5

FPT 法による変⾵量空調システム（VAV 空調システム）の省エネルギー
10

設計・施⼯・調整・試験⽅法に関する技術解説書

第１編
v.20.12024 年 1 ⽉ 6 ⽇

設計編（吉⽥改訂→20231122 委員会後）

吉⽥治典（1〜6）、松下直幹（5.6、6.6、6.7）

15

20

25

建築設備の省エネ性能維持を⽬的とした初期調整等⼿法の実⽤化推進委員会
30

住宅・⾮住宅建築物の省エネルギー・脱炭素・室内環境のための技術体系に関する研究
実証データに基づく技術開発プロジェクト(⾃⽴循環プロジェクト)

35

1

編

第１編

設計編

⽬次

5

1.

はじめに................................................................................................................................................... 42.

⽤語の定義と解説 .................................................................................................................................... 5

3.

VAV 空調システムの省エネとその課題 .................................................................................................. 8

10

4.
15

3.1

給気⾵量と圧⼒ .................................................................................................................................. 83.2

給気⾵量と給気温度........................................................................................................................... 83.3

熱負荷性状の異なる複数室の室温制御............................................................................................ 10

3.4

給気・還気・排気・取⼊外気のエアバランス................................................................................. 113.5

室温制御と空気質 ............................................................................................................................ 11

3.6

暖房と VAV システム ...................................................................................................................... 11

3.7

まとめ............................................................................................................................................... 12

省エネ評価の範囲と対象とする VAV 空調システム............................................................................. 12
4.1

省エネ評価の範囲 ............................................................................................................................ 124.2

システム要件.................................................................................................................................... 13

4.3

対象とするシステムの基本構成...................................................................................................... 14

4.3.1 共⽤排気ファン ......................................................................................................................... 16
4.3.2 対象外とするシステム .............................................................................................................. 165.
20

省エネ設計法 ......................................................................................................................................... 16
5.1

ゾーニングと空調システムの構成 ................................................................................................... 16

5.1.1 ゾーニング................................................................................................................................. 16
5.1.2 システム構成 ............................................................................................................................. 17
5.1.3 最⼩⾵量設定値 ......................................................................................................................... 17
5.2
25

給気ダクト系とファンの設計 .......................................................................................................... 23

5.2.1 VAV ユニットの選定................................................................................................................. 23
5.2.2 給気ダクトの設計...................................................................................................................... 25
5.2.3 給気ファンの選定...................................................................................................................... 26
5.2.4 給気ファンの最⼤・最⼩回転数 ................................................................................................ 28
5.2.5 ファンの電動機・インバータの効率......................................................................................... 28

30

5.3

ファン回転数と給気温度の制御 ...................................................................................................... 28

5.3.1 給気ファンの回転数制御 ........................................................................................................... 28
5.3.2 空調機の給気温度制御 .............................................................................................................. 34
5.4
35

エアバランスと給気系以外の設計 ................................................................................................... 37

5.4.1

Type-A....................................................................................................................................... 37

5.4.2

Type-B1..................................................................................................................................... 42

5.4.3

Type-B2..................................................................................................................................... 43

5.4.4

Type-B3..................................................................................................................................... 44

5.4.5

Type-C....................................................................................................................................... 44

5.4.6

Type-D ...................................................................................................................................... 442

5.5

ファン消費電⼒の推定 ..................................................................................................................... 45

5.5.1 顕熱負荷に対する消費電⼒推定⽅法の⼿順（給気ファン） .................................................... 45
5.5.2 還気⾵量に対する消費電⼒推定⽅法の⼿順（還気ファン） .................................................... 47
5.5.3 外気取⼊・余剰排気・換気ファン ............................................................................................ 47
55.5.4 年間⼀次エネルギー消費量 ....................................................................................................... 47
5.6

初期調整に必要な測定センサと計測⽅法 ....................................................................................... 47

5.6.1 ⾃動制御メーカのツールを⽤いた計測・操作 .......................................................................... 48
6.

FPT 法による VAV 空調システムの搬送エネルギー削減計画書.......................................................... 49
6.1 FPT 法が対象とする VAV 空調システムのゾーニングと構成........................................................ 49

10

6.1.1 ゾーニング................................................................................................................................. 49
6.1.2 VAV 空調システムの構成 ......................................................................................................... 49
6.1.3 最⼩⾵量 .................................................................................................................................... 50
6.2

給気ダクト系とファンの設計 .......................................................................................................... 50

6.2.1 VAV ユニットの選定と仕様指⽰ .............................................................................................. 50
15

6.2.2 給気ダクトの設計...................................................................................................................... 51
6.2.3 給気ファンの選定...................................................................................................................... 51
6.2.4 給気ファンの最⼤・最⼩回転数 ................................................................................................ 52
6.2.5 ファンの電動機・インバータの効率......................................................................................... 52
6.3

20

ファン回転数と給気温度の制御 ...................................................................................................... 52

6.3.1 給気ファンの回転数制御とフィードフォワード線の決定........................................................ 52
6.3.2 空調機の給気温度制御 .............................................................................................................. 53
6.4

エアバランスと給気系以外のシステム............................................................................................ 53

6.5

ファン消費電⼒の推定 ..................................................................................................................... 54

6.5.1 顕熱負荷⽐から給気ファンの消費電⼒⽐を推定する回帰式 .................................................... 54
25

6.5.2 還気⾵量⽐に対する還気ファンの消費電⼒を推定する回帰式 ................................................ 54
6.5.3 可変速ファンの年間⼀次エネルギー消費量.............................................................................. 55
6.5.4 外気取⼊・余剰排気・排気／換気ファンの消費電⼒と⼀次エネルギーの推定 ....................... 55
6.6

初期調整に必要な測定センサ ......................................................................................................... 55

6.6.1 常設センサによる必要計測ポイント......................................................................................... 55
30

6.6.2 テンポラリな⾵量計測ポイント ................................................................................................ 56
6.6.3 ⾃動制御メーカのツールを⽤いた計測・操作 .......................................................................... 56
6.7

初期調整・機能性能試験に関する特記仕様 .................................................................................... 56

6.8

その他............................................................................................................................................... 57

35

3

1. はじめに本書は、オフィスのような⼀般的な⾮住宅建築の保健空調で採⽤される変⾵量空調システム（以下VAV 空調システム）における搬送動⼒の省エネルギー性能を⾼めるための設計・施⼯・調整・試験⽅法に関する技術解説である。
5

VAV 空調システムは、室またはゾーン（以後総称して室と呼ぶ）の熱負荷の⼤⼩に応じて VAV ユニットの供給⾵量を制御して複数の室の室温を個別に維持することができるため、搬送動⼒が低減でき省エ
ネ性能が⾼いと世界中で多⽤されている。確かに空調システムの省エネは重要ではあるが、室温の制御、
適切な気流分布や上限温度分布、換気量の確保、空気質の維持、外界からの漏気を防ぐための適切なエアバランスなど、環境の維持という空調システム本来の性能が備わっていなければ意味はない。また、

10

VAV システムを採⽤しさえすれば、様々な熱負荷や使⽤条件において⾼い省エネ性能を得られると期待するのは早計であり、以下に述べるような課題に対して⼗分な配慮をした設計・施⼯・調整がなされなければ適切な VAV システムの実現は難しい。実際、想定したほどの省エネ性能が得られていない事例が実システムにおいて多数確認されているが、これらの殆どがこうした配慮と対応の不⾜が原因であると
いえる。

15

・

ファンの消費エネルギー（搬送動⼒）は⾵量と出⼊⼝差圧の積にほぼ⽐例する。そのため省エネのためには⾵量制御だけではなく、必要⼗分な最⼩の差圧に制御して運転する必要がある。しかし通常、例え差圧が⼤き過ぎても⾵量調整は VAV ユニットで問題なく制御されるため過剰差圧という不具合が顕在化することはない。必要最⼩限の差圧に制御するための設計配慮と初期調整が不⾜す
ると、この不具合が⽣じる。

20・

供給空気で処理される熱負荷（正確には顕熱負荷）は⾵量×給気温度差（＝室温−給気温度）に⽐例するので、搬送動⼒の省エネのためには給気温度差をできる限り⼤きくする必要がある。しかしVAV ユニットで制御できる⾵量には機械的な制約による上限と下限がある。そのため、例えば、給気温度差が⼩さいと熱負荷が⼤きい室では上限⾵量でも熱負荷が処理できず室温制御が適切にできない、逆に給気温度差が⼤きいと熱負荷が⼩さい室では下限⾵量でも熱負荷の過剰処理となり室温25制御が適切にできない、という現象が発⽣する。従って、給気温度差を適切に制御する機能が必要であるが、例えこの機能があっても、熱負荷状態が余りに異なる室が同⼀ゾーンに併存すると全ての室の室温維持が満⾜できる給気温度が⾒いだせないことがある。このような不具合を避けるためには適切なゾーニング計画が不可⽋である。
・30

空調の⽬的は室温維持だけではなく、室やゾーンの CO2 濃度制御、上下や平⾯の温度分布の均⼀化などという環境維持もある。室温維持に必要な⾵量と環境維持に必要な⾵量は⼀般的に相反することが多く、この場合、どちらか⼀⽅を満たす⾵量とするか両者の妥協的な⾵量としなくてはならない。

・VAV 空調システムは常に供給⾵量が変化するため、給気量の変化に対応して還気・排気などの⾵量も制御をして空調システム全体として適切なエアバランス制御をしなくてはならない。エアバラン

35

スが不適切になると、外界と室の圧⼒差が⼤きくなって想定外の漏気・漏⼊が発⽣し、熱エネルギ
ーの無駄が⽣じたり外気取⼊ダクトから規定の外気量が取⼊れできなくなって空気質が不適切になったりする。
本書では、搬送動⼒を減らす意味の省エネと、上記したような不具合のない VAV 空調システムを構築することを⽬的として、1) 適切に VAV 空調システムを設計する⽅法と、それを 2) 適切に初期調整する

40

⽅法について解説する。本書では、この 1)と 2)とを合わせて FPT 法※と称する。
※

FPT とは Functional Performance Testing:（機能性能試験）の省略形である。
4

2. ⽤語の定義と解説
a. 可変⾵量空調システム（VAV 空調システム、Variable Air Volume Air Conditioning System）
可変⾵量空調システム（VAV 空調システム）は、空調対象室への給気⾵量を増減して室温を制御する
空調システムであり、定⾵量空調⽅式に⽐べて年間の送⾵動⼒を減ずることができる。本システムは、
5給気ファンを有する空調機に加えて、還気ファン、排気ファン、余剰排気ファンなどと、可変⾵量（VAV）ユニット、⾵量制御モータダンパ（MD）など⾵量調整のための機器と、これらを制御する装置を有し、室温制御だけではなく室の空気質の維持や制御も合わせて⾏う機能を有する。また特殊なもの
として、外気を冷却・加熱・加湿して処理するための給気ファンを有する空調機（いわゆる外調機）と可変⾵量 （VAV）ユニットを組み合わせた外気処理空調システムも本システムに含むこととする。

10b. 可変⾵量（VAV）ユニット（Variable Air Volume Unit）
可変⾵量（VAV）ユニットとは、内蔵されたアクチュエータとダンパなどによって⾵量を制御する機構と電⼦的な制御装置を持ち、要求信号に基づいて⾵量を制御することができるユニットをいう。
c. デュアル VAV ユニット
デュアル VAV ユニットとは、ペリメータゾーンとインテリアゾーンの境⽬に両系統の VAV ユニット

15を併設し、ペリメータゾーンが暖房モードで稼働している場合にペリメータゾーンで冷房要求が発⽣す
れば、冷房モードで稼働しているインテリアゾーン系統に接続されたユニットを稼働して冷房要求に対応できるようにするユニットをいう。
c. 室内顕熱負荷
室内顕熱負荷とは、室温を設定温度に保つために必要な供給顕熱量をいう。これは窓・外壁・内壁の20

貫流熱・放射、透過⽇射・放射、すきま⾵、内部発熱などの顕熱負荷の合算値である。
d. VAV 最⼤⾵量設定値
VAV 最⼤⾵量設定値とは VAV ユニットが供給できる⾵量の上限値であり、ユニット毎に設定する制御パラメータで決める。通常この値は、設計最⼤⾵量とし⾵量制御時に、この値以上の⾵量にはなることはない。設計最⼤⾵量は設計最⼤顕熱負荷の処理に必要な給気量である。

25

e1. VAV ユニット最⼩⾵量設定値
VAV ユニット最⼩⾵量設定値とは、VAV ユニットが供給する⾵量の下限値でユニット毎に設定する制御パラメータで決める。通常、この値は、室が要求する CO2 濃度など、環境維持に必要な最⼩⾵量とする。運転中、⾵量がこの値以下にはなることはない。
e2. VAV ユニット供給限界最⼩⾵量30

VAV ユニット供給限界最⼩⾵量とは、VAV ユニットが供給可能な⾵量の下限値※をいう。VAV ユニッ
ト⾵量には適切な制御ができるという意味での最⼩⾵量があり、これはユニットの⾵速センサが精度よく計測できる最低⾵速と対応している。なお、VAV ユニット最⼩⾵量設定値＞= VAV ユニット供給限界
最⼩⾵量である。
※

35

メーカにもよるが下限⾵量はユニット定格⾵量の 10〜20%程度とされ、これはユニット内で計測される最⼩⾵速（約 1.0~1.5m/s 程度）に対応している。

f. 定⾵量（CAV）ユニット（Constant Air Volume Unit）
定⾵量（CAV）ユニットとは、ユニットの前後差圧の変動にかかわらず⾵量を⼀定の設定値に制御することができるユニットをいう。⾃⼒式の専⽤ CAV ユニットが基本であるが、代⽤として VAV ユニッ
トを定⾵量設定として⽤いてもよい。
5

g. ⾵量調整モータダンパ（MD, Motor Damper）
⾵量調整モータダンパとは、⾵量を調整するためにダクトや空調機器に設けるダンパで、モータで開度調整する制御機能が付加されている。
h. 給気温度制御
5

給気温度制御とは、空調機の給気温度が設定値となるように冷温⽔コイルの流量を制御弁で調整する制御をいう。制御弁は通常⼆⽅弁で PI 制御とするのが⼀般的である。
i. 給気温度リセット制御
給気温度リセット制御とは、当該空調機配下にある全ての VAV の要求⾵量信号を⽤いて判定し、上記の給気温度制御設定値に補正を加える制御をいう。

10

j. CO2 濃度制御
CO2 濃度制御とは、空調機への還気空気、あるいは指定する対象室の CO2 濃度が設定値となるように
取⼊外気量を調整する制御をいう。
k. ATF（Air Transfer Factor）
ATF とは、空調機の除去熱量を給気ファンと還気ファンの合計⼊⼒電⼒（熱量換算値）で除した値で、

15

空気搬送に対する省エネルギー指標である。この値が⼤きい⽅が省エネである。除去熱量を顕熱とする
場合と全熱とする場合の２つの定義がある。「エネルギー消費性能計算プログラム（⾮住宅版）（通称Web プログラム）」関係の⽂書では全熱としている。
以下は、図-2.1 を参照。

20

l. 外気導⼊ダクト
外気取⼊⼝と空調機を結ぶ外気を取り⼊れるためのダクト。
m. 給気ダクト
空調機と空調対象室を結ぶ給気⽤のダクト。
n. 還気ダクト25

空調対象室と空調機を結ぶ還気⽤のダクト。
o. 余剰排気ダクト
空調対象室と外気に通じる排気⼝を結び室の余剰空気を排気するためのダクト。
p. 排気／換気ダクト
空調対象室から廊下などの共⽤空間を経由してトイレやパントリーなどに空気を流し、換気が必要な

30

空間から外界へ排気するためのダクト。
u. 給気ファン
空調機から空調対象室に給気するためのファン。
w. 還気ファン
空調対象室から空調機まで還気するためのファン。

35

v. 外気取⼊ファン
外界から外気を空調機に導⼊するためのファン。
x. 余剰排気ファン
余剰空気を外界に排気するためのファン。
6

y. 排気／換気ファン
トイレやパントリーなど、換気が必要な空間から外界へ排気するためのファン。
z. 設計外気量設計で規定した居室⼈員や燃焼器具に対して必要となる新鮮空気の量。
5aa. 必要換気量
トイレやパントリーなどの換気に必要な⾵量。
ab. 外気冷房⽤⾵量
外気冷房⽤⾵量とは、外界から外気を取⼊れ、その熱的ポテンシャルを利⽤して冷房するための⾵量をいう。外気冷房の効果を最⼤にするには給気ファンの⾵量と同じにするのがよいが、外気取⼊⼝・外10

気導⼊ダクトなどが⼤きくなるとか、ファン⾵量を最⼤にすると消費電⼒が⼤きくなりトータルとして省エネでなくなる等の理由で、それ以下の⾵量で設計することもある。
排気(第3種換気)(V-EA)

余剰排気(S-EA)

排気(第3種換気)（トイレ排気ファンなど）

排気(第3種換気)ダクト

INV
余剰排気ダクト

還気ファン
CH

外気
(OA)
外気導⼊ダクト

還気・余剰排気兼⽤ダクト

還気
(RA)

C

INV

給気ファン

給気ダクト
VAV

VAV

Room

Room

︓ VAV, CAV, MD などによる⾵量調整機構
︓ 外気取⼊ファン

図-2.1

︓ 余剰排気ファン

Restroom

標準的な VAV 空調機システムの構成

注）外気導⼊ダクトと余剰排気ダクトにファンと⾵量調整機構が併記されているのは、どちらかが設置されるという意味

15

である。

20

25

30

7

3. VAV 空調システムの省エネとその課題
本章では VAV 空調システムが抱える省エネ上の課題を整理する。図 3.1 に⽰すように、⼀般に VAV 空調システムは、給気ファンを有する空調機、還気ファン、排気ファン、複数の VAV ユニットで構成されるが、空調ゾーンが 1 つしかないシステム、排気ファンがないシステム、余剰排気ファンやダクトが別に5あるシステム、変⾵量ではあるが VAV ユニットを有しないシステムなどシステム構成は多様である。以下では、これらのシステムに共通する課題を整理する。
EF
第3種換気ファン（トイレ排気ファン）

EA
EA-VAV
EA

INV
RA-MD

OA-VAV
OA

CH

C

RF
INV
SF

VAV

VAV

Room

Room

空調機
空調システム
図-3.1

Restroom

標準的な空調機・空調システム例

3.1 給気⾵量と圧⼒10

原理的にファンの消費電⼒は⾵量×圧⼒にほぼ⽐例する。通常、VAV 空調システムでは⾵量制御による省エネがクローズアップされるが、これから分かるように圧⼒も同じインパクトをもつことが軽視されがちである。ダクト内の必要な最⼩圧⼒は、VAV ユニットが⾵量を適切に制御できる最⼩の圧⼒で決まり、必要な最⼤圧⼒は VAV ユニットが⾵量を適切に制御できる圧⼒と VAV ユニットが発⽣する騒⾳値で決まる。過剰に⾼い圧⼒で運転すると省エネではなくなるが、VAV の本来の制御⽬的である室温制

15

御に悪影響が出ることもなく騒⾳値も許容範囲にできる運転であれば、居住者からのクレームはなく不具合はないと⾒なされる。
⼀般論でいえば、ダクト内の圧⼒は空調機からみて末端の圧⼒が低く根元の圧⼒が⾼い。しかし、各室の熱負荷の⼤⼩や室の使⽤／不使⽤により⾵量は時々刻々変化するため常に末端ダクトの圧⼒が低いとは限らない。また複雑に分岐するダクト系では末端がどれかが不鮮明である。そのため、ダクト内の20

どこに最低圧⼒が⽣じるかを設計時に判断することは簡単ではない。
旧来の VAV 空調システムでは、ダクト内に圧⼒センサを設置し、その計測値を⽤いてファンの回転数を制御していたが、最近では当該系統に存在する全ての VAV ユニットの適正開度（⼀般に 85〜100%未満をいう）と全開（100%）の位置をリミットスイッチで感知し、それらの状態信号に基づいてファンの回転数を制御する⽅法が⼀般的になってきている。この⽅法により必要最⼩限の圧⼒に調整することが25

以前より容易かつ適切にできるようになってはいる。しかし、複数 VAV ユニットからの増減要求が相反する状態が⽣じることもあるので問題が完全に解消した訳ではない。

3.2 給気⾵量と給気温度
VAV ユニットは室の顕熱負荷を処理して適切な室温を維持するように給気量を制御する。顕熱負荷（=供給熱量）は⾵量×給気温度と室温の差（以後、給気温度差と呼ぶ）に⽐例するため、⾵量だけでは8

なく給気温度差の制御にも注意を払わなくてはならない。給気温度差を⼤きくすると⾵量が少なくでき搬送動⼒の削減となり省エネではあるが、最⼩⾵量設定値まで絞っても熱負荷を処理し過ぎとなり室が過冷却や過熱状態になったりすることがある。そのため、常に⼀定の⼤きな温度差でなく⾵量が少なくなると温度差を⼩さくし⾵量が増えれば温度差を増すという、給気温度差の可変制御が求めらる。これ5は通常、給気温度最適化制御とかロードリセット制御などと呼ばれるが、本書ではこれを給気温度リセ
ット制御と呼ぶ。
給気温度リセット制御は系統内にある VAV ユニットの⾵量の状態信号を複数のユニットから得て、総合判定するような制御⽅法が採られている。以下、冷房運転の場合についてこれを説明する。
空調機系統に VAV ユニットが１台しかない場合には、図 3.2(左)に⽰すように、最⼤熱負荷時に最⼤⾵

