の2つの解決方法があり、その両方の対策を行うことが望ましい。
 まず第一に室温を下げること。室温が下がれば相対湿度が上がり、乾燥感は解消されると言われており、暖房温度をあまり上げないことがポイントになる。
 暖房温度を上げずに寒さを感じない環境をつくるために、一番大切なのが窓の断熱性能。室温が22℃以上あっても寒く感じるのは、窓面の冷気によって体感温度が低下するから。高断熱・高気密住宅では、窓さえ強化しておけば、冷たい部分はほとんどないはず。北海道では最低でもアルゴンLow-Eペア、できればトリプルのLow-E仕様などにすべきだ。
 次に湿度を上げる方法を考えてみたい。
 加湿する方法としては、1.加湿器を使う、2.鉢物をおく、3.浴室の蒸気を拡散させるなどがあるが、ある程度安定的に加湿しようとすれば、加湿器を使うしかない。
 ただ、加湿器の多くは水を小さな水滴状態にして吐き出すタイプなので、加湿器のまわりがジメッとなるなど、健康面でもあまりいい方法とは言えない。
 現在、最も人気があるのが宇部気密ハウジング(株)のパッシブ加湿器「アメニア」だ。
 パネルヒーターなどに引っかけて取り付け、器の水を蒸発させるもので、1.放熱器の熱を利用することで電気を使わない、2.水を蒸気に変えて放散するという優れた利点がある。

施工確認のためにも換気量測定を
 第三種セントラル換気であれば、どのシステムを選んでもOKというわけではない。しっかりと換気量がでるシステムを選ばなければならない。ビルダーは暖房・換気については設備会社任せという例が多いが、基本的な部分はしっかりと押さえておかなければならない。新法施行後は、換気不足が起きれば基準法違反、場合によっては損害賠償問題になるからだ。
 ポイントは、圧力損失計算に基づく換気設計と施工後の換気量測定だが、特にファン本体の力強さとダクトシステムの信頼性が重要だ。
 また、どんな換気システムを選んでも、実際に換気量が出ているかどうかを測定によって確認することが、一番確実な換気量チェックだ。気密測定と同時に換気量測定も必ず行う性能測定をしてほしい。



4. 換気比較表


主な換気方式の比較-有害化学物質の排出

タイプ
比較項目
第一種熱交換
個別換気の第一種熱交換
第三種(参考)
備  考
顕熱型
全熱型
熱交換
温度のみ
温度+水蒸気
基本的には顕熱
なし
輸入品はほとんどが顕熱
熱交換素子
主に金属、樹脂
主に非金属
(紙や透湿膜など)
樹脂、紙、透湿膜など
顕熱でも
紙状の素子がある
熱交換効率
温度のみ
60~90%程度
全熱で
45~65%程度
50~80%
(製品により幅あり)
各メーカーの
カタログ値
漏れ
(リーク)
あり
あり
リークや混入もあるが、屋外に排気された空気の再吸込、および室内での換気効率の低さ(ショートサーキット)のほうが重要な問題
あり
(ただし給気への混入はない)
第一種も漏れた空気のすべてが給気に混入するわけではない
排気の給気への混入
ほとんどなし
水蒸気とともに
ホルムアルデヒドなどVOCも混入する
なし
紙状の素子なら顕熱でも起きる?
フィルタ
あり
必ずしも必要ない
目詰まりに注意が必要
VOC低減の信頼性
高い(ただしリーク分だけ換気量が増える)
低い
低い
高い
紙状の素子なら
顕熱でも不安

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