10

量と最⼤給気温度差で運転され、熱負荷が減るに従って⾵量が減じる(①の⽮印の⽅向に変化する)。
VAV ユニットが最⼩設定⾵量になってから更に熱負荷が減ると、給気温度差を増す給気温度リセット制
御が働き、給気温度差が減じられる(②の⽮印の⽅向に変化する)。このように運転点は⻘い太線上を動く。
これを、通称、L 字制御と呼ぶ。搬送動⼒の省エネのためにはＬ字の線上に乗るような制御が望ましい。

風量

15

給気温度

図 3.2 VAV システムのＬ字制御概念図（注：右図は給気温度の軸が左図とは左右逆である）
次に VAV ユニットが複数ある通常のシステムについて考える。この場合、全てのユニットの熱負荷が同時に減って最⼩設定⾵量に到達することは希で⼀部のユニットだけが最⼩⾵量になるため、空調機の⾵量が②の運転に移⾏するのは、 Vmin よりも⼤きい⾵量で⽣じる。つまり②ʼのような変化となる。②ʼ
の⻘線の位置は熱負荷の状況によって様々であるので、運転点は⻘い線状ではなく⾯的に分布する。ま20

た、あるユニットの状態判定によって給気温度差が⼩さい運転がなされていても、別のユニットでは熱負荷が⼤きく⾵量が多い場合もあり得るので、⾵量が多い場合でも給気温度差が最⼤ではないことも起こり得る。つまりユニットが複数あるとＬ字線状を動く制御ではなく、⻘線から離れた⾯的な稼働域となる。図 3.2（右）はこれを⽰す実際の運転状態の頻度分布の例である（右図は給気温度の軸が左図とは左右が逆なので注意）。

25

上記で、Ｌ字上から外れる原因を説明したが、意図的に最⼩⾵量を増す設計をする場合もある。それは、低⾵量時の空気の停滞感や室内の温度ムラが⽣じることを防ぐため、あるいは CO2 濃度など室の空気質を適切に維持するための⾵量を確保するため、などという理由で、最⼩⾵量を VAV ユニット供給限
界最⼩⾵量より⼤きく設定するものである。これは上記した②の⻘線を上（②ʼの⽅向へ）にずらす運転となり省エネ効果は減る。

30

また、制気⼝に結露が⽣じないようにするため給気温度を⾼く設定する設計指⽰がなされることがある。これは①の⻘線が右に移動するため⾵量が増えることを意味し、同じく省エネ効果は減る。
以上のような課題に対応し、かつ稼働点ができるだけ理想的なＬ字上を動く制御となるように設計配慮をし、それに基づく調整をすることが必要である。図 3.3 は実ビルにおける給気⾵量と給気温度の関係
を 1 年間の実測データをもとにグラフ化した例である。図 3.3 左は 5.2 節の「空調機の給気温度制御」で9述べる要求事項に沿って再調整する前の運転状態、図 3.3 右は再調整した後の運転状態である。このように適切な調整によりＬ字により近い運転が可能となることがある。本例では、この再調整の結果、搬送
動⼒が 33%削減できたとされている。

5

図 3.3 VAV 制御の調整前と調整後の給気温度と⾵量の発⽣散布図
⼀⽅、暖房モードの場合は上下温度分布の解消のため熱負荷が減っても供給⾵量を減らさない制御が優先されるのが⼀般的である（図3.4）。これは通称、逆Ｌ字動作と呼ばれる。従って本書では、暖房時10の搬送動⼒の削減は評価しないこととする。
【参考】・⽂献 1 では、VAV 空調システムの給気温度リセット制御とゾーンの湿度制御について考察している。

15
図 3.4

3.3

暖房時の VAV 制御

熱負荷性状の異なる複数室の室温制御

VAV 空調システムは、複数室で熱負荷がそれぞれランダムに変動しても室温維持でき、適応性が⾼く
省エネなシステムだとされる。しかしその適応性には限界もある。例えば、ある系統に、⼤⾯積の事務20室と、不定期に使⽤する⼩さな会議室や内部発熱が少ない役員室などが併存すると、両者の熱負荷性状が⼤きく異なるため、例えば、事務室では給気温度差を増す要求となり会議室では給気温度差を減らす要求となるなどという⽭盾した要求がでることがあり、給気温度リセット制御が適切に稼働せず室の過冷却や過熱が⽣じることがある。そのため、適応性が⾼いとはいえ、熱負荷が類似した室を同じ系統とするいわゆるゾーニングが必要である。しかし、各室間の熱負荷のアンバランスがどの程度であれば同25

⼀ゾーンとして設計していいのかの判断は明解ではなく、現状の設計ではシミュレーションを⽤いた詳
細な検討もしていないため、ゾーニングの不適切さに起因する問題がまだ実際に発⽣している。また、ゾーニングを徹底することは VAV 空調システムのメリットである適応性が損なわれるというジレンマでもある。これを防ぐため、熱負荷性状が⼤きく異なる室にはダクト末端にレヒータを設けるなどという処置をすれば適応性はより増すが、省エネ上は好ましくない。

30

【参考】
・⽂献 2 では実 VAV システムの計測データを検証し、熱負荷バランスの異なるゾーンがあると室温制御に不具合を起こすことがあることを指摘している。
・⽂献 3 では実 VAV システムの計測データを検証し、特定ゾーンの VAV ユニットの状態により給気ファンの回転数が適切に下がらず⾮省エネとなる不具合を起こすことがあることを指摘している。

35

・ ⽂献 4 には、居住者が⾃由に室温設定できるように設計していると熱負荷のアンバランスと同じ状況が⽣じ易いため、室温設定範囲に制限を設けることが好ましいとしている。

10

3.4

給気・還気・排気・取⼊外気のエアバランス

空調システムの給気・還気・排気・取⼊外気の各⾵量は常に適切にバランスしていなければならない。
エアバランスが崩れると、例えば、1) 新鮮空気量や換気量が不⾜して空気環境が悪化する、2)5

新鮮空気が過剰になって空調機の処理熱量が増え⾮省エネとなる、3)

室やゾーンの室内圧⼒と外界圧⼒の差が⼤きくなり過ぎて室の漏気や漏洩が増え⾮省エネとなる、4)

階段や廊下など⾮空調ゾーンから想定外の空気流⼊出が⽣じ⾮省エネとなるなどの不具合が起きることがある。
定⾵量の空調システムであれば各⾵量を施⼯時に調整しておけばエアバランスが維持できるが、VAV
空調システムでは給気量が変化するため、他の⾵量（還気・排気・取⼊外気）も呼応して適切に制御する仕組みが必要である。しかし、給気⾵量の変化に応じて他の⾵量を制御しエアバランスを確実に維持10することは容易ではない。還気・排気・取⼊外気にもそれぞれ VAV ユニットや CAV ユニットを設置して対処する⽅法はあるが、クリーンルームのように緻密なエアバランスが求められてはいない⼀般空調
ではシステムが複雑になり過ぎコストもかかるし、VAV・CAV ユニットを稼働させるのにも圧⼒が要る
ので、常にこれが省エネ的に適切だとは限らない。
そのため、通常は、給気量を基準にした簡易な推定式で還気ファンの回転数（⾵量ではない）を制御

15するとか、換気のための排気量は制御せず⼀定とするなど、便法で設計される。しかし設計の配慮不⾜があるとエアバランスの不具合が発⽣する例が実システムでよく確認される。
【参考】・⽂献 5 では建物とシステム全体のエアバランスを考慮して VAV システムを設計する⼿法が提案されている。

3.5 室温制御と空気質
20

VAV システムは、室の顕熱負荷を処理して室温を設定値に維持するために⾵量を制御する。⼀⽅、室には⼈が滞在していたり⽕気の使⽤があったりするので、CO2 や CO 濃度など空気質を維持するために必要な量の新鮮空気を供給することも要求される。しかし、単⼀ダクト⽅式の VAV 空調システムであれ
ば、還気の濃度の測定値を基にして必要な量の新鮮空気を導⼊して空調系統全体の平均的な空気質の維持はできても、各室の空気質を設定値に制御することはできない。もしも各室の室温も空気質の設定値25に維持することが要求されるなら、例えば新鮮空気供給⽤のダクトと VAV を別に設けて空気質を室温とは別に制御するようなシステムが必要になる。

3.6 暖房と VAV システム
本来、VAV 空調システムは冷房⽤として開発されたシステムである。そのため、このシステムを暖房に⽤いると次のような不具合が⽣じることがある。
30・

供給⾵量が減ったときに上下温度分布が⼤きくなり居住域の気温が不適切になる。

・室の利⽤度が増すと、滞在⼈員ならびにパソコンや照明からの内部発熱も増えて暖房負荷が減るた
め⾵量は少なくてよいが、室の活動量は増すので空気質維持のために⾵量を増やす必要があり、要求が⽭盾する。
インテリアゾーンで暖房要求が⽣じることは多くないので、基本、この状況はペリメータゾーンで発35

⽣する。これを防ぐには、空調システムの設計対応としては、別途熱処理をするシステム（ファンコイルなど）を設ける、末端にレヒータを設けて給気温度を変えられるようにする、あるいは VAV システムを避ける、などの⼯夫や配慮が考えられる。制御の対応としては、暖房時に⽣じる上限温度差を予測して給気温度を制御するというアルゴリズムを導⼊する⽅策がある。最近では、外壁の断熱性がよくなってペリメータゾーンの暖房負荷が少ないため、全て VAV 空調システムだけで対応する設計も多いが、こ40

うした点には⼗分な配慮がいる。
11

ペリメータゾーンは⽅位やファサードの形状によって複雑な熱負荷が⽣じ、特に中間期や冬期に同じ系統で冷房と暖房の混在が⽣じることがある。しかし、同⼀系統のシステムでは冷房か暖房かどちらかしか対応できないので、最近、暖房モードのペリメータ系統と冷房モードのインテリア系統の VAV ユニ
ットを併設した特殊な構造の VAV ユニット（デュアル VAV ユニットと称される）を設置して冷暖両⽅5の要求を満たすことができるようにする⼯夫がみられるようになった。
なお、既に述べたが VAV 空調システムは暖房時の搬送動⼒の削減に殆ど貢献しないことには留意する必要がある。
【参考】・⽂献 6 には、暖房時の給気温度が⾼くなりすぎないように室温との差（給気温度差）を 8〜11℃以下とすべきである

10という ASHRAE などの基準に関する記述がある。

3.7 まとめ
以上のように、VAV 空調システムは原理的には搬送動⼒の削減に有効なはずではあるが、設計・施⼯
および調整・運⽤が不適切であれば種々の不具合が⽣じて搬送動⼒の省エネが⼗分に達成されない。そこで次章では、これらの不具合が⽣じないようにする設計・施⼯・調整・試験⽅法に関して解説する。
15

4.

省エネ評価の範囲と対象とする VAV 空調システム

3 章で述べたような課題を解消して確実に省エネを達成するには、型どおりの⽅法で設計する仕様規定
による設計ではなく、設計者が課題の原因をよく理解した上で、性能規定による設計が求められる。そこで本章では、機能や性能を左右する種々の知⾒を添えて VAV 空調システムの搬送動⼒削減を⽬指す省
エネ設計法について解説する。
20

4.1 省エネ評価の範囲
空調システムが消費するエネルギーは、ファンが消費する電⼒（搬送動⼒）と冷⽔・温⽔コイルで処理する熱エネルギー（熱負荷）の 2 つに分けられる。前者の搬送動⼒の省エネが VAV 空調システムに特有な課題であり、本書ではこれを対象にして解説する。
搬送動⼒と熱負荷の両⽅に関係する省エネ⼿法として、取⼊外気量を CO2 濃度によって制御する⼿法

25

や、中間期や初冬の外気エンタルピーが低い時期に外気を積極的に取り⼊れて冷房効果を得る外気冷房⼿法がある。これらによる省エネは以下の理由により本書の対象外とする。
CO2 濃度制御によって外気取⼊量が減れば、熱負荷の削減と同時に空調や換気の⾵量が減る場合があり搬送動⼒の削減にもなるが、その効果を評価するには CO2 濃度制御のシナリオと関連して評価することが必要であり、搬送動⼒だけを切り離した単独評価はできない。そのため、この制御による省エネに

30

ついては別途評価⽅法を規定することとする。ただし、外気取⼊量の削減による搬送動⼒の削減と VAV
空調システムを適切に運転するために重要なエアバランスとは深く関係するので、この観点については本解説書の対象とする。
外気冷房は、冷房の熱エネルギーを減じることができても搬送動⼒は増加する。そのため、外気冷房ができるシステムの場合は、外気冷房の仕組みが冷暖房運転時の障害とならないように配慮されている35ことを求めた上で、省エネ効果については通常の冷暖房運転時の搬送動⼒の省エネだけを対象とし、外気冷房期間は対象外として評価する。
なお、本書では⾵量を体積⾵量として扱っている。空気は温度による密度変化があるため、同じ質量の空気でも温度が変わると体積が変化するがその変化は無視している。

12

4.2 システム要件
VAV 空調システムの構成には様々なバリエーションがある。そのため、例えファンによる搬送動⼒の削減という観点に絞ったとしても、あらゆるシステム構成に対して共通した設計⽅法や調整⽅法を定めることは難しい。そこで本技術解説書が対象とする VAV 空調システムは、以下のような要件を満たし、5かつ次節 4.3 のようなシステム構成と機能を有するものに限定する。
【システム要件】
1) 空気循環⽅式：

給気⽤制気⼝は天井など空調室の⾼所にあるような空気循環⽅式の VAV システ

ムを対象とする。この⽅式は暖房時に上下温度分布が付きやすく、通常、暖房時には冷房時と異なり⾵量を優先して減ずる制御が採られない。そのため暖房時の搬送動⼒削減は評価の対象としない。
2)

給気ファンの回転数制御：

空調機の給気ファンの回転数は、各 VAV への要求⾵量を積算した全供給⾵量と VAV ユニットの開度情報に基づいて制御する機構とする。
3)

各室・各ゾーン（以下、各室という）への給気量制御： VAV ユニットの給気量は設定室温により制御する。なお、共⽤部分などの給気には CAV ユニットを併設してもよい。

4)

還気ファンの回転数制御：

還気ファンを有する場合は、給気ファンの回転数制御の情報と連携

して回転数制御を⾏い、エアバランスの適切な維持を⽬指す。
5)

換気⽤排気ファン：

空調ゾーンから直接排気したりトイレなどの⾮空調空間から第三種換気で排気したりするための換気⽤排気ファンは原則として固定回転数とする。ただし、外気導⼊量と連動して可変とする場合は、インバータで回転数制御してエアバランスを取るように制御する。
また、複数の VAV 空調システムに対して共⽤となる排気ファンの場合は、時間外に空調機が停⽌された場合のエアバランスについて配慮した制御法を採⽤するように考慮する。
6)

外気取⼊：

外気取⼊量は、空調対象室の空気質の維持のためとトイレなどの換気を考慮した⾵量とする。外気取⼊れは、外気ガラリなどと空調機を直接ダクトで接続して取り⼊れる場合と、このダクト圧損が⼤きいために外気取⼊⽤の給気ファンを別に設けて取り⼊れる場合とがある。
いずれの場合も要求される外気量を規定するために VAV ユニットなどの⾵量制御機構を設ける。
7)

余剰排気ファン：取り⼊れた外気量から換気の排気量を引いた⾵量は余剰空気となる。この余剰空気は還気ファンの後流側からダクトで直接外界に排気する場合と、余剰空気⽤の排気ファンを別途設ける場合とがある。いずれの場合も、エアバランス保持のために⾵量を適切に制御する機構を設ける。
8)

エアバランス：

上記した給気・還気・換気・外気取⼊のエアバランスは、ファンの回転数制御

だけではなく、適切な部分に VAV、CAV、MD などを設けて制御により維持できるようにする。
9） ペリメータゾーンの VAV：

主として冬期、ペリメータ系統は時間と場所によって冷房と暖房の要求が同時に⽣じることがある。このような性状のペリメータゾーンになる可能性があれば、ペリメータゾーンの VAV ユニットにインテリアゾーンの VAV ユニットを併設し（デュアル VAVと称される）、冷暖どちらの要求にも対応できるような考慮する。これによりペリメータゾーンの室温が安定するとされている。
10)

外気冷房：

外気冷房が可能なシステムであっても本解説書の対称とするが、それが通常の冷暖

房運転時の障害にならないような構造であるものとする。なお、設計で想定する外気冷房期間
は、本書でいう省エネの対象外期間として評価する。
11)

CO2 濃度による外気⾵量制御：

還気空気の CO2 濃度によって外気量を可変に制御するシステ

ムも本解説書の対象とするが、この可変による搬送動⼒の削減は対象外とし、空調系統全体として必要な設計外気量が常に取⼊れられるものとして評価する。
13

4.3

対象とするシステムの基本構成

本書が対象とする VAV 空調システムの構成は、下図のようなタイプに限定し、備考に記すような機構や機能を有するものとする。
なお、
5

1)

VAV ユニットからの供給空気は天井⾯あるいは室の上部にある制気⼝から給気されるシステムとする。
（床吹出⼝システムは本書の対象外とする。
）

2)

取⼊外気量が⼀定の場合は設計定格値を OA-CAV にて制御し、可変の場合は室の CO2 濃度により、
OA-VAV あるいは外気取⼊⽤給気ファンを制御する機構とする。

3)
10

トイレやパントリーなどからの排気量は原則⼀定値とするが可変の場合は外気取⼊量を連動して制御できる機構とする。

4)

トイレやパントリーなど、共⽤スペースからの排気系統が複数の VAV 空調システムを共⽤されていてもよいが、ファンの⾵量制御や台数制御により⾵量バランスが保たれる⼯夫をすることが望まれる。
Type-A（基本型）

第3種排気(3-EA)

第3種換気排気経路（第3種換気系ダクト）
第3種換 気排気ファ ン（トイ レ排気ファン）

余剰排気経路（余剰排気ダクト）
余剰排気(S-EA)INVEA-VAV
RA-MD

外気
(OA)

還気・余剰排気兼⽤経路（還気ダクト)

還気ファン
還気
(RA)

OA-VAVCH

給気経路（給気ダクト）INV

C

外気導⼊経路（外気ダクト）

VA V

VA V

Room

Room

給気ファン

Res troom

外気冷房が可能なシステムとする場合は、外気取⼊・余剰排気の⾵量が多⼤となるので、制御を適切にするためには外気冷房専⽤の OA-VAV、
EA-VAV を別途設けることが好ましい。

・還気ファンを有するシステムである。
・外気（OA）取⼊⾵量は OA-VAV ユニ
ットで制御する。
・OA ⾵量は固定値でも可変でもよい
が、固定でも VAV ユニットで制御する。
・OA ⾵量が可変の場合は CO2 濃度により制御する（最⼩値は換気排気量となる）。
・外気取⼊れダクトの抵抗が⼤きい場合
は外気取⼊ファンを設けてもよい。この場合でも OA-VAV による⾵量制御ができるようにする。
・余剰排気ダクトには EA-VAV ユニッ
トを設け、（=OA 量−換気量）として演算した⾵量になるように制御する。
・AHU への還気ダクトには MD を設けて要求 OA 量が得られるように制御する。
・換気ファンは固定速とする。
・還気ファンが空調機と⼀体になったシステムも同類の Type とする。

Type-B1（還気ファン無・余剰排気ファン有＋余剰排気別経路）

第3種排気(3-EA)

・還気ダクトとは別に余剰排気ダクトとファン、EA-VAV ユニットを設けたシステム。
・外気（OA）取⼊れの設備と制御に関しては Type-A と同じ。
・EA-VAV ユニットの制御も Type-A と同じ。
・AHU への還気ダクトに設ける MD の制御も Type-A と同じ。
・排気ファン固定速とする。

第3種換気排気経路（第3種換気系ダクト）
第3種換 気排気ファ ン（トイ レ排気 ファ ン）

余剰排気(S-EA)EA-VAVINV

余剰 排気ファ ン

余剰排気経路（余剰排気ダクト）
還気経路（還気ダクト）

RA-MD
還気
(RA)

外気
(OA)

OA-VAV
外気導⼊経路（外気ダクト）

CH

INV

C

給気経路
（給気ダクト）
VAV

VA V

Room

Room

給気 ファ ンRes troom

14

Type-B2（還気ファン無・余剰排気ファン有＋還気と余剰排気は兼⽤経路）

第3種排気(3-EA)

・還気ダクトと余剰排気ダクトを兼ねるシステム。
・余剰排気ファンと EA-VAV ユニットとを設ける。
・外気（OA）取⼊れの設備と制御に関しては Type-A と同じ。
・EA-VAV ユニットの制御も Type-A と同じ。
・AHU への還気ダクトに設ける MD の制御も Type-A と同じ。
・排気ファンは固定速とする。

第3種換気排気経路（第3種換気系ダクト）
第3種換 気排気 ファン（トイ レ排気ファ ン）

余剰排気経路（余剰排気ダクト）
INV

余剰排気(S-EA)EA-VAV

余剰排気ファ ン

RA-MD

還気・余剰排気兼⽤経路（還気ダクト)

CH

還気
(RA)

外気
(OA)

OA-VAV

給気経路（給気ダクト）

INV

C

VA V

VA V

Room

Room

給気ファ ン

外気導⼊経路（外気ダクト）Restroom

Type-B3（還気ファン無・余剰排気ファン無＋換気ファン固定速・還気ファンも余剰排気ファンもないシステム。
・取⼊外気は全て換気ファンで排気され、取⼊れ外気量は固定値（CAV）である。
・AHU への還気ダクトに設ける MD の制御は Type-A と同じ。

第3種換気排気経路（第3種換気系ダクト）

第3種排気(3-EA)

第3種換 気排気 ファ ン
（トイ レ排気ファ ン）

還気・余剰排気兼⽤経路（還気ダクト)

RA-MD
還気
(RA)

外気
(OA)

OA-CAV

CH

INV

VA V

VA V

Room

Room

C
給気ファ ン

外気導⼊経路（外気ダクト）Restroom

Type-C（外気取⼊無・還気・余剰排気・換気ファン無）・空気循環のみのシステム。
・ペリメータゾーン⽤の AHU システム
で、デュアル VAV として、冷・暖の要求に対応右するため給気をインテリ
ア系統と選択できる構造にすることがある。

還気⽤経路（還気ダクト)

還気
(RA)

CH

INV

C
給気 ファ ンイン テリア 系統
空調 機
A or B Type
VA V

VA V

VA V

VA V

デュ アルVAV

イン テリアペリ メータType-D（給気系統のみ）

CH

INV

外気
(OA)

AHU

SOA
SOA-VAVC
給気 ファ ン

AHU
SOA-VAVAHU
SOA-VAV

15

・外気処理⽤の AHU で末端供給先にVAV ユニットを設けるシステム。
・各系統 AHU の給気ダクトに直接ダクト接続するシステムもこれに含む。

Type

還気ファン

排気ファン

余剰排気ファン

外気取⼊ファン

A

◎可変

○固定

−

△（可変）

基本型

B1

×

○固定

◎可変（固定）△（可変）

還気ファンなし・余剰排気ダクトあり

B2

×

○固定

◎可変（固定）△（可変）

還気ファンなし・余剰排気ダクトなし

B3

×◎可変（固定）×△（可変）

余剰排気ダクトなし

C

×

×

×

×

主としてペリメータゾーン⽤

D

×

×

×

×

外気処理空調機

図-4.1.1 VAV 空調システム構成の Type 分け◎回転数制御あり ○回転数制御なし △設置する場合がある（原則回転数制御あり）。

4.3.1
5

共⽤排気ファン

上記、A・B タイプのシステムでは、取り⼊れた外気の⼀部を共⽤部のトイレなどから排気ファンで排気するが、⼀般に、⼤規模なビルなどでは同じ階に複数の VAV 空調システムがあったとしても排気ファンは共⽤とされることが多い。この場合、排気ファンが固定速であれば、空調時間外に⼀部の空調シス
テムが停⽌されると給排気のバランスが崩れてしまう。このように、時間外の運転などで⼀部のテナン
ト系統を停⽌する頻度が⾼い場合は、共⽤排気ファンを固定速とせず、可変速にするとか排気ファンを10

台数制御できるようにするとかして⾵量バランスを維持するような設計をすることを考慮する。

4.3.2

対象外とするシステム

図-4.1.2 のように、還気と余剰排気のダクトが兼⽤のシステムで、余剰排気ファンが設置されていない Type-B-2 と15似た構成のシステムが実システムに⾒第3種排気(3-EA)

余剰排気経路（余剰排気ダクト）
余剰排気(S-EA)

第3種換 気排気 ファ ン
（トイ レ排気 ファ ン）

還気・余剰排気兼⽤経路（還気ダクト)

EA-MD
RA-MD

られる。このシステムは、還気ダクトの経路が⻑く抵抗が⼤きいと外界に対第3種換気排気経路（第3種換気系ダクト）

還気
(RA)

外気
(OA)

する室内圧⼒が相当⾼くなるため室かOA-VAV
外気導⼊経路（外気ダクト）

CH

INV

C

VA V

VA V

Room

Room

給気 ファ ンら の 漏 気 が 多 くな っ て ⾮ 省エ ネ と な20る。そのため本書では⾮推奨（評価対象外）とする。

Restroom

図-4.1.2 ⾮推奨とするシステム

5. 省エネ設計法3 章で VAV 空調システムにおける搬送動⼒の省エネ効果を⼗分に得るには様々な課題があることを述べた。本章では、それらの課題を解消して、VAV 空調システムの搬送動⼒の省エネを達成する設計⽅法
25について解説する。

5.1
5.1.1

ゾーニングと空調システムの構成
ゾーニング

4 章で述べたように、VAV 空調システムの設計においては、室の熱負荷や利⽤形態に基づいた適切なゾーニングをして系統分けをすることが搬送動⼒削減のために重要である。特に、標準オフィス系統に
30

会議室や役員室という特殊な熱負荷や使⽤条件の室がある場合には、VAV 空調システムの制御が安定か16

つ適切となり搬送エネルギーの削減につながるように、そういう室の熱負荷を別途処理するためのシス
テム的な配慮をすることが好ましい。
(1) 建築的配慮
ペリメータゾーンには⽅位や区画の違いによって冬期や中間期に冷暖房が同時に発⽣することがある。
5

特にファサードの形状が複雑な場合や⽇射制御の⼯夫が不⾜する場合に同時発⽣が起きやすい。同⼀系
統の空調システムは、冷房か暖房かどちらかしか対応できないので、同時発⽣が⽣じるとそのゾーンに
部分的な過冷や加熱が発⽣し室温維持が不適切となる。そのため、ペリメータゾーンの熱負荷に⼤きな
不均質がある場合は、庇を設ける、外壁や窓の断熱性を増す、ダブルスキンとするなどの建築的な⼯夫をして、できる限り時間的にも空間的にも熱負荷を均質化するように配慮する。

10(2) 設備的配慮
設備的には、ファンコイルなどの熱処理をするシステムを別に設けるなどして、VAV 空調システムに作⽤する熱負荷の不均質を少なくする、冷暖房が同時に⽣じても対応できるように暖房モードのペリメータ系統と冷房モードのインテリア系統の VAV ユニットを併設したデュアル VAV ユニット設置して冷暖両⽅の要求を満たすことができるようにするなどの配慮をする。

15

5.1.2

システム構成各ゾーンの要求と熱負荷や環境維持の特性により、4.3 節で説明した A〜D のシステム Type のどれが当該ゾーンに適切かを判断して設計する。
VAV 空調システムを採⽤する⽬的は搬送動⼒の削減だけにあるとは限らない。例えば、通常、熱負荷が⼩さいときには供給⾵量が少なくなるが、そういう状況になると室の空気が停滞するためそれを避け20るために最⼩⾵量を多めに設定して必要な換気回数を確保するという設計意図があってもよい（ただし、省エネ効果は減じる）。VAV 空調システムを採⽤する⽬的とその付帯事項、特に最⼩⾵量をどのように規定したのかを明確にし、システム構成とその設計意図を設計計画書に記載することが重要である。

5.1.3

最⼩⾵量設定値

VAV ユニット⾃体が⾵量調整できる VAV ユニットの最⼩値を VAV ユニットの供給限界最⼩⾵量と呼25ぶ。これはメーカにもよるが定格⾵量の 10〜20%程度とされる。このようにユニット⾃⾝の⾵量調整範
囲は広く、搬送動⼒の省エネの観点からは好ましい制御性を持つが、前述したように、以下の理由により必ずしもこの供給限界最⼩⾵量まで絞らず、意図的にそれよりも⼤きい最⼩⾵量で運転するように設定して設計することがある。
1. 各室の環境条件（CO2 濃度など）を維持するための外気量を確保するため。

30

2.

室内空気の停滞感をなくすための循環⾵量を確保するため。

3.

供給空気を絞り過ぎると還気ファンの⾵量が極⼩になりサージング運転となってファンが振動したり過熱したりという不適切な運転となることがあるので、この不具合が発⽣しないような⾵量を確保するため。

⼀般に VAV 空調システムの設計では、「熱負荷が減れば VAV ユニットが⾵量を絞り、それに応じて各
35

ファンは、適切に回転数が減るように制御される」としていて、⾵量が少ない運転における設計配慮が不⾜している。⾵量制御に下限があるということは搬送動⼒の省エネにも限界があるということを意味するため、⾵量の下限値を意識することは重要である。そのため設計者が、上記の課題や空調システム
全体のエアバランスを考慮した上で、どのように最⼩⾵量を決め、その制御⽅法をどのように設計したかを設計計画書に記すことが重要である。なお、最⼩⾵量は、

401) VAV ユニットの最⼩⾵量設定値172) 回転数制御を⾏う給気ファンや還気ファンの最⼩⾵量について設計で規定することが必要である。以下に、最⼩⾵量をどのように規定すればいいかについて例⽰する。
5■

標準 Type-A の例
Type-A は還気ファンがあるため還気⾵量をゼロにはできないという制約がある。このため、余剰排気量 VEA は還気ファンが最⼩回転数で運転されるときの最⼩⾵量 VR,min （サージングが⽣じない下限）より
⼤きくなくてはならないという制約があるので VR,min と等量とする。つまり、 VEA  VR ,min
なお、第３種換気排気量は VVE  VOA  VEA となる。
第3種排気(3-EA)

第3種換気排気経路（第3種換気系ダクト）
第3種換 気排気 ファ ン
（トイ レ排気 ファ ン）

余剰排気経路（余剰排気ダクト）
余剰排気(S-EA)INVEA-VAV
RA-MD

外気
(OA)

還気・余剰排気兼⽤経路（還気ダクト)

還気ファン
還気
(RA)

OA-VAV

CH

INV

給気経路
（給気ダクト）
VA V

VA V

Room

Room

C

外気導⼊経路（外気ダクト）給気ファン

10Restroom

次に、VAV ユニットの最⼩⾵量設定値、各ファンの最⼩⾵量などを規定する３種類の⽅法を説明する。
【例-A1】

各 VAV の必要外気量を基に規定する⽅法

本⽅法では、各 VAV ユニットの最⼩⾵量設定値を、空調機で取り⼊れる外気量を VAV ユニットの定15格⾵量で按分して求める。また、還気ファンの⾵量をゼロにはできないので、それを考慮してファンの最⼩⾵量を決定する。
＜⼿順＞
1)

各室（k）の⼈数などから必要外気量 VOA, k を求める。

2)

各室の 必要外気量 VOA, k の全室合計  VOA, k を空調機で取り⼊れる外気量 VOA, AHU とする。

3)

各 VAV ユニット（k）の最⼩⾵量設定値 VVAV ,min, k を次式で求める※。

all

20

VVAV ,max,k
VVAV ,min, k = VOA, AHU × all
 VVAV ,max,n...(5.1.1)

n

ここで、

25

all

VOA, AHU ：空調機で取り⼊れる外気量（=  VOA, k ）[m3/h]VVAV ,max,k ：VAV(k)の 定格⾵量（=設計⾵量）[m3/h]

上記の全室合計値（=空調機の定格⾵量 Vr , AHU ）[m3/h]all VVAV ,max,n ：nk

ただし、最⼩⾵量設定値 VVAV ,min, k は VAV ユニット供給限界最⼩⾵量より⼩さくはできないので、

18

VVAV ,min, k  VVAV , L min, k
ここで、 VVAV , L min,k :5

ならばVVAV ,min, k  VVAV , L min,k

VAV ユニット供給限界最⼩⾵量[m3/h]※） 単⼀ダクト⽅式の VAV システムの場合、滞在⼈員に対して空調系統全体で必要とされる換気量は供給できるが、各室の滞在⼈員に応じて各室で必要な新鮮空気量を供給することはできない。
（3.5 節参照）

本⽅法で VAV ごとの最⼩⾵量設定値を各室に按分しても、様々な熱負荷で稼働する状況下では熱負荷が⼤きい室に多くの⾵量が供給されるため、常に各室に必要外気量の配分がなされるとは限らない。つ10

まり本⽅法は空調系統全体で平均的な外気量を配分することしかできない。従って他室と⽐較して在室
⼈員密度が⾼い室では外気量が不⾜する可能性が⾼い。これを解消するために設計で最⼩⾵量設定値を無理に増やすように指⽰すると、VAV ユニットから⾵量不⾜の信号がでて給気温度リセット制御が働き、給気温度差が⼩さくなるように制御され、⾮省エネな運転状態になる割合が⾼くなる。設計でこういう指⽰をしないように注意する。他室と⽐較して在室⼈員密度が⾼い室があり、その外気量を確実に担保15

したい場合は VAV ユニットに頼らず、別途、外気導⼊機構を付加するなどの⽅策を考慮すべきである。
4)給気ファンの最⼩⾵量 VAHU ,min は下式で決まる。
all

VAHU ,min = VOA, AHU =  VOA, k...(5.1.2)

k

20

5)

還気ファンの最⼩⾵量 VR ,min を決める。
最⼩⾵量で運転されるとき、エアバランス上は還気ファンの⾵量をゼロとする設計もできるが、回転しているファンの⾵量をゼロにするとサージング域に⼊り振動する、ファンが過熱するなどの障害があるので実際上は避けなくてはならない。ファンの最⼩⾵量を決める詳細な⽅法として、サージング域に⼊らない最⼩⾵量 VR ,min をファン特性から求める⽅法もあるが、設計段階でこの⽅法によることは⾯倒で25あるので以下のような便法を採る。
ファンの最⼩回転数が 30%程度とされること、更にサージング域に⼊るのは 30%運転時の定格に相当
する⾵量の 1/3 程度であると想定し、最⼩⾵量 VR ,min を回転数 100%時の定格⾵量 VR ,max の 1/3×1/3=1/9≒1/10 とする※1。つまり、

30

VEA ＝ VR ,min = 0.1× VR ,max...(5.1.3)

ここで、

35

VR ,max ：還気ファンの定格⾵量[m3/h]

VEA ： 余剰排気量（個定値）[m3/h]VR ,min ：最⼩回転数時にサージングが起きないと想定される最⼩⾵量 [m3/h]
設計段階では還気ファンの回転数⽐を給気ファンの回転数⽐と同じとして制御するものとする。しかし初期調整時に、還気ファンの回転数⽐をより省エネに制御するためのフィードフォワード線（⼀次式）のパラメータを実システムに対して⾒出し、それを実装することとする※2。

40
19

6)

第三種換気の排気ファンの⾵量 Vvent は固定値であり下記となる。

Vvent = VOA, AHU  VEA
5

（固定値）

…(5.1.4)※1 運転ファンの運転可能最⼩⾵量を定格⾵量の何分の 1 にすればいいかはファンの特性による。ファン特性が定格⾵量の 1/3 の程度でサージング域に⼊るようなものなら、回転数⽐制御の下限値が定格値の 30%程度までなので、ファンの相似則からして、定格⾵量の 1/3×1/3=1/9 程度までは運転ができると考える。本来、定格⾵量の何分の 1 まで運転が可能かをファン特性から判断しなくてはならないが、設計段階ではメーカが未定で適切にファン特性を得るのは難しいためこれを 1/10 とする。

10※2 給気ファンは VAV 開度情報により制御されるので省エネ上最適な運転がなされる。通常、還気ファンは給気ファンと同じ回転数⽐で制御されることが多いが、これでは還気ファンは最適運転なされたといえない。その理由は、⼀般にファン能⼒は過⼤に設計される傾向にあるため、還気ファンは給気ファンよりも⼩さな回転数⽐で運転できる可能性があるためである。そこで本 FPT 法では、初期調整時に還気ファンの回転数⽐をより省エネに制御するためのフィ15

ードフォワード線（⼀次式）のパラメータを実システムに対して⾒出し、それを制御装置に実装する。

なお、本⽅法により調整しても、室の熱負荷が減って VAV ユニットが on-off 運転の状態になると外気導⼊量が不⾜気味の運転になることには注意が要る。
20【例-A2】

同⼀空間内の必要外気量を基に規定する⽅法

A1 の⽅法では VAV ユニットごとの必要外気量で最⼩⾵量を規定したが、壁で仕切られた室（同⼀空間ゾーンと呼ぶ）に複数の VAV ユニットがある場合は、VAV ユニットごとの必要外気量ではなく、ゾーンが必要とする外気量を基にした制御ができる※）。この場合の最⼩⾵量の決め⽅を以下に説明する。
＜⼿順＞
25

1)

同⼀空間ゾーン（k）の⼈数などから必要外気量 VOA, k を求める。

2)

同⼀空間ゾーン（k）の 必要外気量 VOA, k の全室合計  VOA, k を空調機で取り⼊れる外気量 VOA, AHU と

all

する。
3)

同⼀空間ゾーンの最⼩⾵量設定値 Vmin,zone を、当該ゾーン VAV ユニットの定格⾵量合計値に対する
全 VAV ユニットの定格⾵量合計値の⽐で配分した⾵量とする。つまり、
zone

30

 VVAV ,max,iVmin,zone = VAHU ,OA × alli
 VVAV ,max, n...(5.1.5)

n

ここで、
all

空調機で取り⼊れる外気量（=  VOA, k ）[m3/h]

 VVAV ,max,i ：

同⼀空間ゾーン（i）の 定格⾵量（=設計⾵量）[m3/h]

 VVAV ,max,n ：上記の全ゾーン合計値（=空調機の定格⾵量 Vr , AHU ） [m3/h]

VOA, AHU ：
zone
i
all
n

k

35
なお本⽅法では、制御装置として、⾵量をこのゾーンの最⼩⾵量設定値 Vmin,zone を基に制御するようなロジックを組むことを前提にしている。

20

4)

各 VAV ユニットの最⼩⾵量設定値は供給限界最⼩⾵量とする。つまり、

VVAV ,min, k  VVAV , L min, k
ここで、 VVAV , L min,k :5... (5.1.6)

VAV ユニット供給限界最⼩⾵量[m3/h]

本⽅法の⻑所は、・

VAV ユニットの⾵量制御範囲が広くなり制御性が良くなる。

・

熱負荷が減って on-off 運転となり VAV ユニットが閉⽌運転する率が⾼くなってもゾーン全体では外10

気供給量が確保される。
・

ファンの最⼩⾵量は VAV ユニット毎に最⼩⾵量設定値を規定する⽅法よりも⼩⾵量で運転できる時間が⻑くなり搬送動⼒の省エネになる。

・

局所的空間の過冷や過熱という不具合を減らすことが期待される。

5)

給気ファンの最⼩⾵量 VAHU ,min と還気ファンの最⼩⾵量 VR ,min の決め⽅は【例-A1】と同じである。

15※）あるメーカーでは、この制御を⾵量総和制御と呼んでいる。

【例-A3】

室の最低空気循環量を基に規定する⽅法

本⽅法では、室空気の停滞感をなくすために、VAV ユニットの最⼩⾵量設定値を例えば定格⾵量の2050%などとして定める。本⽅法の場合、循環空気量が多いので還気ファンの⾵量がゼロになるような運転状態は⽣じないので、【例-A1】のように還気ファンの最⼩⾵量を考慮する必要は特になく、【例-A1】と同様に給気ファンと連動した回転数⽐で運転すればよい。
＜⼿順＞
各 VAV ユニット（k）の最⼩⾵量設定値 VVAV ,min,k を室空気の停滞感をなくすための⾵量⽐ pVAV , k

1)25を設計値として規定する。つまり、

VVAV ,min,k  pVAV , k  VVAV ,max, k
ここで、 pVAV , k ：... (5.1.7)

室空気の停滞感をなくすための⾵量⽐302)

余剰排気量 VEA は下記となる。

VEA = VOA, AHU  Vvent
35

（固定値）

…(5.1.8)

本⽅法は、VAV ユニットの⾵量制御範囲が狭くなるため制御性が悪く、かつ最⼩⾵量が⼤きいので搬送動⼒の省エネが損なわれるという短所がある。
■

Type-B1 の例
Type-B1 は、原則、取⼊外気量 VOA が⼀定値で余剰排気も⼀定となる（余剰ファンに INV を設けるの

40

は VOA が可変となる場合のみである）。

21

第3種排気(3-EA)

第3種換気排気経路（第3種換気系ダクト）
第3種換 気排気 ファ ン
（トイ レ排気ファ ン）

余剰排気(S-EA)

INV

余剰 排気ファ ン

EA-VAV

余剰排気経路（余剰排気ダクト）
還気経路（還気ダクト）

RA-MD
還気
(RA)

外気
(OA)

OA-VAV

CH

VA V

VAV

Room

Room

C
給気 ファ ン

外気導⼊経路（外気ダクト）【例-B1】

給気経路（給気ダクト）INV

Restroom

最⼩⾵量を各 VAV ユニットで規定する例

VAV ユニット最⼩⾵量設定値として、必要外気量を確保する⾵量として Type-A と同様に配分する。
5

＜⼿順＞
1)

各 VAV ユニット（k）の最⼩⾵量設定値 VVAV ,min,k は【例-A1】と同様の⽅法で決める。

2)

給気ファンの最⼩⾵量も【例-A1】と同様の⽅法で決める。

3)

余剰排気ファンの⾵量は下式で決まる。

VEA  VOA  Vvent

104)… (5.1.9)

余剰排気ファンに INV が付く場合は OA-VAV への⾵量指⽰値と連動して制御する。ファンの最⼩⾵量に対する⼤きな制約は⽣じないので最⼩⾵量を規定する必要は特にない。

15■

Type-C の例
Type-C は給気ファンしかないため、給気ファンの回転数が最⼩で運転される場合にサージングが起きない最⼩⾵量 V AHU ,min を定め、それを各 VAV に配分して VAV ユニット最⼩⾵量設定値を定める。
＜⼿順＞
1)
20

各 VAV ユニット（k）の最⼩⾵量設定値 VVAV ,min,k を次式で求める。

VVAV ,max,k
VVAV ,min,k = VAHU ,min × all
 VVAV ,max,n...(5.1.10)nただし、最⼩⾵量設定値 VVAV ,min,k は VAV ユニット供給限界最⼩⾵量より⼩さくはできないので、

VVAV ,min, k  VVAV , L min, k

ならば

VVAV ,min, k  VVAV , L min, k
還気⽤経路（還気ダクト)

還気
(RA)

CH

INV

C
給気ファ ンイン テリア系統
空調 機
A or B Type
VA V

VA V

VA V
デュ アルVAV

イン テリア25
22

ペリ メータ

VA V

5.2

給気ダクト系とファンの設計

5.2.1

VAV ユニットの選定

VAV 空調システムの核となる VAV ユニットの能⼒と制御仕様を、以下で述べる⽅法により決める。
【能⼒】

Vmax ：
rmin ：

5

定格⾵量（最⼤⾵量）[m3/h: CMH]

運転可能な最⼩⾵量⽐（VAV ユニット供給限界最⼩⾵量に対応）[−]pVAV ,min ／ pVAV ,max ： 適正に稼働できる最⼩／最⼤の稼働前後静圧 [Pa]（VAV ユニットの前後静圧がこの圧⼒範囲にあれば最⼤給気⾵量から最⼩給
気⾵量まで安定して給気できる）
10【制御機能仕様】
・

空調停⽌信号により VAV ユニットを全閉にする機能を有すること

・

VAV ユニットの「全開信号（100%）」、「適正開度信号（⼀般に 85〜100%未満をいう）」を発信する機能を有すること(1) 定格⾵量（最⼤⾵量）
15

VAV ユニットの最⼤給気⾵量 Vmax は対象室の顕熱負荷をもとに下式で決める。ただし、冷暖房共に⽣じる室であれば、冷房時の Vmax,cool と暖房時の Vmax,heat の両⽅を求めて⼤きい⽅を採⽤する。

Vmax  3600 qs
 c p,a (Tset  Ts )...

（5.2.1）

ここで、
20

25

Vmax ： 定格⾵量（最⼤給気⾵量） [m3/h（CMH）]
Tset ： 設定室温
Ts ： 給気温度

[℃]

qs ：

[kW]

室の顕熱負荷[℃]c p , a ： 空気の⽐熱[kJ/kg・K]：[kg/m3]

空気密度(2）VAV ユニット供給限界最⼩⾵量VAV ユニット供給限界最⼩⾵量⽐とは VAV ユニットが安定的に供給できる下限⾵量をいい、メーカにもよるが⼀般に機器定格⾵量の 10〜20%程度とされる。最⼩⾵量は、物理的に供給可能な最⼩の⾵量ではなく適切な制御ができる下限⾵量であり、ユニットの⾵速センサが精度よく計測できる最低⾵速（1.030〜1.5m/s 程度）と対応している。
VAV ユニットのサイズは規格化されており、あるサイズに対する機器定格⾵量の範囲が定められている。従って、この範囲を満⾜するからといって⼤きいサイズのユニットを選ぶと供給限界最⼩⾵量が相対的に⼤きくなって制御性が悪くなる。前項で述べたように、冷房時と暖房時では定格⾵量が異なるため、例えば、暖房時の定格⾵量が冷房時より⼩さければ、冷房時より暖房時の最⼩⾵量⽐の⽅が⼤きく

35なり制御性がより悪化する。供給限界最⼩⾵量が⼤きいと制御性が悪く搬送動⼒の省エネも達成できな
いことがあるため設計時に考慮すべき重要な値である。
【参考】
通常、メーカの設定によって計測可能な最低⾵速以下になれば VAV ユニットは全閉になるように制御される。つまり、熱負荷が⼩さいと on/off 制御となって制御性が悪くなる。ただし、熱負荷が⼩さくても後述するように給気温度リ

23セット制御がなされれば給気温度と室温の差が⼩さくなり、結果として⾵量が増えて on/off 運転にはならないが搬送動⼒が増え省エネではなくなる。なお 5.1.3 で述べたように、VAV ユニット供給限界最⼩⾵量とは別に、制御パラメータとして最⼩⾵量設定値を規定する。

(3) VAV ユニット前後の稼働最⼩差圧
5

VAV ユニットはユニットの⼊⼝静圧（正確にはユニット前後の静圧差）があるレベル以下になると⾵量が適切に制御できなくなる。この最⼩レベルの前後差圧を稼働最⼩差圧 pVAV ,min という。現在市場で供給されている VAV ユニットの稼働最⼩差圧は 20Pa 程度と過去と⽐べて格段に⼩さい。搬送動⼒の省エネのためにはできるだけ⼩さな稼働最⼩差圧の VAV を選択するようにし、その値を設計図に記す。
(4) VAV ユニット前後の稼働最⼤差圧と騒⾳

10

VAV ユニットの前後差圧が⼤きくなるに従って内部ダンパ機構が絞り運転となるので騒⾳レベルが増す。ダクト系の設計時に VAV ユニットの前後に⽣じる差圧 pVAV を求め、それに対応した騒⾳発⽣量により必要に応じてダクト系の騒⾳設計を⾏う。これに関しては次節で記す。VAV の仕様としては、設計
最⼤差圧 pVAV .max と騒⾳レベルを記すものとする。
(5) VAV ユニットの全開信号と適正開度信号

15

VAV ユニットの機構は種々あるが、基本的には流れを阻⽌するダンパのような部品を制御モータで操作して⾵道の断⾯積を変えることにより⾵量を制御している。断⾯積が最⼤になる状態が VAV 開度
100%、断⾯積がゼロで⾵が流れない状態が VAV 開度 0%である。できるだけ⼤きな開度を維持して運転するのが抵抗が⼩さく省エネ上好ましいが、開度が 100%になると制御不能の状態になる。⼀般に、開度が 85%程度以下であれば制御可能とされる。この制御可能な最⼤開度を適正開度と呼ぶ。

20

VAV ユニットは全開信号（100%で on）と適正開度信号（⼀般には 85〜100%で on）の 2 つの開度をリミットスイッチなどのセンサで感知し on/off 情報として出⼒する。この 2 つの信号は VAV 制御に必須なので、適正開度値と全開信号とを出⼒することを設計図で記す。
(6) VAV ユニットの制御
VAV の制御器（コントローラ）は、室内温度とその設定値の差ΔT をもとに VAV ⾵量設定値を出⼒す

25る。この制御器の内部には、次の図表のように、ΔT から⾵量設定値に変換する温度制御モジュールと、
この値を⽤いてダンパ開度の制御を⾏う⾵量制御モジュールがあり、この 2 つが連携して制御をおこなっている（これをカスケード制御という）。初期調整作業で試験時に設定する⾵量を直接与えて VAV ユニット運転するためにはこの機構が必要なので、設計図書でこのような制御機構となるような指⽰をする。

30【参考︓VAV ユニット制御の詳細】
対象装置
VAV
ユニット

制御項⽬

制御概要

室内温度制御室内温度制御(PID 制御)の出⼒値（0-100%）により要求⾵量（=設定⾵量）を決定し、これを設定⾵量とする⾵量制御（PID 制御）とするカスケード制御である。すなわち、室内温度制御がマスタ側、⾵量制御をスレーブ側とするカスケード制御であり、室内温度が室内温度設定値になるように⾵量を制御する。
本書ではそれぞれ以下のように呼ぶ。
・マスタ側の制御モジュール ：「VAV ユニット温度制御モジュール」
・スレーブ側の制御モジュール：「VAV ユニット⾵量制御モジュール」
⾵量制御は、この⾵量⽬標値に対して、VAV ダンパへの開指令と閉指令の 2
つの DO(Digital Output)で制御する。

24

通信幹線

給気

VAVダンパ
開度情報
・開度(85%)LS
・全開(100%)LS

VAV本体
LS 2点

VAV Cont

⾵量制御
モジュール

MD
⾵速
センサ

室内温度計測値
室内温度設定値

⾵量計測値
⾵量設定値

ダンパ
開閉指令

⾵量
(Qpv)
F

SP

PV

⾵量設定
⾵量演算
=⾵速×断⾯積

VAVユニット

温度制御
モジュール

PV

SP

室内温度(Tpv）

温度センサ

温度設定(Tsp)
T

温度設定器 SP
室内温度制御PIDモジュール
PIDt[％]

VAVダンパ開閉指令

Ｑsp[CMM]

100

VAV
設計 最⼤
⾵量

0

Tpv
Tsp

VAV⾵量制御モジュール

⾵量設定値変換

T
[℃]

On

最⼩ ⾵量

0

100

PIDt
[%]

室内温度制御PID出⼒値(=PIDt[%])

開指 令

閉指令

Off

Q
[CMM]
Qsp

⾵量設定値Ｑsp[CMM]「室温制御モジュール→⾵量設定→VAV⾵量制御モジュール」カスケード制御

図

5.2.2

室内制御モジュール-VAV ⾵量制御モジュールのカスケード制御フロー（冷房時）

給気ダクトの設計（1) ダクト圧損
ダクトに接続されている全ての VAV ユニットにバランス良く給気し、かつ搬送動⼒の削減を⽬指すの
5

が VAV 空調システムにおけるダクト設計の基本である。ある VAV ユニットがかなり遠⽅にあり他のユニットに⽐して圧損が⼤きくなるダクトルートがあればダクト径を増して圧損を減じる⼯夫をし、反対に、ダクトルートが給気ファンに近くて圧損が他と⽐して⼩さすぎるようであればダクトを迂回させて抵抗を増す⼯夫をするなど、ダクト系全体の圧⼒バランスが適切になるように設計する。可能であれば静圧再取得法を適⽤して設計し、系全体の圧⼒バランスを適切にするような設計努⼒をすることが好ま

10

しい。
25

ダクト設計は、全ての VAV ユニットに定格⾵量が供給されるとして⾏い、VAV ユニットの前後差圧が最⼤となるユニットと最⼩となるユニットを⾒出す。通常は最遠となる VAV ユニットの前後差圧が最少となり、給気ファンに最も近い VAV ユニットが最⼤となるが、必ずしも常にそうなるとは限らない。特にダクト系が複雑に分岐していると最⼤／最⼩となるユニットがどれかの判断は直感的に判定できず、
5

全系についてダクトの抵抗計算をしないと判らない。
AHU から、ある VAV ユニット(k)までのダクト圧損  p k , d u ct に稼働最⼩差圧  pV A V ,m in （例えば 20Pa）を加えた圧⼒を給気ダクトの圧損  p s , k , d u c t とし、これの最⼤値をダクト系の最⼤（定格）圧損  p R , s , d u c tとする。つまり、 p R , s ,duct  max(  p s ,k , duct )

10

....

k

(5.2.2)

ここで、 ps,k,duct  pVAV ,min pk ,duct
ダクト経路が分岐している場合はそれぞれの末端での圧損を求めてそれらの最⼤値を取る。
15（2）

VAV 発⽣騒⾳対策

VAV ユニットは、供給⾵量が同じでも前後差圧が⼤きくなるに従って内部ダンパ機構が絞り運転となるので騒⾳レベルが増す。通常、給気ファンに最も近いユニットの前後差圧が最⼤になるので、これを最⼤の前後差圧 pVAV ,max とする。VAV ユニットの定格⾵量におけるこの最⼤差圧での発⽣騒⾳をメー
カの特性表から求め、ダクト騒⾳対策が必要かどうかを判定する。騒⾳対策が必要と判断されればファ20

ンやダクト内の発⽣騒⾳も加味してダクト騒⾳の計算を⾏い、適切な減衰量をもつ消⾳器や消⾳エルボ
ウなどを設ける。なお、ファンの発⽣騒⾳による計算は、これとは別に⾏う必要がある。
騒⾳の発⽣を抑えるために、各 VAV ユニットの⼿前に VD を設けて抵抗を加え過⼤な前後差圧が⽣じないようにという設計がなされることがある。しかし、この対策をしても⾵量が少なくなると VD の抵抗が減るため必ずしも有効ではない、VD ⾃体も騒⾳の発⽣源となる、省エネ上からも弊害がある、などの25ためできる限り避ける。
なお、前後差圧が⼤きすぎると、騒⾳問題とは別に VAV ユニットの適切な制御ができないようになる
可能性も考えられるが、現在市販されているユニットには、通常設計するダクトの圧⼒範囲においてはこの限界はないようである。ただし、前後差圧が通常よりかなり⼤きく（約 800Pa 以上に）なる場合に
は VAV メーカに確認する必要がある。

30

5.2.3

給気ファンの選定

ファンの仕様は最⼤給気⾵量とダクト系の最⼤圧損  p s , d u c t により選定するが、最⼤給気⾵量は、5.2 のダクト設計で⽤いた個々の VAV ユニットの定格⾵量の和 Vs,VAV Vmax ではなく、当該系統の熱負荷の合計値 qs,all をもとに式(5.2.1)によって⾒出した⾵量 Vs,load とする。つまり最⼤⾵量は、系統全体の同時発⽣熱負荷の最⼤値から⾒出す。これは過⼤なファンを選定しないためである。従って、 V s , l o a d  V s ,V A V
35が成り⽴つ。この⾵量はダクト圧損の計算で⽤いる⾵量よりも少ないので、正確にはダクト圧損は式(5.2.2)で計算した値よりは⼩さくなるが安全側としてこれを無視する。
ファンの必要静圧（定格静圧）  p R , s , fa n は、通常、室内と外気の圧⼒が等圧になるという条件を課して設計するので、式(5.2.2)で定めたダクト圧損  p R , s , d u c t に、空調機の定格機内抵抗 pR, AHU 、外気取⼊
ダクトの圧損  p O A , d u c t などを加えて定める。
26

空調機の機内抵抗はエアフィルターの圧損を含む。フィルターの圧損は⽬詰まりにより運⽤中に徐々に増え、初期圧損の 2 倍になればフィルターの交換時期とされる。そのため、ファンの必要静圧を求める
際には、⼀般にフィルターの圧損を初期圧損の 1.5 倍とすることが⼀般的である。なお、外気取⼊ファンを別途設ける場合は外気取⼊ダクトの圧損  p O A , d u c t をゼロとする。
5

室内と外気の圧⼒を等圧とせずに、室内に若⼲の正圧を与えて廊下などの⾮空調ゾーンへの排気をパスしたり、汚染ゾーンからの漏気を防⽌したりする場合には、その正圧分 proom を加えて  p R , s , fa n とする。つまりファンの正圧は、
 p R , s , fa n   p V A V , m in   p R , s , d u c t   p R , A H U   p O A , d u c t   p r o o m...

（5.2.3）10
定 格 回 転 数 N s , fa n は 機 器 に よ り 決 ま っ て い る の で 、 こ れ で フ ァ ン の 仕 様 、 つ ま り 定 格 ⾵ 量
V R , s , fa n (  V s , lo a d ) と定格圧⼒  p R , s , fa n を決める。

【考察】
⼀⾒、ダクト設計における⾵量 Vs ,VAV とファンの選定における⾵量 Vs ,load が異なることは整合性がないように⾒えるが、これには次のように説明できる。なお、 Vs ,VAV・

 Vs ,load である。

実運転時に⽣じる各ダクトの⾵量は各室の熱負荷が気象条件や内部発熱の変動によりランダムに⽣じるため確定的に決めることはできないが、上記したように全ての VAV ユニットに定格⾵量が供給されるという決め⽅であ
れば、余裕のある、つまり安全側（どんな状況でも供給可能）のダクト設計となる。また、搬送動⼒の削減という⾯からは運転時に必ず設計圧損よりも⼩さくなり省エネとなるので妥当である。

・

給気ファンの能⼒をダクト設計と同じ Vs ,VAV ( Vs ,load ) によって選定すると、熱負荷計算上不要な⾵量となるのでファンの過⼤設計となり搬送動⼒の削減に反する。

・

ダクトの圧損を、上記で決めた給気ファンの⾵量 Vs ,VAV で設計するには、周期定常計算で求めた熱負荷をもとにして各時刻・各室の配分⾵量のセットを求め、各セットに圧損を計算して必要最⼤静圧を⾒出す⽅法が考えられる。しかし、これはあらかじめ設計したダクトに様々に変化する⾵量セットを指定して圧損を求めるという、通常とは逆の計算を各時刻について⾏う必要があるので作業が⾮常に煩雑であり、現実的な設計法とは⾔えない（これに特化したコンピュータープログラムを作成し⾃動化することは可能かもしれない）。
従って、各 VAV ユニットの最⼤⾵量を基に必要静圧を⼀⽅的に決めるという本設計⽅法は、便法ではあるものの現実的である。後述するように運転時には回転数制御により圧⼒を制御するので、この⽅法はファンの過⼤設計に繋がることは皆無ではないが、通常は問題にはならないと考えられる。

上記の決定⽅法よりも更にファンの必要静圧（定格静圧） pS , fan を⼩さくする⽅法として、ダクト末端の VAV ユニ
ットから順に定格⾵量が供給されると想定し、合計⾵量が Vs ,load を満たすように先詰めで配分してダクト圧損を求め、

ps , fan を決める⽅法がある。この⽅法と上記した⽅法による圧損にどれほどの差が⽣じるか、つまりどれほど省エネが。設計作業が⾯倒にはなるが、この期待されるかは Vs ,VAV と Vs ,load の差によって決まる（ Vs ,VAV = Vs ,load なら両者は同じ）⽅法によって（つまり Vs ,VAV ではなく Vs ,load によって）定格時の静圧 ps , fan を⾒出してもよい。例えば下図（上）のようなダクト経路をもつ空調システムの例でこの⽅法を説明すると、 Vmax =1、 Vs ,VAV =4 で、 Vs ,load =2.8 とすると（つま、末端から 2 台の VAV ユニットの⾵量を 1（=100%）、末端から 3 番⽬の⾵量を 0.8（=80%）とり Vs , load Vs ,VAV  0.7 ）してダクトの圧損を⾒出してもよい。

27

ダクト経路が分岐している場合であっても、ダクト圧損の⼤きい VAV ユニットから順に⾵量を 100%にすればよい（下図（下））。

5.2.4

給気ファンの最⼤・最⼩回転数

給気ファンの定格回転数は、通常、60Hz や 50Hz という商⽤周波数によって運転される回転数とされるが、インバータにより回転数制御がなされる給気ファンの場合、商⽤周波数より⾼い周波数の運転が定格とされることがある。⼀⽅、最⼩回転数は円滑な回転が阻害されないようにとの配慮からメーカが5下限を設けている（例えば定格回転数の 30%程度、あるいはインバータの周波数で 20Hz など）。周波数で規定される場合は定格回転時の周波数が⼤きければ回転数制御の幅が広くなるので好ましい。
通常、最⼩回転数以下に回転数を下げるような制御要求が⽣じることは少ないが、最⼩回転数を⼤きく設定し過ぎると VAV で⾵量を絞ってもファンの省エネにならず、かつサージングが起きる可能性もある。従って、できるだけ最⼩回転数を⼩さく設定しその値を設計値として記すようにする。

10【参考】・ ASHRAE の基準では最低回転数を定格回転数の 10%としている。

5.2.5

ファンの電動機・インバータの効率

ファンに付属する電動機とインバータの効率も搬送動⼒に与える影響が少なくない。これらにも配慮
15し⾼効率の機器を選択するようにする。いずれも回転数の制御時、つまり部分負荷時には効率が減じる
が、これに関する情報提供が進んでいないので、当⾯、それぞれ定格時の効率で評価することとする。
設計では定格効率を記す。
【参考】

20

・ 現在進⾏形で部分負荷時の効率に関する規格化が国際的に進展している。

5.3

ファン回転数と給気温度の制御

VAV 空調システムにおいて、給気ファンの回転数制御と給気温度の制御は搬送動⼒の省エネに⼤きく関わる。本章ではこの 2 つの制御設計に関して配慮すべき点を解説する。

5.3.1
25

給気ファンの回転数制御

ファン回転数が⼀定で運転される場合はサージング域に⼊らない領域において運転が可能で、運転点
28

は給気量の変化に伴ってファンの特性である PQ 線上を移動する。⼀般に、給気量が少ないと圧⼒が⾼くなりエネルギー消費量は僅かに少なくなる。理論上、ダクト系の圧損はほぼ⾵速の 2 乗に⽐例するので、給気量が減ればファンの必要圧⼒は急激に減る。そのため、給気量と共に回転数を制御して圧⼒も減らすように運転をすれば省エネ効果が⼤きい。
5

ファンの供給⾵量は各 VAV ユニットで制御される⾵量の合計として従属的に決まるため、ファンの回転数制御は、その要求⾵量に対して必要とされる最低限の静圧を維持するように制御するのが省エネ上最適である。VAV 空調システムが登場した初期はファンの吐出位置での静圧を⼀定にするように制御されたり、それでは圧⼒が⾼すぎて省エネでないため、主ダクト⻑のおよそ 2/3 の位置の静圧を⼀定にする
ように制御したりしていた。しかし最近では、VAV ユニットの開度情報を得ることができるようになっ10たので、この情報を⽤いてより最適かつ合理的に必要回転数を制御するようになってきている。設計者
はこの制御アルゴリズムをブラックボックスとして扱うことなく良く理解し、「3. VAV 空調システムの省エネとその課題」で述べたような不具合が⽣じないように省エネ設計をすることが求められる。
【考察】(1）現在の⼀般的な回転数制御⽅法
ファン動⼒の省エネを達成する上でキーとなるのは、”⾵量の増減に応じてどのように回転数を制御するか”、である。現在⼀般に、給気ファンの回転数
は、要求⾵量に対して回転数（=インバータ出⼒）を⼀意に決める関係式（右図⾚線）を与えて制御している。このように回転数制御はフィードバック制御
ではなく、式によって⼀意に回転数を定める制御（フィードフォワード制御）である。そのため、この線は通称フィードフォワード線と呼ばれる。
。
要求⾵量が最⼤（定格）の場合、インバータ出⼒は 100%※である（A 点）
後述するように、フィードフォワード線は本来は直線でも原点を通るものでもないが、別途下記のような補正制御が働くため、基準線（⾚線）として原点を通る直線とするのが⼀般的である。
ファンの静圧は、上記の⾚線の回転数で運転されていれば全ての VAV ユニットに対して必要⼗分な稼働最⼩差圧が満たされるかといえばそうではない。ダクト内の圧⼒分布は各ユニットの⾵量に依存して多様に変化するため不⾜も過⼤も⽣じる。そこで、次に述べるような追補正制御を加えて必要⼗分な静圧となるように回転数を制御する。具体的には
⾚線を基準に回転数を上下に補正する制御である。
※

設計では定格⾵量時に回転数 100%としていいが、ファン選定時の能⼒には余裕があるので実運転では 100%以下で定格⾵量となることが多い。これについては初期調整の章で解説する。

【回転数の補正制御】
全 VAV ユニットについて“全開信号の on-off（開度 100%で on、100%より⼩で off）”と“適正開度信号（開度≒85%
以上で on、それより⼩さいと off）”をおよそ 1 分おきにチェックして、次のような判定とそれに伴う回転数の補正制御をする。
1) 圧⼒不⾜： 全開信号が on になる VAV ユニットが 1 台でもあればファンの静圧不⾜と判定し、現在のファンの回
転数を少し（2〜5%）増して、つまり圧⼒を上げて、全てのユニットの全開信号が off になる⽅向に制御する。
2) 圧⼒過剰： 全ての VAV ユニットの適正開度信号が off（全て適正開度以下）であれば静圧が過剰と判断して回転数を少し（2〜5%）減じ、つまり圧⼒を下げて、適正開度信号が on（適正開度以上）になる⽅向に制御する。
3) 圧⼒適正： 全ての VAV ユニットの全開信号が off で、かつ最低 1 台のユニットの適正開度信号が on（適正開度以上）であれば回転数の増減はしない。

29

4) ただし、ファン回転数の下限閾値（⼀般にインバータ値で 15Hz とされる）があるのでこれ以下には下げない。
右図はこの判定の概念図である（azbil の資料による）。
この制御⽅法によれば、他の室と⽐べて熱負荷が何かの異常で⼤きくなり全開になる VAV ユニットが⼀つでもあると回転数が徐々に⼤きくなりいずれ過⼤になる。しかし、例
え回転数が過⼤でも他の室の室温制御には影響がないので、⾮省エネの運転状態が放置されるという弊害が発⽣することがある。回転数が過⼤になる原因は後述する給気温
度リセット制御とも関係しており複雑である。
回転数の補正制御は、⻘線から上下にどこまで補正を許すかの範囲を論理的にこ決めることは難しい。省エネ上重要なのは回転数が過⼤にならないような制限をどのように決めるかである。そこでこれを分析するために、以下に要求⾵
量とファン静圧の関係について更に考察する。

(2）⾵量とファン回転数に関する考察
A.

圧損の考察（1）
簡単なダクトの例（下図）をもとに VAV ユニットへの⾵量配分が変わる場合の圧損を考察する。

1) ファンが最⼤⾵量、すなわち定格⾵量 VR , s , fan (  Vs , load ) で運転されるときに必要な静圧は前記したファンの定格静圧

p R , s , fan となる。
具体的に考察するため下図のような簡単なダクト系を考える。ダクト圧損は主ダクトのみを考え区間当たり全て
100Pa とする。末端 VAV ユニットまでのダクト圧損 p s , duct は 400Pa である。これに稼働最⼩差圧 pVAV ,min 、機内圧
損 pAHU 、外気取⼊ VAV などの圧損 pOA, duct を加算した値がファンの定格静圧 p R , s , fan となる。例えば、稼働最⼩差
圧 pVAV ,min を 50Pa、空調機の機内抵抗 pAHU を 300Pa、外気取⼊ VAV+ダクトの圧損 pOA, duct を 100Pa（外気量は固定とするので常に⼀定とする）、とすれば、合計の圧損は 850Pa（ p R , s , fan =ファンの定格静圧）となる。

2) 次に⾵量がファン定格⾵量の 75%になった場合、最⼤の必要静圧は末端に近い 3 つの VAV ユニットの⾵量が 100%のときに⽣じる。これは極端なケースであるが、室が使⽤されていないと VAV ユニットは閉⽌するため確率的に発⽣する可能 性はゼロではな い。このとき下図 のような⾵量配分と なり、圧損は、 区間（5-4)=区間（4-3)=区間（ 32)=100Pa、区間（2-1)=100×(3/4)2=56.3Pa となり、合計で 356.3Pa で定格時の 89.0％となる。空調機の機内抵抗は300×(3/4)2=168.8Pa、外気取⼊ダクト+VAV の圧損は 100Pa、稼働最低静圧は不変で 50Pa なので、合計圧損は675.1Pa となり、ファンの定格静圧に対して 79.4%となる。

3) 次に⾵量がファンの定格⾵量の 50%になった場合、最⼤の必要静圧は末端に近い 2 台のユニットの⾵量が 100%になるときに⽣じる。このとき下図のような⾵量配分となり、圧損は、区間（5-4)=区間（4-3)=100Pa、区間（3-2)=100×(2/3)2=44.4Pa、区間（2-1)=100×(1/2)2=25Pa となり、合計で 269.4Pa で定格時の 67.4％となる。空調機の機
内抵抗は 300×(1/2)2=75Pa、外気取⼊ダクト+VAV の圧損は 100Pa、稼働最低静圧は不変で 50Pa なので、合計圧損は494.4Pa となり、ファンの定格静圧に対して 58.1%となる。

30

4)

更に⾵量が減りファンの定格⾵量の 25%になった場合は、下図のように圧損は、区間（5-4)=100Pa、区間（4-3)=100×(1/2)2=25Pa、区間（3-2)=100×(1/3)2=11.1Pa、区間（2-1)=100×(1/4)2=6.3Pa となり、合計で 142.4Pa で定格時の 35.6％となる。空調機の機内抵抗は 300×(1/4)2=18.8Pa、外気取⼊ダクト+VAV の圧損は 100Pa、稼働最低静圧は 50Pa なので、合計圧損は 311.2Pa となり、ファンの定格静圧に対して 36.6%となる。

以上をまとめると、
⾵量

圧損

圧⼒⽐

100％ →

850Pa

100%

75% →

575Pa

79.4%

50% →

494Pa

58.1%

25% →

311Pa

36.6%

この結果を、横軸に⾵量⽐、縦軸に圧⼒⽐（合計圧損／ファンの定格静圧）として関係性を⾒ると右図（⾚線）のようにほぼ線形の関係となる。
なお、⾵量ゼロの切⽚ 150Pa は、室と取⼊外気⽤の VAV ユニットが必要とする圧損と稼働最⼩差圧の和である。
B.

圧損の考察（2）次に、常にほぼこのような線形の関係になるかどうかを確認するために、区間(1-2)のダクト⻑さが 4 倍（下図）になったとして上記と同様の計算をすると下記のようになる。

⾵量

圧損

圧⼒⽐

100％ →

1150Pa

100%

75% →

844Pa

73.4%

50% →

569Pa

49.5%

25% →

330Pa

28.7%

この関係は上図左の⻘線で⽰すように線形関係ではなくなる。
C.

圧損の考察（3）更に、区間(3-4)のダクト⻑さが 4 倍（下図）になったとして上記と同じ計算をすると下記のようになり、この関係は上図緑線となる。

31

⾵量

圧損

圧⼒⽐

100％ →

1150Pa

100%

75% →

975Pa

84.8%

50% →

794Pa

69.0%

25% →

386Pa

33.6%

以上から、⾚線のように線形に近い関係になるか、⻘線のように⾚線の下に凸になるか、あるいは緑線のように⾚線の上に凸になるかはダクト経路や各ユニットの⾵量によって変わる。
ここで注⽬しておくべき点は、上記のようにして求めた圧⼒（⽐）はある供給⾵量に対する最⼤静圧であり、「これ以上の圧⼒は不要」ということである。つまり上の検討では、ある⾵量に対して必要な搬送動⼒の最⼤消費エネルギーになる結果を求めたことになる。
以上は、⾵量⽐と圧⼒⽐の関係であるが、制御のために必要なのは⾵量⽐から直接的に回転数⽐を⾒出すフィードフ
ォワード線である。圧⼒と回転数の関係は線形ではなくファンの特性によって様々である。右図右は、ある実ファンの特性を⽤いてこの関係を試算した例である（ファン特性を⾒出すのシミュレーションモデルを⽤いている）。このように⾵量⽐と回転数⽐の関係は、
直線ないし上に凸の関係となる。（右図
右は再掲）

以上の考察で判るように、⼀般に、給気⾵量⽐から回転数を求めるフィードフォワード線の形状はダクト経路や各 VAV ユニットの給気量に依存した「曲線」になる。そこで、本書では、以下のような簡便な⽅法で直線（1 次式）としてフィードフォワード線を定めることとする。設計ではこの式の係数 a 、 b
5を求めて⾃動制御図に記載するようにする。設計段階で⾃動制御に関わる係数を決めることを要請するのは、後述するように、このフィードフォワード線を⽤いて搬送動⼒の推定を⾏うために不可⽋な値だからである。なお、竣⼯時には、最初このフィードフォワード線の係数を制御パラメータとして与え、初期調整では実システムに合わせるようにこの係数に修正を加えることとする。

10

ns , FAN  a rs , FAN  bns , FAN :回転数⽐

rs , FAN :

給気⾵量⽐... (5.2.4)（=要求給気量／ファン定格⾵量）【フィードフォワード線の決め⽅】
15

フィードフォワード線を直線（1 次式）とする。

32

ns , FAN  a rs , FAN  b1)

定格⾵量⽐における回転数⽐を 1.0 とする。これで右端の点Ａを定める。

2)

⾵量⽐ 50%の場合の必要ファン静圧を、考察で⽰したような⽅法、つまりダクト末端の VAV ユニットから順に設計⾵量を与5える⽅法で配分しダクトの圧損を求める。この圧損を元にファンの必要静圧を求め、ファンの特性曲線から回転数⽐を⾒出す。⾵量⽐ 50%の回転数⽐の点をＢとする。
3)

直線 AB をフィードフォワード線と定義する。
＜右図（再掲）の⾚点線あるいは緑点線＞

104)

本式で求めた回転数⽐がファンの最⼩回転数⽐ rmin を下回る場
合はそれを下限値とする。
＜右図の例では、切⽚が rmin 以上であるからこの制限はかからない＞
なお、⾵量⽐が 50%以下になると急激に必要回転数が⼩さくなり、より⼩さい回転数で運転することができるが、フィードフォワード線が複雑になるので、これを無視する。

15
運転期間中に各 VAV ユニットに様々な⾵量配分が⽣じても、本⽅法で回転数⽐を定めれば VAV ユニ
ットが稼働するために必要な圧⼒が常に満たされる。つまり必要な上限の回転数となるので、ファンのエネルギー消費量はこれ以上にはならない。そのため、例えば空調機に近い VAV ユニットの配分⾵量が多いときは、この回転数では圧⼒が余剰となるので「回転数の補正アルゴリズム」により回転数を下げ20る⽅向（右図の⻘線へ向かう回転数の低減）に補正制御され（つまり省エネの⽅向に補正され）、過⼤な回転数で運転されるという不適切な運転がなされなくなる※。
※)フィードフォワード線をこのように決める意図は、現在⼀般に⾏われている回転数補正制御は回転数を減らす⽅向にも増す⽅向にも制御25され、前述したように何らかの不具合が発⽣すると過⼤な回転数で運転され続けるため、⾵量⽐に対する回転数の上限を規定してそのような⾮省エネの運転を防⽌するためである。

30■

回転数補正制御における設計指⽰事項
上述の【参考】において、回転数を補正するアルゴリズムについて説明し、そのなかで、「他の室と⽐べて熱負荷が異常に⼤きいなど、全開になる VAV ユ
ニットが⼀つでもあると回転数が徐々に過⼤になっ35てゆく」という不具合が発⽣する可能正を指摘した。実システムではこの不具合が散⾒されるため、「特殊な熱負荷が⽣じる室を同⼀系統にしないように配慮して設計すると共に、少しでもそうなる可能性がある室があれば、下記のように回転数補正判定の対象から除外する」というような特記を省エネ計画書と設計図に記すことが重要である。なお、この40

ような除外によって当該室は⾵量不⾜となる危険性があることを認識しておかなくてはならない。
【特記の例】（回転数制御に関わる⾃動制御図において）
室Ａは熱負荷が対象ゾーンの平均的な熱負荷性状とは若⼲異なるため回転数制御の判定対象から外すこととする。

33

5.3.2空調機の給気温度制御

空調機では、冷・温⽔コイルなどで空気を冷却・加熱し給気温度が設定した値になるように制御する。
ファン搬送動⼒の省エネには給気温度と室温との差（給気温度差）をできるだけ⼤きくすることが求め5られる。しかし温度差が⼤きいと、室の顕熱負荷が⼩さい場合に VAV ユニットの⾵量を最⼩に制御しても負荷が過剰に処理されて設定室温が維持できなくなることがある。そこで、こういう状況になれば温度差を⼩さくし⾵量を増やして室温制御が適切にできるように制御される。この制御は、⼀般に給気温度最適化制御とかロードリセット制御とか呼ばれる。本書ではこれを「給気温度リセット制御」と呼ぶ。
この制御は⼀⾒合理的に⾒えるが、例えば、顕熱負荷が⼩さい室と⼤きい室が併存すると、温度差を10

⼩さくする要求と⼤きくする要求という、相反する要求が同時に⽣じて制御は妥協を余儀なくされる。
これを極⼒避けるために、設計では各室で発⽣する熱負荷ができるだけ均質となるように、つまりゾーニングが求められる。しかし現実のシステムでは、制御が適切に働かず給気温度差が⼩さくなったまま、つまり給気⾵量が増えたままとなり、搬送動⼒が増えた状態が継続されるという現象がよく⾒られる。
これを避けるには、初期調整時に適切な制御パラメータ値を設定するように、「設計で指⽰」することが15必要である（⼀般の設計ではここまでは指⽰しない）。以下では、給気温度リセット制御のアルゴリズムと制御パラメータについて考察し、このような設計で指⽰すべき事項を⾒出す。
【考察】(1) VAV ユニットの制御動作【冷房モード時】 下図は、ある制御機器メーカの冷房モード時の制御動作の説明を参考にして作成した VAV ユニットの室温と要求⾵量の関係を⽰す概念図である。

以下は図で⽰す、各領域における VAV ユニットからの要求状態である。
I+ :要求⾵量は最⼤(max)であるが室温が設定値より⾼いため冷房能⼒不⾜と判定して給気温度差を⼤きく増やす

I :

要求⾵量は最⼤(max)ではないものの境界⾵量(p)よりも多いため冷房能⼒がやや不⾜と判定して給気温度差を少（例えば 1.0℃給気温度を下げる）。
し増やす（例えば 0.5℃給気温度を下げる）。
I−: 要求⾵量は境界⾵量(ｐ)を超えないので原則は冷房能⼒適性と判断して給気温度差を維持する（給気温度差を僅かに増やすという調整⽅法もある： 給気温度を僅かに(例えば 0.2℃)下げるなど）。

N : 要求⾵量は最⼩(min)であり室温は適切に維持されているので冷房能⼒は適性と判断して給気温度差を維持する（給気温度を変えない）。
(N) : 室温が暖房設定温度以下であるが要求⾵量を最⼩(min)のまま給気温度差も維持する（給気温度を変えない）。
D+ : 要求⾵量が最⼤(max)であり、室温が暖房設定温度以下かつ暖房能⼒増の要求なので給気温度差を⼤きく減じる（例えば 1.0℃給気温度を上げる）。
この制御の結果、⼤多数の室の室温は N または I−の領域に⼊る。つまり供給⾵量が少ない（搬送動⼒の少ない）制御が達成できる。なお、境界⾵量(p)を⼤きく設定すると供給⾵量が最⼩(min)と境界⾵量(p)の間に留まる VAV ユニットの⾵量が最⼩(min)近傍とならず、VAV ユニットが要求する⾵量の合計値（=給気ファン⾵量）が最⼩にならないた
め、境界⾵量(p)をできる限り⼩さくしておくことも重要である。

34

【暖房モード時】 下図は、暖房モード時の VAV ユニットの室温と要求⾵量の関係を⽰す概念図である。

以下に各領域における VAV ユニットからの要求状態を表す。
I+ :要求⾵量は最⼤(max)であるが室温が設定値より低いので暖房能⼒不⾜と判定して給気温度差を⼤きく増す（例えば 1.0℃給気温度を上げる）。

N:

要求⾵量は境界⾵量(p)を超えているが暖房能⼒は適正と判定して給気温度差を変えない（給気温度を変えない）。

D− : 要求⾵量は境界⾵量(p)を超えないが給気温度差を少し減じる（例えば 0.5℃給気温度を下げる）。
D+ : 要求⾵量が最⼤(max)であり、室温が冷房設定温度以上かつ冷房要求なので給気温度差を⼤きく減じる（例えば1.0℃給気温度を下げる）。
この制御の結果、⼤多数の室の室温は N 領域に⼊る。つまり供給⾵量が多めに制御される。このように冷房時と暖房時で同じ判定アルゴリズムとしないのは、暖房時に最⼩⾵量となるように制御して運転すると室の上部に暖気が滞留し居住域の室温が適切に維持しにくいためである。つまり、最⼩⾵量で運転するよりも、室内の上下温度分布を抑制する
ための運転を優先するためである。そのため本書では暖房時の搬送動⼒の省エネ効果は評価しないことにする。
ペリメータゾーンのように暖房負荷が多い室の場合は、このような制御設定がよく⾏われるので、暖房時の VAV による省エネ効果は少ない。ただ、ファサードの断熱性能が良くなってきているので暖房モードの時間数は冷房に⽐して少なく、暖房時の省エネ効果を評価しなくても年間の省エネへの影響は⼤きくない。
注）上記の判定⽅法は、VAV ユニットによる給気が室の上部（主に天井⾯）からなされているシステムを前提としている。床吹出⼝の場合は空気の滞留が冷房時に起きるので、上記と逆の判定を⾏うように設定される。どのような判定⽅法を採るかは⾃動制御の調整時に決められているのが現状であるが、このような判定⽅法が採られていること
を設計者が理解して、どのような判定⽅法を採るかを設計で決める必要がある。
以上は各 VAV ユニットの判定⽅法である。次ぎに多数のユニットがあるときに給気温度リセット制御をどのように⾏うかという総合判定⽅法を説明する。
例えば、以下のように各判定に対する具体的な温度の変更値を決め、給気温度差⼤幅増 → 1.0℃増、 給気温度差増 → 0.5℃増
給気温度差維持→ 不変

給気温度差⼤幅減 → −1.0℃減、 給気温度差減 → 0.5℃減
判定の優先度を以下のように、左の事象を優先とし、給気温度差⼤幅増 ＞ 給気温度差増 ＞ 給気温度差維持
給気温度差⼤幅減 ＞ 給気温度差減 ＞ 給気温度差維持
もしも、温度差の増と減とが同時に発⽣するような相反する要求が出る場合は、現状維持か多数決で決定する。このような場合は妥協で判断することになるため、どこかの室温が適切に維持できなくなることを許容しなくてはならない。
このように判定するアルゴリズムが総合判定⽅法である。通常このアルゴリズムは制御機器メーカの調整範囲とされ設備設計者が指⽰・介⼊することは少ない。

35

（2） VAV ユニットの制御パラメータ
多くの VAV システムにおいて、運転中に給気温度差が⼩さくなる、つまり給気⾵量が増⼤する運転傾向にあり、なか
なか搬送動⼒の省エネが達成されないという不具合が指摘されている。この原因の多くが上記した給気温度制御における実システムのパラメータ設定に関係している。ここで、この原因について考察する。
1）温度増減パラメータ
右図の⾚フォントの数字は、ある制御メーカの冷房時の給気温度リセット増減値のディフォールト値の例である。これによると、本来、温度差維持の判定 N がでる領域では給気温度不変であるべきなのに+0.5℃変更するとされている。そのため、このディフォールト値のまま制御すると結果的に各室への⾵量は I−の領域に集まり、また室温が冷房
設定温度より少しでも下がると+0.5℃の指⽰がだされるため、給気温度は常に⾼く維持され続けてしまう。つまり⾵量が少なくならないような制御になってしまう（なぜこういうディフォールト値が採⽤されているのかは、搬送動⼒の省エネが優先ではないという過去の経験によるようである）。
2）冷房・暖房設定値
そこで、上記したことが起きないことを⽬指して、N 領域の給気温度増減値を 0.0℃にし、その上で、暖房と冷房の室温設定値の差を⼩さく設定すると（極端な場合、両者をほぼ同じとして設定すると）N 領域がなくなり、直ぐに暖房設
定値（≒冷房設定値）を下回る D+領域の判定となって給気温度が+1.0℃されて上記と同じ不具合が起きてしまう。つまりこの設定⽅法でも適切な制御にはならない。
3）最⼩給気量
給気⾵量の最⼩値(min）も制御パラメータである。これが⼤きくならないように、設計で決めた最⼩給気⾵量⽐を基に設定しなくては省エネが達成できない。
このように、VAV システムの搬送動⼒削減には「給気温度リセット制御に関わるパラメータの調整」が⾮常に重要である。そのため、搬送動⼒の省エネを達成するために調整者がこうしたパラメータ値を適切に設定するように設計図書で指⽰する必要がある。
下図は、ある実システムにおけるこれらのパラメータ調整による改善の例である。調整前はＬ字の制御から外れる作
動点が多いが、調整後はかなりＬ字に近くなり、その結果、搬送動⼒が 33%減じたとされる。

（再掲）図 3.3 VAV 制御の調整前と調整後の給気温度と⾵量の発⽣散布図
上記の考察で述べたように、給気温度リセット制御が適切に機能しないと給気温度差を最⼤に（⾵量を最⼩に）するという搬送動⼒の削減が達成できない。そのために削減計画書に下記の例のように設計
図に指⽰事項として明記する。
5■

冷⾵モード時に給気⾵量をできるだけ最⼩に制御するため計画書に下記を明記する。
・初期調整で給気温度リセットの増減値をディフォールト値に拘らず適切な値とする。
・冷房・暖房の設定室温を指⽰する。特に両者が近接してゼロエナジーバンド（冷房・暖房の設定温36

度の間の不感帯）が無くなるような設定にならないようにすることも指⽰する。
・運転管理マニュアルを作成して、運⽤時に上記のような近接した設定とならないようにという注意事項を明記する。
・VAV ユニット最⼩⾵量設定値を定めて設計図に⽰し、それを初期調整時に制御パラメータとして反5

映するように指⽰する■

室温設定値を在室者が異常な値にセットすると⾮省エネな運転が⾏われるため、可能な限り中央から運転管理者が設定できる設計とする。

10

なお、前記したように温⾵モード時は⾵量を減じると上下温度分布が⽣じるので、通常、制御パラメ
ータはメーカのディフォールト値でよい。なお、インテリア系統が暖房モードになる時間帯は殆どないと考えられるので、搬送動⼒の削減上⼤きな問題にはならないと考えている。ペリメータゾーンであっても断熱性がよい場合は同様である。

5.4
15

エアバランスと給気系以外の設計

VAV 空調システムの搬送動⼒の省エネでは、上記したように空調機の給気ファン・VAV ユニットなど、
給気ダクト系の設計配慮が中⼼になるが、還気ファン・余剰排気ファン・換気ファン・外気取⼊ファンなどにおける省エネへの配慮も無視できない。ただこれらは、⾃⾝の省エネもさることながら、VAV による⾵量変化が⽣じても空調システム全体のエアバランスが適切に保たれるようにすることがより重要である。エアバランスが不適切だと次のような不具合が発⽣する。

20

1)

必要な外気取⼊れ量が確保できず室の空気環境が悪化する。

2)室と外界との間に想定外の漏気が発⽣して⾮省エネになる。

3)

トイレやパントリーなどで適切な換気量が確保できない。

こうした不具合を防ぐには、ファンに加えて、その周辺のダクトや制御ダンパ設置などに関する設計配慮が不可⽋である。ただ⼀般に、クリーンルームのように室の圧⼒制御を厳密に⾏う必要性の低い保25

健空調では、給気・還気・排気の厳密なエアバランス設計までは⾏わない。そのため、本稿でいうエア
バランス保持に対する配慮には曖昧さが残り妥協が⽣じることは否めない。
適切なエアバランスとは、給気⾵量が変化しても室と外界の圧⼒差をほぼゼロに、還気・排気・取⼊
外気などを設計通りの⾵量に、維持することをいう。つまりエアバランスが適切であれば、外壁・窓・開⼝部などの隙間を通じた漏⼊・漏洩がほぼなく省エネな運転ができ、かつ室の空気環境も適切に維持30できる。なお、室から廊下などの共⽤部にパスダクトなどを設けて空気を流し、その空気がトイレやパントリーなどから換気ファンで排気される場合には室の圧⼒ほうが共⽤部より僅かに⾼くなるが、この程度の微差圧は無視するものとする。
エアバランスの保持には空調システムの Type によってそれぞれ特有の設計配慮が要るため、以下にType 毎に解説する。ただし給気系統については前項までで解説したので、原則として除いている。

35

5.4.1

Type-A

Type-A 空調システムの要件は下記である。

37

・ 還気ファンを有するシステムである。
・ 外気（OA）取⼊⾵量は OA-VAV ユニッ

第3種換 気排気ファ ン（トイ レ排気ファ ン）

余剰排気経路（余剰排気ダクト）

トで制御する。
・ OA ⾵量は固定値でも可変でもよいが、
5

第3種換気排気経路（第3種換気系ダクト）

第3種排気(3-EA)

余剰排気(S-EA)EA-VAV

固定でも VAV ユニットで制御する。
・ OA ⾵量が可変の場合は CO2 濃度により

RA-MD
外気
(OA)

制御する（最⼩値は換気排気量とな
る）
。

INV

OA-VAV

還気・余剰排気兼⽤経路（還気ダクト)

還気ファン
還気
(RA)

CH

INV

C

外気導⼊経路（外気ダクト）

VAV

VAV

Room

Room

給気ファン

・ 外気取⼊れダクトの抵抗が⼤きい場合は10

給気経路（給気ダクト）Restroom

外気取⼊ファンを設けてもよい。この場合でも OA-VAV による⾵量制御ができるようにする。
・ 余剰排気ダクトには EA-VAV ユニットを設け、（=OA 量−換気量）として演算した⾵量になるように制御する。
・ AHU への還気ダクトには RA-MD を設けて要求 OA 量が確実に得られるように制御する（RA-MD の設置と制御が必要な理由は以下の(3)で後述する）。

15

・ 換気ファンは固定速とする。
・ 還気ファンが空調機と⼀体になったシステムも同類の Type とする。
(1) 還気ダクト
⼀般に、還気ダクトの吸込⼝はダクトに直結するだけで VAV ユニットのような⾵量制御機能を設けずに各室からの還気量の制御はしない。このような設計でも、⼤部屋に VAV ユニットが複数設置されゾー

20ン間に壁やパーティションがない室の場合はエアバランス上特に⼤きな問題は⽣じない。しかし、壁などで区画された⼩部屋があれば、室を使⽤しない場合には給気 VAV ユニットを完全閉⽌し、還気ダクトには MD を設置して還気を閉⽌できるようにするのがエアバランス上適切である。
(2) 還気ファン
還気ファンの定格⾵量は次式で求める。

25

VR, R  VR,S  VEA...（5.4.1）

ここに、

VR , R :

定格還気量

VR ,S ： 定格給気量

VEA ：

定格換気量

30
給気量が変化する時、空調機への還気量は次式となる。

VR , AHU  VS  VOA...（5.4.2）

ファンの静圧 p R , fan は下式で表される。

pR , fan  p R ,duct  pEAVAV  pEA,duct35...（5.4.3）

ここに、

pR ,duct ：還気ダクトの圧損

pEAVAV ：余剰排気⽤ VAV ユニットの圧損（稼働最⼩差圧）
38

pEA,duct ：余剰排気⽤ダクトの圧損（緑の経路）

本式で定格⾵量時の p R , R , fan を求めてファンの選定をする。
(3) OA-VAV・EA-VAV・RA-MD
エアバランスを保持するためには下記のような機構を設けて適切なエアバランス制御ができるように5設計することが必要である。
1)

外気取⼊れダクトに OA-VAV ユニットを設ける
外気取⼊れダクトには、必要取⼊外気(OA)量に制御するために、全開信号（100%）と適正開度信号（⼀般に約 85%）を発信する機能を有する VAV または CAV ユニットを設ける（MD や VD は計

10測機能がなく精度の⾼い⾵量制御ができないため）。
2)

還気ダクトにモータダンパを設ける
空調機への還気ダクトにはモータダンパ（RA-MD）を設け、この開度を OA-VAV ユニットが適
正開度（⼀般に 85〜100%未満）となるように制御する。この理由は、 もしも、還気ファンの出⼝

15

圧⼒が⾼くかつ空調機への還気ダクトの圧損が僅かなとき、還気と外気の空調機混合 BOX 内の圧⼒が外気よりも⾼くなって必要な外気を取⼊れることができなくなるためである。そのため、還気ダ
クトの RA-MD の開度を制御して抵抗をつけて OA-VAV ユニットが適切に機能する圧⼒まで下げるようにする既往がないと必要な OA 量が確保できない。制御は外気取り⼊れファンがある場合とない
場合とで異なるので、それぞれに対応した制御機構とする。詳細は下記の【参考】を参照のこと。

20
3)

EA-VAV ユニットを設ける
この VAV ユニットの定格余剰排気量は下式により求める。

VEA  VOA, AHU  Vvent...（5.4.4）

ここに、

Vvent ： 第 3 種排気ファンの⾵量

25

外気取⼊量が⼀定値であれば CAV ユニットでもよいが、適正開度信号が出せる機構を有するものとする。外気量を可変とする場合は、余剰排気量が運転中に変化するのでそれを制御系の演算で求め、その値により EA-VAV に⾵量指⽰を送るよう設計する。
30【参考】記した制御は必要外気量の確保のために不可⽋な制御機構なので、より詳細に説明する。
A. 外気取⼊ファンがない場合＜運転の前提＞・ 給気ファンのインバータは VAV の開度情報で制御されている。
・ 還気ファンの回転数は給気ファンと連携して回転数制御がなされている。
・ EA-VAV の⾵量（余剰⾵量）は計測値と固定値を⽤いて下式で求める。
EA-VAV ⾵量（余剰⾵量要求値）＝ OA 量（VAV 要求⾵量）−第 3 種換気ファンの⾵量（固定値）＜制御＞
STEP-1：

下図右のフィードフォワード線を⽤いて「空調機への還気⾵量」（図では設計還気⾵量）から RA-MDの開度を決める。ただし、「空調機への還気⾵量」は計測値を⽤いて下式で求める。
空調機への還気⾵量＝ 給気⾵量（＝Σ(VAV 計測⾵量)）− OA 量（VAV 要求⾵量）
STEP-2： OA-VAV ユニットの VAV 開度が適正値（85〜100%）となるように RA-MD の開度をすこしずつ僅かに増減して補正する（これを静圧過不⾜補正という）。

39

第3種換気エリアの排気ファン
EA(第3種排気ファン排気分） Vea_v3f
EA-VAVEA（居室分,余剰排気）

Vs-ea
Vra_r
=Vsa -Vs-ea

OA(外気導⼊量)

INV

RA

RF

Vra_t

RA-MD
INV

OA-VAV
Voa

SA
SF

Vsa

RA-MD開度
⾵量設定値

最⼤開度設定(ex.100%)

VAV開度情報(100%･85%) 2点

空調機
cont
⾵量設定値
VAV開度情報(100%･85%) 2点

OA-VAVOA-VAVの
静圧過不⾜
制御範囲

RA-MD

⾵量計測値

⾵量計測値

RA-MD開度のフィードフォワード線

還気⾵量(Vra_r)

MD開度指令【RA-MD制御ロジック】
・還気⾵量の計算
Vsa – Vs_ea – Voa
・ 基本制御還気⾵量による
フィードフォワード判定
・補助制御
OA-VAVの静圧過不⾜制御

0%
(全閉)

0

設計還気⾵量(定格値)

B. 外気取⼊ファンがある場合
B-1 空調機ごとに外気取⼊ファンがある場合＜運転の前提＞・ 給気ファンのインバータは VAV の開度情報で制御されている。
・ 還気ファンの回転数は給気ファンと連携して回転数制御がなされている。
・ EA-VAV の⾵量（余剰⾵量）は計測値と固定値を⽤いて下式で求める。
EA-VAV ⾵量（余剰⾵量要求値）＝ OA 量（VAV 要求⾵量）−第 3 種換気ファンの⾵量（固定値）＜制御＞
STEP-1：

下図右のフィードフォワード線を⽤いて「空調機への還気⾵量」（図では設計還気⾵量）から RA-MDの開度を、「外気取⼊量⾵量」（図では設計外気⾵量）から還気ファンの INV 出⼒を、決める。
STEP-2： OA-VAV ユニットの VAV 開度が適正値（85〜100%）となるように、還気ファンの INV 出⼒をすこしずつ僅かに増減して補正する（静圧過不⾜補正）。また、EA-VAV ユニットの VAV 開度が適正値（85〜100%）となるように RA-MD の開度をすこしずつ僅かに増減して補正する（これを静圧過不⾜補正という）40

第3種換気エリアの排気ファン
EA(第3種排気ファン排気分）

EA-VAV

Vs-ea

EA（居室分,余剰排気）

OA(外気導⼊量)

Vea_v3f

VAV開度情報(100%･85%) 2点
⾵量計測値

INV

SA
Vsa

SF

空調機
cont

VAV開度情報(100%･85%) 2点

RA-MD開度

RA-MD

MD開度指令⾵量設定値

OA-VAV

RF

OF

⾵量設定値

EA-VAV

RA
Vra_t

RA-MD

Vra_r = Vsa -VoaINV
OA-VAVVoa

INV【RA-MD制御ロジック】
・還気⾵量の計算
Vsa – Voa
・ 基本制御還気⾵量による
フィードフォワード判定
・補助制御
EA-VAVの静圧過不⾜制御

0%
(全閉)

外気取⼊ファン

INV

INV出⼒

還気⾵量
(Vra_r)0

EA-VAVの静圧過不⾜
制御範囲

⾵量計測値
Oaファン
cont

RA-MD開度のフィードフォワード線

最⼤開度設
定(ex.100%)

OFのINV出⼒

OF

OF-INV制御のフィードフォワード線【OF(外気取⼊ファン 制御ロジック】
・基本制御
外気⾵量(Voa)によるフィードフォワード判定
・補助制御
OA-VAVの静圧過不⾜制御
0%(全閉)

設計還気⾵量
(定格値)

外気⾵量
(Voa)
0

設計外気⾵量(定格値)

EA-VAVの静圧過不⾜
制御範囲

B-2 複数の空調機に対して 1 台の外気取⼊ファンがある場合
基本は B-1 と同じである。OA ファンは複数台の空調機の要求外気⾵量の合計で制御する。
空調機群

外調機

第3種換気エリアの排気ファン

INV

OA

EA(第3種排気ファン排気分）
EA（居室分,余剰排気）

Vea_v3f

Vs-ea

EA-VAV

Vra_r=Vsa -Voa
EA(第3種排気ファン排気分）
SOA-VAVRAMD

Vea_v3f

RA

RF

Vra_t

INV

EA-VAV

Vs-ea
EA（居室分,余剰排気） Voa

INVSA
INV Vsa

SF
RAMD

INV

SOA-VAVRAMD

SOA-VAVVoa

EA-VAV

VAV開度情報(100%･85%) 2点
⾵量計測値

⾵量設定値

SOA-VAVVAV開度情報(100%･85%) 2点
⾵量計測値

RA-MD

MD開度指令空調機
cont【RA-MD制御ロジック】
・還気⾵量の計算
Vsa – Voa
・ 基本制御還気⾵量による
フィードフォワード判定
・補助制御
EA-VAVの静圧過不⾜制御

SA
Vsa

SF

Voa

⾵量設定値

RA

INV

SA
SF

RA-MD開度
最⼤開度設
定(ex.100%)

0%(全閉)

RA-MD開度のフィードフォワード線

還気⾵量(Vra_r)0

EA-VAVの静圧過不⾜
制御範囲

設計還気⾵量
(定格値)

⾵量設定値

SOA-VAVVAV開度情報(100%･85%) 2点
⾵量計測値

外調機給気ファン
INV出⼒
各空調機のSOA-VAV

INV

外調機ファンのINV出⼒

外調機
空調機
cont

【外調機制御ロジック】
・基本制御
各空調機からの要求⾵量によるフィードフォワード判定
・補助制御
OA-VAV群の静圧過不⾜制御(1台でも不⾜があればUP）(全てが過剰でdown）

41

0%
(全閉)

外調機ファンのINV制御のフィードフォワード線

外気⾵量
(Voa)
0

OA-VAV群の静圧過不⾜
制御範囲

設計外気⾵量(定格値)

(4) 排気ファン
固定速ファンとして通常の⽅法で設計する。
(5) 給気・還気ファンの最⼩⾵量と回転数制御
1)

給気・還気ファンの最⼩⾵量
給気・還気ファンの最⼩⾵量 V AHU ,min 、 VR ,min の決め⽅は「5.1.3 最⼩⾵量設定値」を参照のこと。

52)

還気ファンの回転数制御のためのフィードフォワード線の決め⽅
還気⾵量は給気⾵量と直接的な関係にあるので還気ファンの回転数は給気ファンの回転数制御に従属（連携）して制御するのが10

⼀般的であり、給気ファンの回転数制御と同様にフィードフォワード線による制御⽅法が採られる。還気ファンのフィードフォ
ワード線（⾵量⽐と回転数の関係）は給気
ファンと同様の⽅法（5.3.1

15

給気ファンの回転数制御を参照）で 1 次式として定める。
なお、この式はファン消費電⼒の推定に⽤いる。
右図は、ある実ファンにおいて試算した給気・還気ファンのフィードフォワード線の20例である（右図右）。薄緑のハイライト部は運転する⾵量範囲を⽰す。なお、右図左は
⾵量⽐と圧⼒⽐の関係である。

5.4.2

Type-B1

Type-Ｂ1 空調システムの要件
25は下記である。
・ 還気ダクトとは別に余剰排気ダクトとファン、EA-VAV ユ

第3種排気
(3-EA)

余剰排気(S-EA)じ。
・ EA-VAV ユ ニ ッ ト の制 御 は

余剰排気経路（余剰排気ダクト）
還気経路（還気ダクト）

RA-MD・ 外気（OA）取⼊れの設備と制
御 に 関 し て は Type-A と 同

INV

余剰 排気ファ ン

EA-VAV

ニットを設けたシステム。
30

第3種換気排気経路（第3種換気系ダクト）
第3種換 気排気 ファ ン
（トイ レ排気 ファ ン）

還気
(RA)

外気
(OA)

OA-VAV
外気導⼊経路（外気ダクト）

CH

INV

C

給気経路
（給気ダクト）
VA V

VA V

Room

Room

給気 ファ ン

Type-A と同じ。

Restroom

・ AHU への還気ダクトに設ける RA-MD の制御は Type-A と同じ。
35

・ 排気ファンは固定速とする。

(1) 余剰排気ファン・ダクト
通常の設計法で設計する。排気量は Type-A と同じ。

VEA  VOA, AHU  Vvent
40

余剰排気ファンの回転数制御は EA-VAV ユニットが適正開度（⼀般に 85〜100%未満）になるように
42

制御する。最⼩⾵量は通常のファンと同じ制約がある。
(2) OA-VAV・EA-VAV・RA-MD
エアバランスを保持するための OA-VAV ユニット、EA-VAV ユニット、RA-MD の制御は Type-A と同じ。
5(3) 排気ファン
固定速ファンとして通常の⽅法で設計する。
(4) 給気ファンの最⼩⾵量と回転数制御
給気ファンの最⼩⾵量と制御⽅法は Type-A と同じ。

10

5.4.3

Type-B2

Type-Ｂ2 空調システムの要件は下記
第3種排気(3-EA)である。
・ 還気ダクトと余剰排気ダクトを兼ねるシステム。
15

・ 余剰排気ファンと EA-VAV ユニットとを設ける。

第3種換気排気経路（第3種換気系ダクト）
第3種換 気排気ファ ン（トイ レ排気 ファ ン）

余剰排気経路（余剰排気ダクト）
INV

余剰排気(S-EA)

余剰 排気ファ ン

還気・余剰排気兼⽤経路（還気ダクト)

EA-VAV
RA-MD
還気
(RA)

外気
(OA)

・ 外気（OA）取⼊れの設備と制御に関しては Type-A と同じ。

OA-VAV
外気導⼊経路（外気ダクト）

CH

INV

C

給気経路
（給気ダクト）
VA V

VA V

Room

Room

給気 ファ ンRes troom

・ EA-VAV ユニットの制御も Type-A
20と同じ。
・ AHU への還気ダクトに設ける MD の制御も Type-A と同じ。
・ 排気ファンは固定速とする。
(1) 余剰排気ファン・ダクト
通常の設計法で設計する。排気量は Type-A と同じ。

25

VEA  VOA, AHU  Vvent
余剰排気ファンの回転数制御は EA-VAV ユニットが適正開度（⼀般に 85〜100%未満）になるように制御する。最⼩⾵量は通常のファンと同じ制約がある。
(2) OA-VAV・EA-VAV・RA-MD

30

エアバランスを保持するための OA-VAV ユニット、EA-VAV ユニット、RA-MD の制御は Type-A と同じ。
(3) 排気ファン
固定速ファンとして通常の⽅法で設計する。
(4) 給気ファンの最⼩⾵量と回転数制御
給気ファンの最⼩⾵量と制御⽅法は Type-A と同じ。

35

43

5.4.4Type-B3

Type-Ｂ3 空調システムの要件は下記である。
・ 還気ファンも余剰排気ファンもないシステム。
5

第3種換気排気経路（第3種換気系ダクト）

第3種排気(3-EA)

第3種換 気排気 ファ ン
（トイ レ排気ファ ン）

・ 取⼊外気は固定⾵量であり、全て換

還気・余剰排気兼⽤経路（還気ダクト)

気ファンで排気される。
・ 換気ファンは固定速とする。
・ AHU への還気ダクトに設ける MD のRA-MD

制御は Type-A と同じ。
10

還気
(RA)

外気
(OA)

OA-CAV

CH

INV

C

VAV

VA V

Room

Room

給気 ファ ン

外気導⼊経路（外気ダクト）(1) OA-VAV・RA-MD

Restroom

エアバランスを保持するための OA-VAV ユニット、RA-MD の制御は Type-A と同じ。
(2) 排気ファン
回転数固定であり、通常の⽅法で設計する。
(3) 給気ファンの最⼩⾵量と回転数制御
15

給気ファンの最⼩⾵量と制御⽅法は Type-A と同じ。

5.4.5

Type-C

Type-C 空調システムの要件は下記である。
還気⽤経路（還気ダクト)・ 空気循環のみのシステム。
20

・ ペリメータゾーン⽤の AHU システムでは、

還気
(RA)

インテリア系統の AHU が冷房、ペリメータ

CH

INV

C
給気ファン

系統の AHU が暖房の運転であれば、ペリメ

イン テリア系統
空調 機
A or B Type
VA V

VA V

VA V

VA V

デュ アルVAV

ータゾーンにデュアル VAV を設置して冷暖どちらの要求にも対応できるようなシステム
25にすることも考慮する。

イン テリア

ペリメータ(1) 給気ファンの最⼩⾵量
最⼩⾵量はファンがサージング域に⼊らない範囲でほぼゼロまで絞れる。⼀般にこのような運転の頻度は少ないと想定できる。

30

5.4.6

Type-D

Type-D 空調システムの要件は下記である。
・ 外気処理⽤の AHU で末端供給先に VAV ユニッ

CH

AHU

SOA
SOA-VAVC
給気 ファ ン

トを設けるシステム。

AHU

・ 各系統 AHU の給気ダクトに直接ダクト接続す
35

INV

外気
(OA)

SOA-VAVるシステムもこれに含む。

AHU(1) 給気ファンの最⼩⾵量

SOA-VAV

末端 AHU が全て停⽌される場合は外気処理⽤ AHU も連動して停⽌するように制御する。末端 AHUの外気取⼊の SOA-VAV が閉⽌され、ファンがサージング域に⼊るような運転の可能性があればバイパス
44を設けることも考慮する。

5.5 ファン消費電⼒の推定
本解説書では、ファンの年間エネルギー消費量を設計段階で推定する⽅法を⽰し、省エネの事前評価
5をすることを⽬的としている。常套⼿段として、年間に亘る各 VAV ユニットの時々刻々の要求⾵量と圧⼒をシミュレーションで推定しそれを基にファンの年間消費エネルギー量を求める⽅法があるが、これはモデル化と結果の整理などの作業負担が⼤きい。そこで、本解説書では web プログラムと同様に、各室の熱負荷の頻度分布を与情報として推定する概算法をとる。以下に、これを説明する。

5.5.1
10

顕熱負荷に対する消費電⼒推定⽅法の⼿順（給気ファン）

ファンの消費電⼒は、⾵量、圧⼒（ファンの静圧）、回転数の関係で決まるが、以下にその推定⽅法の⼿順を⽰す。
1)

本計算⽅法では web プログラムを利⽤することを想定している。

2)

VAV 空調機系統の顕熱負荷に対してファン消費電⼒が推定できる多項式を作成する。ただし顕熱負
荷は全熱負荷と等価な関係にある（⽐例する）と仮定する。

153)

顕熱負荷の処理量は⾵量と給気温度差の積に⽐例するが、給気温度差は設計で想定する給気温度と室温の差とする。つまり⼀定値と考え、次式で空調機顕熱負荷 qs , AHU から時々刻々の給気⾵量を求める。なお、顕熱負荷 qs , AHU は各室の最⼤負荷の合計ではなく、各時刻の同時発⽣を考慮した合計負荷である。ただし給気ファンの最⼩⾵量は 5.1.3 で定義した VAHU ,min とする。

VS , FAN  3600 

20

ただし

if

qs , AHU

 c p, a (Tset  Ts )VS , FAN  V AHU ,min

VS , FAN = V AHU ,min...

（5.5.1）

ここで、

25

30

VS ,FAN ：給気ファン⾵量[m3/h（CMH）]

Tset ：
Ts ：

設定室温

[℃]

給気温度

[℃]

qs , AHU ：空調機の顕熱負荷[kW]

c p ,a ：空気の⽐熱[kJ/kg・K]

：

空気密度

[kg/m3]「5.3 ファン回転数と給気温度の制御」で解説したように、VAV 空調システムでは給気温度リセット
制御が導⼊されているので給気温度差 T = Tset  Ts は VAV ユニットの開度状況に応じて変化する。
設計給気温度 Ts を⽤いた T が最⼤で、このとき給気⾵量は最⼩となる。既に述べたように実運転の給気⾵量は T が最⼤として求めた⾵量より⼤きくなるが、本⽅法では、初期調整が確実に⾏われることを想定してこの T が最⼤として求めた⾵量を⽤いる。これは「3.235給気⾵量と給気温度」で説明したＬ字制御が完全に達成され、かつＬ制御には乗らない低⾵量時にも T が維持されるという仮定をすることを意味するので簡単化のための近似である。これは、VAV 空調機が処理する顕熱負荷と⾵量は等価な変数であることを意味する。
45

3)多項式の係数は、ある⾵量(顕熱負荷と等価)に対するファンのエネルギー消費量を数点求め、これらから最⼩⼆乗近似により係数を求める。ある⾵量 VS , FAN , k の数点とは、最⼤⾵量（定格値）、最⼩⾵量（5.1.3 節で決めた値）の 2 点とその間を 4 分割した⾵量とし、合計 5 点である。

5
4)

上記した各⾵量 VS , FAN , k に対する回転数⽐ nS , FAN ,k を下式（給気ファンのフィードフォワード線）により⾒出す。

nS , FAN , k  a rS , FAN ,k  b
ただし
10

if

...

nS , FAN ,k  nS , FAN , k→

再掲(5.2.4)

nS , FAN ,k  nS , FAN ,min

ここで、

rS , FAN ,k 

VS , FAN ,kVR, S , FAN

ここで

VR , S , FAN ： ファンの定格⾵量

フィードフォワード線で⾒出す回転数は必要な最⼤値であり、実運転では回転数制御によってこれより⼩さく制御される。つまり実際にはこれより消費電⼒が少なくなるが、これを評価しないのは、2)で給気⾵量を⾒出す際に給気温度差が最⼤ T となっているとした、つまり理想的な L 字制御
15を想定しているため、結果として消費電⼒が⼩さく推定され過ぎることに対する代償（ペナルティー）と考えることとする。
5)

上記した、各⾵量 VS , FAN , k と回転数⽐ nS , FAN ,k に対するファン

20の消費電⼒ ES , FAN ,k および静圧

pS , FAN ,k を ファ ンの特 性曲 線
あるいはファン特性のモデル式から求める。なお、通常のファン特性曲線は定格回転数のみの
25

性能が記載されているが、本法による計算では右図のように回転数が変化したときの性能が記載 さ れ た 性 能 曲 線が 必 要 で あ
る。

46

6)

各⾵量⽐ rS , FAN , k と消費電⼒⽐（ eS , FAN ,k  ES , FAN ,k E R , S , FAN ）の 5 点セットの値に、⾵量⽐ゼロの点の消費電⼒⽐を最⼩⾵量⽐の消費電⼒⽐と同じとして加え、これら 6 点をもとに最⼩⼆乗法により
⾵量⽐ rS , FAN に対する消費電⼒⽐ eS , FAN の回帰式を 3 次多項式として定める。⾵量⽐ゼロの点を加えるのは WEB プログ
ラムを⽤いる際に⾵量⽐（=顕熱負荷⽐と等価※）がゼロま5で評価できるようにするためである。

eS , FAN   3 r 3 S , FAN   2 r 2 S , FAN  1 rS , FAN   0...(5.5.4)
10
なお、顕熱負荷と⾵量は等価な変数なので、上式は顕熱負荷⽐と消費電⼒⽐の関係式と等価である。
右図は以上の関係を模式的に⽰した例である。
15※）空調機の供給空気温度と室温の差（給気温度差）は⼀定と仮定し、⾵量は熱負荷に⽐例する（変数として等価）と仮定する。従って顕熱負荷∝⾵量∝全熱負荷と仮定する。

5.5.2

還気⾵量に対する消費電⼒推定⽅法の⼿順（還気ファン）

還気ファンは Type-A にしかない。
20

1)

下式で還気⾵量を求める。

VR, R  VR,S  VEA

25

...

再掲（5.4.1）

2)

最⼩⾵量 VR ,min を「5.1.3 最⼩給気⾵量」で定めた値とする。

3)

給気ファンと同様に 5 点の換気ファンの⾵量 VR , FAN ,k を求める。

4)

回転数⽐ nS , FAN ,k を給気ファンと同様、フィードフォワード線を⽤いて求める。

5)

給気ファンと同様の⽅法でファンの消費電⼒ E R , FAN , k を求める。

6)

給気ファンと同様の⽅法で⾵量⽐ rR , FAN に対する消費電⼒⽐ eR , FAN の組み合わせを 6 点として回帰
により 3 次多項式を定める。

5.5.3
30

外気取⼊・余剰排気・換気ファン

本書では CO2 制御のような外気⾵量を制御するシステムは対象としていないので、外気取⼊・余剰排気・換気ファンはそれぞれ定格⾵量となるため固定速ファンとして推定する。

5.5.4

年間⼀次エネルギー消費量

上記のようにして得た⾵量⽐（=顕熱負荷⽐と等価）とファンの消費電⼒の関係式を⽤いて WEB プロ
グラムにより年間の⼀次エネルギー消費量を求める。本⽅法では暖房時の VAV 空調システムの搬送動⼒35

削減は評価しないため、冷房負荷に対してのみ⼀次エネルギー消費量を求める。

5.6

初期調整に必要な測定センサと計測⽅法

VAV 空調システムは、これまでに述べた事項について配慮した設計だけではなく、それが設計意図通47

りに稼働するように初期調整することによりはじめて省エネ性能が発揮される。この初期調整には、例
えば、VAV ユニットの開度やファンのインバータ周波数などの運転パラメータを意図する値に設定した
り、消費電⼒を計測したりという作業が必要である。運転パラメータの設定は制御システムから指⽰できることもあるが、場合によりメーカの調整機器が必要になることもある。計測も、中央監視装置（広5義の BEMS）で常設ポイントとして収集できるものもあれば、現地にテンポラリーに計測装置を設置しなくてはならないものもある。そこで、これらの作業が迅速かつ正確に実施できるように、どのような計測ポイントを持つべきかを設計で規定しておく必要がある。
なお、本 FPT 法が求める常設すべき計測ポイントと、テンポラリーでもよい計測ポイントについては6 章で規定する。

10

5.6.1

⾃動制御メーカのツールを⽤いた計測・操作

初期調整作業の効率を上げるためには、VAV ユニットの計測値の確認、運転条件設定の操作・設定に⾃動制御メーカのツールを⽤いることが不可⽋である。参考として、表-5.6.1 にある⾃動制御メーカのツールでモニタできる項⽬及び操作・設定できる項⽬の⼀覧を⽰す。
15

表-5.6.1 ⾃動制御メーカの調整ツールで扱えるモニタ及び操作・設定情報⼀覧（参考：A 社の場合）
信号カテゴリ
モニタ情報

装置

ポイント

VAV

運転状態

ユニット

⾵量設定値

備考

⾵量計測値
室内温度
室内温度設定値
全開情報
適正開度情報温度制御モジュール PID 出⼒値
AHU

運転状態
給気温度
給気温度設定値
INV 制御・基本制御モジュール(*1)

要求⾵量により回転数を決める INV 制御の基本制御モジの設定値

ュールに関する以下の設定値のこと。
1) VAV 最⼩要求⾵量時の⾵量と周波数（下限周波数）2) VAV 最⼤要求⾵量時の⾵量と周波数（上限周波数）

INV 制御・補正制御モジュール(*1)

各 VAV の静圧過不⾜により上記の基本制御モジュールにの設定値より決まる周波数に対する以下の補正値設定(*1)のこと
1) プラス側 X%、2)

操作・設定

VAV

情報

マイナス側 Y％

VAV ユニット運転・停⽌操作
VAV ユニット室内温度設定

AHU

VAV ユニット室内温度制御モジュール

室内温度制御モジュールを無効とし、要求⾵量を指定値

有効/無効設定に固定する機能（機種により、最⼤⾵量と最⼩⾵量の両VAV ユニット室内温度制御モジュール

⽅を指定値に設定することで要求⾵量を固定する⽅法も

⾵量設定

ある）

AHU 運転・停⽌操作
給気温度設定リセット制御
有効/無効設定
給気温度設定給気温度設定ロードリセット制御を無効にして、給気温
度設定値を固定する。

ファン回転数制御

有効/無効設定

ファン INV 出⼒設定（固定）

ファン回転数制御を無効にして、INV 周波数（出⼒）設
定値を固定する。

48

6.

FPT 法による VAV 空調システムの搬送エネルギー削減計画書

5 章では、搬送動⼒の省エネにおいて配慮しなくてはならない知⾒や要点を⽰し、その設計⽅法について解説した。そこでは、システム、機器、制御⽅法、制御の閾値などを「設計者が判断して性能を決め5る」という流れ、つまり仕様規定ではなく性能規定の⽅針に従って解説を⾏った。
「はじめに」で述べたように、本書では、1)VAV 空調システムシステムを適切に設計し、2)竣⼯前に
設計内容に添って初期調整をすることにより省エネ性能の確実な達成を⽬指している。このプロセスを
FPT 法と称し、「設計者が根拠を⽰して設計内容を説明する計画書」を提出することを求めている。この
計画書は設計内容を羅列的・機械的に列記するのではなく、設計意図や設計判断を交えて説明する⽂書

10

で、コミッショニングでは設計主旨⽂書と呼ばれる。本章では、本章の流れに沿って記載することによりこの⽂書が作成できるように、設計の要件、指針、記載すべき必要項⽬などを挙げて解説している。
以下では、FPT 法が求める必須事項を【要件】、設計者の判断や裁量で決める際に配慮すべき事項を【指針】、計画書に記載すべき、設計の主旨、システム構成・機器仕様、計測ポイント、エネルギー消費量などを【記載項⽬】として列挙している。

15

6.1

FPT 法が対象とする VAV 空調システムのゾーニングと構成

6.1.1

ゾーニング

【要件】
VAV 空調システムは系統内の熱負荷が不均質とならないようなゾーニングをして系統分けを⾏うこと。
20【指針】
VAV 空調システムの対象ゾーンには、「5.1.1 ゾーニング」で記したような建築的配慮と設備的配慮をして、空間的、時間的にバランスの悪い熱負荷や冷暖房の同時発⽣などを避け、できる限り各室の熱負荷が不均質とならないようにする。
【記載項⽬】

25

1.

ゾーン各室の顕熱負荷：

設計計算書を引⽤するなどして各室の顕熱負荷に⼤きな不均質がないことを⽰す。なお、この顕熱負荷集計表（以下、表 A と呼ぶ）には選定した VAV ユニットのサイズや型番を併記する。もしも不均質が⽣じる可能がある⼩部屋や⽤途の異なる室があれば、その室に別途の設備を付加して対応している、給気温度リセット制御の対象から外している、などの設計判定について明記する。
30

2.

ペリメータゾーンの冷暖房同時発⽣： ペリメータゾーンの顕熱負荷において冷暖房が同時に発⽣するかどうかの判断をし、発⽣する場合にはデュアル VAV を設けるなど、どのような対処をしたかについて説明する。

6.1.2
35

VAV 空調システムの構成【要件】
FPT 法が対象とする VAV 空調システムは、4.2 と 4.3 で記したシステム要件を満たす、いずれかのシ
ステム構成（Type）とする。
【指針】
システム構成の Type は、⾵量変化時にもエアバランスが達成できるかどうかをよく⾒極めて選定する。
49

【記載項⽬】
各 VAV 空調システムの系統毎に下記を記載する。ただし、同じシステム構成であればまとめてもよい。
1.

システムの Type と構成： システム系統図を⽰して「4.3 対象とするシステムの基本構成」のうち
どの Type であるか記載する。

52.

空気循環⽅式： 空気循環⽅式を記載する（床吹出⼝⽅式でないことを明記）。

3.

CAV ユニットの有無： 共⽤部分などの給気に CAV ユニットを併設している場合はその個所と⾵量などについて説明する。

4.

共⽤部の換気⽤排気ファン：

複数系統の VAV 空調システムに対して共⽤部の換気⽤排気ファンが共通である場合、その発停や⾵量制御⽅法について説明する。
105.

エアバランス：VAV で⾵量制御を⾏う際に、どのようにシステム全体のエアバランスを保持する設計になっているかを説明する。
6.

外気取⼊⽅式：

外気取⼊が、固定⾵量か CO2 制御などによる可変⾵量制御か、外気取⼊ファンが有るかないか、などについて説明する。
7.
15

外気冷房：

外気冷房を意図した設計であればその期間を記し（外気冷房期間は VAV の搬送動⼒の省エネ対象期間から除外する）、外気冷房期間には多量の、それ以外の期間では少量の外気導⼊と余剰排気が⽣じるような運転になっても適切な⾵量制御ができる設計になっていることを説明する。
8.

CO2 制御： 室内や還り空気の CO2 濃度により外気取⼊量の制御を⾏うシステムであれば、その制御⽅法と、それがシステム全体のエアバランスに悪影響を与えないものであることを説明する。

20

6.1.3

最⼩⾵量

【要件】
5.1.3 で記したように、VAV ユニットの最⼩⾵量設定値、給気ファン、⾵量制御を⾏う還気ファンや余剰排気ファンなどの最⼩⾵量は搬送動⼒の省エネ上重要であり、かつエネルギー消費量の推定にも必要であるためこれらの値を設計で定めて記載する。
25【指針】
顕熱負荷が⼩さくなれば「VAV ユニットが適切に⾵量を絞る」と制御任せにするのではなく、設計としての最⼩⾵量を定め、それが達成できるシステム・機器・制御となるようにする。
【記載項⽬】
1.

30

各 VAV ユニットの最⼩⾵量設定値： 各 VAV ユニットの最⼩⾵量設定値を表 A に記し、この値をVAV 制御の初期調整時のパラメータとするように指⽰する。なお表 A には定格⾵量も記す。

2.

複数の VAV ユニットが同⼀空間（室）にあれば、これらの VAV の合計⾵量が最⼩⾵量設定値を確保すればよく、各 VAV は極端な場合ゼロでもよい。このような制御法（あるメーカーはこれを⾵量総和制御と呼んでいる）を採⽤する場合は、どの VAV ユニットが同⼀空間にあるかを⽰し、群としての最⼩⾵量を表 A に明記する。

35

3.

給気ファンや還気ファンなど回転数制御をするファンについては、最⼩⾵量を 5.1.3 の解説を参考にして定め、それを記載する。

6.2

給気ダクト系とファンの設計

給気ダクト系とファンの設計については、5.2 を参考にして決めてその内容を記す。

6.2.1
40

VAV ユニットの選定と仕様指⽰

【要件】
50

顕熱負荷により定格⾵量を求めて適切な VAV ユニットを選定する。
【指針】
定格（最⼤）⾵量は冷房時と暖房時とで異なるので、それぞれを考慮して⾵量制御の範囲を広くカバーできる機器を選定するようにする。
5【記載項⽬】
1.

制御機能：

空調停⽌信号により VAV ユニットを全閉にする機能と、全開信号（100%）、適正開度

信号（⼀般に 85〜100%）を発信する機能を有することを設計図書に記す。
2.

VAV ユニット供給限界最⼩⾵量：機器として制御可能な限界の最⼩⾵量⽐が、上項 6.1.3 で定めた

最⼩⾵量設定値より⼩さな値であることを確認し表Ａに記す。将来、室の利⽤形態が変わることも10あるので、余裕をもって、できる限りこの値が⼩さい機器を選定しておくべきである（10%程度が適切である）。
3.

稼働最⼩圧⼒： できるだけ低いファン静圧で VAV ユニットの⾵量制御ができる機器を選定し、その稼働最⼩圧⼒を記す（20Pa 以下が好ましい）
。

15

4.

温度制御機構： VAV ⾃⾝に制御機構を持つユニットか持たないユニットかの仕様を記す。

5.

VAV ユニットの設置⽅法： VAV ユニットの⾵量センサが精度良く働くにはユニット前後に適切な⻑さの直管部を設ける必要がある。この施⼯仕様を設計図に記する。

6.2.2

給気ダクトの設計【要件】
各 VAV ユニットにバランス良く給気しかつ搬送動⼒の削減を⽬指すようなダクトを設計する。
20【指針】
他に⽐して圧損が⼤きすぎるダクトルートに VAV ユニットがあればダクト径を増して圧損を減じるな
どして、ダクト系全体の圧⼒バランスが適切になるような⼯夫をして設計する。バランスが悪くなりそうなダクト系の場合は静圧再取得法で設計することも考慮する。また、VAV ユニットの発⽣騒⾳を抑えるために VD で抵抗を付けることは効果が少ないためできる限り避ける。

25【記載項⽬】
1.

給気ダクトの圧⼒損失： ダクトの最⼤圧損を計算書から引⽤して記す。

2.

VAV ユニットの騒⾳対策：

VAV ユニットの発⽣騒⾳が問題となりそうな室⽤途であれば騒⾳計算を⾏って検証しその結果を記す。別途、ダクトの騒⾳計算書があればそれを引⽤して結果を明記しても
よい。
30

6.2.3

給気ファンの選定【要件】
ファンの定格⾵量ならびに静圧が過⼤とならないようにファンを選定する。
【指針】
35

1.

給気ファンの定格⾵量は過⼤なファンを選定しないように系統全体の同時発⽣顕熱負荷の最⼤値から
⾒出す。

2.

通常、給気ファンの静圧は室内と外気の静圧が等しくなるという条件を課し、前項で定めたダクト圧
損に、空調機の定格機内抵抗、外気取⼊ダクトの圧損などを加えて給気ファンの静圧を定めるよう
にする。

40

【記載項⽬】
1.

給気ファンの定格⾵量と静圧：

5.2.3 を参考にしてファンの定格⾵量と静圧を定め、それを明記す
51

る。

6.2.4

給気ファンの最⼤・最⼩回転数【要件】
給気ファンの回転数制御はできるだけ低回転で運転できるようなファンを選定する。
5【指針】
給気ファンのメーカは回転数の下限に制限を設けている（例えば定格回転数の 30%とかインバータの周波数で 15Hz とか）。これを確認の上できるだけ⼩さな最⼩回転数⽐で運転できるファンを選定する。
なお重要なのは回転数そのものではなく、定格回転数と最⼩回転数の⽐率なので、例えば定格回転の周波数が商⽤周波数 50Hz であれば最⼩回転の周波数が 20Hz であれば⽐が 0.4 であるのに対して、INV に

10

より定格回転を 100Hz としていれば⽐は 0.2 となり制御範囲が⼤きくなる。こういう視点でファンの最⼩回転数を評価する。
また、例えば直膨型の空調機など、ファンではなく空調機の最⼩⾵量が規定されるものもあるので、ファン以外の制約にも注意を払う。
【記載項⽬】

151.

給気ファンの定格回転数：

2.

給気ファンの最⼩回転数⽐：

定格運転時の回転数（rpm）と INV 周波数（Hz）を明記する。
定格回転数⽐を 1.0 として、最⼩回転数⽐をインバータの周波数も付して明記する。

6.2.5

ファンの電動機・インバータの効率

【要件】
20

ファンの電動機やインバータの効率が⾼い機器を選定する。
【指針】
両者とも部分負荷時には効率が減じるが、これに関する情報提供が進んでいないので、当⾯、それぞれ定格負荷時の効率で評価してよい。
【記載項⽬】

25

1.

ファンの電動機・インバータの効率：

6.3

それぞれ定格運転時の効率を明⽰する。

ファン回転数と給気温度の制御

給気ファンの回転数制御と給気温度の制御は搬送動⼒の省エネに⼤きく関わるため、以下のように配慮して設計する。
30

6.3.1

給気ファンの回転数制御とフィードフォワード線の決定【要件】
給気ファンは、給気⾵量⽐を基にした関数によりその回転数⽐を⼀意に決めるフィードフォワード制
御とし、その値を決める関数（フィードフォワード線）の係数を設計で決定する。また、熱負荷が系統内で特異となるような室が存在すると回転数制御が不適切となるので、そのような室を制御の判定対象
35から除外するよう設計図で指⽰をする。
【指針】
⼀般にフィードフォワード線は線形ではないが、⼀次近似式で求めることとする。なお、実運転時の回転数はこの式で求めた値よりは常に⼩さくなる⽅向となるように補正制御される。
【記載項⽬】

40

1.

フィードフォワード線の係数：

5.3.1 で解説した⽅法によりフィードフォワード線の係数 a 、 b を52

定め明記する。
2.

熱負荷が特異な室： 熱負荷が系統内で特異となる可能性がある室は、回転数制御の判定対象から除外するよう指⽰する。

5

6.3.2

空調機の給気温度制御【要件】
空調機の給気温度リセット制御を採⽤する場合は、設計意図通りに搬送動⼒の削減がなされるように初期調整をすることとその要求事項を設計図書に記す。
【指針】
10

1.

空調機の給気温度は、給気温度と室温の差が可能な限り最⼤となるように、つまり給気⾵量が最⼩限となるように制御することを⽬指す。この実現には適切なパラメータ設定をするなど、初期調整が必須である。その⽅法を 5.3.2 で解説した指⽰事項を参考にして設計図書に記す。

2.

在室者が室温設定値を異常な値にセットすると⾮省エネな運転が⾏われるため、可能な限り中央から運転管理者が設定できる設計とする。

15【記載項⽬】
1.

初期調整を実施する技術者に向けた指⽰事項： 冷⾵モード時に給気⾵量を最⼩に制御するために必要な初期調整の指⽰事項を 5.3.2 の解説を参考にして設計図に記す。下記はその⼀例である。
・初期調整で給気温度リセットの増減値をディフォールト値に拘らず適切な値とする
・冷房・暖房の設定室温を指⽰し、両者が近接しないようにパラメータ設定をする

20

なお、設計図では上記のように注意事項として記載するだけでよいが、初期調整法については本
解説書の第 2 編「初期調整⼿順」をそのまま施⼯に関する特記仕様書の⼀部として転載する。
2.

室温設定⽅法：在室者が現地で室温設定操作ができる設計なのか、中央から遠隔で設定する設計なのかなど、室温設定⽅法について記す。
3.
25

運転管理マニュアルの作成指⽰：

運転管理マアニュアルを作成するように指⽰し、そこに、室温の冷房・暖房の室温設定値が接近しないようして運転することを指⽰する。

6.4

エアバランスと給気系以外のシステム【要件】
VAV によって⾵量が変化しても空調システム全体のエアバランスが適切に保てるように、還気ファ
30ン・余剰排気ファン・換気ファン・外気取⼊ファンなどの制御を含めた設計を適切に⾏う。
【指針】
1.

適切なエアバランスとは、給気⾵量が変化しても室と外界の圧⼒差をほぼゼロに、還気・排気・取⼊外気などを設計通りの⾵量に維持できることをいう。つまり、外壁・窓・開⼝部などの隙間を通じた漏⼊・漏洩がほぼなく省エネな運転ができ、かつ室の空気環境も適切に維持することである。

35

2.

室から廊下などの共⽤部にパスダクトなどで空気を流し、その空気がトイレやパントリーなどから換気ファンで排気される場合には室の圧⼒のほうが共⽤部より僅かに⾼くなるが、その程度の微差圧は無視するものとする。

【記載項⽬】
適切なエアバランスの達成で配慮すべき項⽬は空調システムの Type によって異なるため、5.4.1 以降
40に各 Type について設計配慮すべき項⽬を解説した。以下では、それらをまとめた記載事項として挙げているが、Type によっては記載不要な事項もある。
53

1.

還気の閉⽌機構： ⼩部屋の給気が完全閉⽌された場合、還気も閉⽌する機構があるかどうかを記す。

2.

還気ファンの仕様：

3.

余剰排気ファンの仕様： 定格時の⾵量、静圧、回転数、運転可能な最⼩回転数⽐を記す。

4.

排気⽤換気ファン： 原則として固定回転数とする。定格の⾵量、静圧、回転数、運転可能な最⼩回

5定格時の⾵量、静圧、回転数、運転可能な最⼩回転数⽐を記す。

転数⽐を記す。
5.

エアバランス制御⽤の VAV・ダンパの設置： 5.4 で解説したように、必要個所にエアバランスの制
御を⾏うための VAV ユニットやモータダンパ（MD）を設けその制御意図を記す。

6.

還気ファンや余剰排気ファンなど回転数制御を⾏うファンの制御パラメータ：

還気ファンや余剰排気ファンは給気ファンと同じく 1 次式のフィードフォワード線により制御するように設計し、その 110次式のパラメータを 5.4 で解説した⽅法で求めて記す。

6.5 ファン消費電⼒の推定
本解説書では web プログラムと同様に各室の熱負荷⽐の頻度分布を与情報として、年間の⼀次エネル
ギー消費量を推定する概算法をとる。

6.5.1
15

顕熱負荷⽐から給気ファンの消費電⼒⽐を推定する回帰式【要件】
顕熱負荷⽐から給気ファンの消費電⼒⽐を求めるための 3 次多項式を定める。
【指針】
1.

給気温度差（室温と給気温度の差）は常に⼀定値（設計値）と想定し、5.5.1 に沿って空調機の顕熱負荷⽐からファンの消費電⼒⽐を⾒出す多項式を次のように求める。

202.

最⼤⾵量⽐（定格値=1.0）、最⼩⾵量⽐（5.1.3 節で決めた値）の 2 点とその間を 4 分割した⾵量（合計 5 点）に⾵量⽐ゼロの点を加えた合計 6 点の⾵量に対するファンの消費電⼒⽐を求め、これを⽤いて⾵量⽐（顕熱負荷⽐）と消費電⼒⽐の 3 次多項式の回帰式を⾒出す。

【記載項⽬】
5.5.1 で述べた 3 次回帰式を求める過程で得た下記の値を記す。
251.

顕熱負荷⽐（⾵量⽐）： 上記の解説で述べた 5 点の顕熱負荷⽐（⾵量⽐）。

2.

ファン回転数⽐：

ファンのフィードフォワード線を⽤いて得る、⾵量に対するファンの回転数⽐

（5 点）
3.

消費電⼒⽐： ⾵量⽐と回転数⽐から求めた消費電⼒⽐（5 点）

4.

回帰式の係数： 5 点の⾵量⽐と消費電⼒⽐に⾵量がゼロの消費電⼒⽐を最⼩⾵量時の値として加え

30

た 6 点をもとに 3 次の回帰多項式を最⼩⼆乗法で得て、その係数を記す。

6.5.2

還気⾵量⽐に対する還気ファンの消費電⼒を推定する回帰式【要件】
還気⾵量⽐から還気ファンの消費電⼒を求めるための 3 次多項式を定める。
35【指針】
給気ファンと同様。
【記載項⽬】
5.5.2 に沿って 3 次回帰式を求める過程で得る下記の値を明記する。

40

1.

還気ファンの⾵量⽐： 上記の解説で述べた 5 点の⾵量⽐。

2.

ファン回転数⽐：

還気ファンのフィードフォワード線と⾵量⽐を⽤いて求めたファンの回転数⽐
54

（5 点）
3.

消費電⼒⽐： ⾵量⽐と回転数⽐から求めた消費電⼒⽐（5 点）

4.

回帰式の係数： 5 点の⾵量⽐と消費電⼒⽐に⾵量がゼロの消費電⼒⽐を最⼩⾵量時の値として加えた 6 点をもとに 3 次の回帰多項式を最⼩⼆乗法で得て、その係数を明記する。

5

6.5.3

可変速ファンの年間⼀次エネルギー消費量【要件】
上記のようにして得た⾵量⽐（=顕熱負荷⽐）とファンの消費電⼒⽐の関係式を⽤いて WEB プログラ
ムにより年間の積算消費電⼒量を求める。ただし、本法では暖房時の VAV 空調システムの搬送動⼒削減
10は評価しないため、冷房負荷に対してのみ年間の積算消費電⼒量を求める。
【記載項⽬】
1.

給気ファン、還気ファンなど各可変速ファンの年間の積算⼀次エネルギー消費量：推定した各ファンの⼀次エネルギー消費量の各⽉および年間の積算値。

15

6.5.4

外気取⼊・余剰排気・排気／換気ファンの消費電⼒と⼀次エネルギーの推定

本書では CO2 制御のような外気⾵量を制御するシステムは対象としていないので、外気取⼊・余剰排気・換気量は定格⾵量となるため、固定速ファンとして、⼀次エネルギー消費量の各⽉および年間の積算値を同様の⽅法で推定する。

6.6
20

初期調整に必要な測定センサ

初期調整に必要となるセンサを、常設設置すべきものとテンポラリに設置してもよいものとに分けて以下のように規定する。
AF
W

EA

第3種換 気エリ ア（トイ レ等）の排気 ファ ン

冷温 ⽔
EA-VA V

hz

W

INV

P

EA

AF

RA-MD

加湿 器
CH

od

INV

OA-VA V

OA

P

hz

コイ ル

VA V

od_lm

VA V

od_lm
AF

M
od

RF︓還気ファ ン

AF

冷温 ⽔
T

【常設 セン サ】
AF: ⾵量

od_lmF : VA V全開 リミ ット信号hz

: IN V周波 数

od_lmP: VA V適正 開度リミ ット信号

: 電⼒

od

: ダン パ・弁開 度(出⼒)

T

AF

od_lp

od_lp

AF

給⽔

SF ︓給気 ファ ン

W

T
P

SF

C

AHU

AF

W

P

AF

T

RF

AF
給気

Room

AF

AF

AF
還気

T

給気

Room

: 温度

【テン ポラリ計測 】
AF: ⾵量 計測

M: 流量 計測測 定⼝

P: 静圧 測定⼝図-6.6.1 VAV 空調システムの測定ポイント

25

6.6.1

常設センサによる必要計測ポイント【要件】
初期調整に必須である常設計測ポイントを設計図に記す。
55

AF

AF
還気

AF

第3種換 気エリ ア（トイ レ等）

【記載項⽬】
下記の計測ポイントの⼀覧を作成するか、設計図書から引⽤して明⽰する。
1)

制御⽤に設置する全ての VAV ユニットにおける⾵量（⾵速センサによる計測値）、および全開・適正
開度リミット信号 （VAV コントローラ経由で取得する信号）

52)

⾵量制御に関わるダンパの開度

3)

給気・還気・余剰排気ファン・第 3 種換気ファンなど回転数制御するファンの電⼒
インバータ周波数[kW]、および[Hz]（制御出⼒を周波数に換算）

4)

室内温度、室内温度設定値5)

⾵量の演算値（例えば還気⾵量を直接計測していない場合は、「給気⾵量 ‒ 外気⾵量 ‒ 排気⾵量」と10して計算した値）

6.6.2

テンポラリな⾵量計測ポイント【要件】
テンポラリーな計測ポイントを特記仕様などの設計図書に記す。なお、これらは常設センサとしてもよい。
15【記載項⽬】
1)

制気⼝⾵量計測：室に設ける VAV ユニットの下流にある制気⼝の⾵量を測定することを設計図で指⽰していることを⽰す（設計図書から引⽤する）。
2)

ダクト⾵量計測：

ダクト経路において、給気⾵量、還気⾵量、余剰排気⾵量の計測ができるように測定⼝を設けると指⽰していることを⽰す（設計図書から引⽤する）
。
20

6.6.3

⾃動制御メーカのツールを⽤いた計測・操作【要件】
初期調整の効率を上げるために「⾃動制御メーカの調整ツール」を⽤いることを特記仕様書などに明25記する。
【記載項⽬】
1)

初期調整で利⽤するツール：

初期調整に⾃動制御メーカの調整ツールを⽤いることを特記仕様な

どの設計図書に記し、それを引⽤して計画書で⽰す。

6.730

初期調整・機能性能試験に関する特記仕様

【要件】
1.

第 2 編「初期調整⼿順」において規定する「初期調整」の実施を求める。

2.

初期調整の後、機能性能試験を実施して性能の確認を⾏うことを求める。

【指針】
1.
35

ここでいう初期調整は、通常、施⼯者が⾏う試運転調整では実施されない調整内容なので、この違いが施⼯者に判るようにする。

2.

機能性能試験も⼀般には実施されない試験なので、その作業内容を⽰す。

【記載項⽬】
1.

初期調整の実施内容：

本解説書を参考にして、「具体的にどのように初期調整をするかが判る⽂書」を特記仕様書として記す（本解説書から必要な章節を引⽤してよい）
。
40

2.

機能性能試験の実施内容：

同上
56

3.

機能性能試験の実施者： 機能性能試験実施と合否判定は、原則として VAV システムに関する専⾨的な知識を有する第三者が実施することとするが、同等の資質を有する施⼯会社の QC 部⾨の担当者でも可能とする。

6.8 その他
5

建築物省エネ法に基づく任意評定を取得する際は、別途任意評定ガイドラインに定める要件に従うこと。

【参考⽂献】
10

1)Jhon Murphy, “Using VAV to Limit Humidity at Part Load”, ASHRAE Journal, October 2010 (伊藤⺠雄訳、部分負荷時の湿度制御への VAV の利⽤、空気調和衛⽣⼯学会誌、85 巻第 11 号、2011)2)

⼤島、⼜賀、下⽥、“詳細計測データを⽤いたオフィスにおける VAV 送⾵システムの運⽤実態と性能評価に関する研究”,3)
15

空気調和衛⽣⼯学会⼤会学術講演論⽂集、E-30、第 9 巻、2017

岡本、柳井、村⼭、若松、“超⾼層オフィスビルにおける省エネルギー運⽤に関する研究−（第 2 報）
VAV の制御調整による搬送動⼒の低減効果”,

空気調和衛⽣⼯学会⼤会学術講演論⽂集、E-39、

2003
4)

松元忠雄, “VAV ・VWV 制御”, 空気調和衛⽣⼯学会誌、83 巻第 2 号、2009

5)

H.J. Souer Jr., R.H. Howell, “Estimating the Indoor Air Quality and Energy Performance of VAV
Systems”, ASHRAE Journal, July 1992 (福⼭博之訳、VAV システムの室内空気質とエネルギー性能の20

評価、空気調和衛⽣⼯学会誌、79 巻第 9 号、2005)
6)

Steven T. Taylor, Jeff Stein, “Dual Maximum VAV Box Control Logic”, ASHRAE Journal, December
2012 (伊藤⺠雄訳、デュアルマキシマム VAV の制御ロジック、空気調和衛⽣⼯学会誌、88 巻第 3 号、
2014)

7)
25

浅⽥、吉⽥、宮⽥、“VAV ユニットの不具合がシステム全体のエネルギー消費量に与える影響に関す
る研究”,

8)

⽇本建築学会近畿⽀部研究報告集、No.4067、2004

宮⽥征⾨，吉⽥治典，藤井健太，浅⽥昌彦，VAV ユニットの不具合によるエネルギー浪費の推定⼿法に関する，⽇本建築学会⼤会学術講演梗概集，2005.9，pp.33-36

30

9)

空気調和衛⽣⼯学会会誌「特集・VAV ⽅式の現状」、第 50 巻第 6 号、1976

10)“High-Performance Sequences of Operation for HVAC Systems”, ASHRAE Guidelines 36-2018, June
2018

57

5
FPT 法による変⾵量空調システム（VAV 空調システム）の省エネルギー
設計・施⼯・調整・試験⽅法に関する技術解説書
第１編

設計編

発⾏︓2024 年 1 ⽉ 6 ⽇（ver.20.1）

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15

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20

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