空調のチューニングポイント

東洋ビル管理株式会社
省エネルギー技術研究室
室長　中村　聡

温度・湿度・日射・風（4）

12、室外機の欠点
エアコンの室外機や空冷チラーで、上部にファンがある機種には大きな欠点がある。省エネにも関係するので、その欠点がどのようなもので、その対策となるアイデアも考えてみたい。
ファンが上部にあって、放熱器はその下の本体側面にある訳だが、このような構造で放熱器全面に、均等に空気が流れるのだろうか。
ファンが上部にあれば、ファンに近い放熱器上部からの風量が多くなり、下に行くほど風量が少なくなるはずだ。これでは放熱器全体が効率的に使われているとは云えないだろう。

13、風速測定
　放熱器の風速を測定してみよう。
放熱器にはガードが取り付けられており、縦に10分割されているので、このガードのマス目を測定ポイントとして利用することにした。

写真のようにして、ガードの一番上から下までのマス目中央10ポイントの風速を測定した。

結果は予想通りであった。一番上の風速が一番速く、下にいくほど遅くなったのだ。
風量も風速に比例して変化するので、風速が均等でなければ、放熱器の上部と下部では放熱量が変わってくる。下部になるほど風量が少なくなるので、放熱効率が悪くなるはずだ。

14、フィルターを利用
　それならば上部の風量を減らせるアイデアがあれば、下部の風量が増えると考えた。そこで写真のような空調用として使っているフィルターを放熱器上部に巻くことにした。排気量が同じであれば、フィルターの抵抗で上部からの風量が減れば、その分はフィルターを巻いていない下部からの風量が増えるはずだ。

マス目の上から6番目までに、フィルターを巻き付けた写真だ。施工後数日しか経過していないが、24時間運転している室外機なので、汚れるのが早いようだ。空気を吸わない部分は真っ白だが、放熱器のあるフィルターの上部は特に汚れて、下にいくほど汚れが少なくなっている。
これからも上部ほど風量が多く、下部ほど風量が少なくなっていることが分かる。
フィルターは室外機本体のネジを利用して取り付けているので、作業は簡単だ。本来が風を通すものなので、台風のような強風時でも風に煽られ難く、簡単に破れることもない。
3面から放熱するタイプの室外機なので、放熱器全面を覆うように凹字形にフィルターを巻き付けた方が、フィルターがしっかりと固定されるのだが、隣の室外機との間が狭くL字形にしか巻き付けられなかった。
フィルターを巻き付けていない面があれば、風がそちら側に逃げるので、フィルター効果が弱まってしまう可能性はあるだろう。
今回の実験では一枚のフィルターをマス目の6番目まで巻き付けたが、マス目の3番目までを2重に巻き付ければ風速がどのように変化するのか等、放熱効率を追求して、いろいろと実験することもよいだろう。

15、フィルター巻き付け後の測定
　フィルターを巻き付けた状態で、巻く前と同じマス目の位置で風速を測定した。
巻く前と巻いた後の風速を比較するためだ。

ガードのマス目最上段の風速を測定しているところだ。フィルターを巻き付ける前よりも、風速が落ちている。予想通りの結果である。
フィルターの上からガードの中央位置を確かめながら測定ポイントを決めているので、マス目の中心で測定できている。

上から6番目のマス目の位置だ。この位置はフィルターがない時と同じ風速であった。

上から7番目のマス目の位置だ。
ここからはフィルターがないので、6番目のマス目の位置よりも風速が増えて当然だ。
フィルターを巻き付ける前と比較しても風速が増えている。フィルターにより上部の風速が減少したが、下部では風速増加となっている。
これも予想通りの結果である。
このようにして10番目のマス目まで風速を測定した。フィルター無しで10ポイント、有りで10ポイント、合計20ポイントを測定した結果、フィルターの有無で風速がどのように変化したのかを比較表で見てみよう。フィルター巻き付け後の風速合計値が、巻き付け前と比較して、あまり減るようならば、この対策は失敗である。

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東洋ビル管理株式会社
省エネルギー技術研究室
室長　中村　聡

温度・湿度・日射・風（3）

8、室外機の簡単な省エネ対策
　 放熱器の上部にこのようなボードを取り付けて庇にした。条件は全て満たしているはずだ。太陽の高い夏は日射を防ぎ、太陽の低い冬は日射を当てるという、窓の庇と同じ効果がある。

費用は遮光シェードと大差はない。取り付け時間は遮光シェードと同程度なので設備管理員でもできるだろう。
時間帯によっては完全に遮光はできないが、10：00～14：00の時間帯の遮光には問題はない。日差しの強い時間帯の遮光が大切だ。室外機によって取り付け方法も変わってくるので、その都度工夫をしなければならない。市販の材料をどのように使うかがポイントになるが、このような取り付け方法ならば強風にも耐えられるであろう。
次は両面に放熱器がある室外機だ。

写真の室外機は上部にあるファンと放熱器が近いためショートサーキットを起こしやすい形状である。室外機上部にボードを固定できるスペースがあるので、本体ボルトを利用して直接取り付けた。風圧に弱い取り付け方法なので、ワイヤーを斜めに張って補強している。強風時を考えて取り付ければよいだろう。これでショートサーキットも起こり難くなるはずだ。このような庇による遮光は、風を遮るわけではないので風通しもよい。材料費も最小限である。

9、屋上の室外機
　ビルの屋上は風圧が強いので注意しなければならないが、周囲が囲われているならば、下からよりも上からの風圧に注意すればよい。

この庇は室外機から出ている長さが短いので、それだけ風圧には強い。遮光面積は減るのだが、太陽が真上にある時間帯は十分に遮光できている。庇を取り付けた室外機がこれだけ並べば、西日の時間帯になると庇の影が斜めになり、隣の室外機を遮光するので無駄がない。
写真では分かり難いが、庇に使っているボードには4㎜程度の穴が多数開いている。ボードに厚みがあるので横から見ると分からないが、強風時の風圧を若干は逃がすことができる。穴のないボードよりは良いだろう。

10、効果の高い遮光対策
　 室外機が狭い間隔で並列に設置されている場合は、通路を確保して遮光する必要がある。低い位置の庇ではメンテナンス時の通行に支障があり、狭い通路に遮光シェードを斜めに取り付けるようでは通行もできなくなる。

このように狭い間隔では、間隔の狭さを逆に利用して遮光すればよい。このような遮光シェードならば、頭を少し下げれば通行に支障はないし危険もない。遮光効果は完璧だ。両サイド以外からのショートサーキットも防止できる。

風通しも問題は無い。僅かだが水が通過するシェードなので雨水が溜まる心配もない。日射にも強い材質なので数年は劣化しないだろう。
唯一の欠点は強風である。あまり風が強い場所では破れる心配がある。固定箇所が多ければ破れても飛ばされることもなく、人に当たって怪我をするようなものでもないので、その点は安心して使える遮光シェードである。庇による遮光と違い、西日になっても遮光効果が変わらない点はよいのだが、冬季の暖房時も日射が当たらないということでもある。
冷房と暖房のどちらを重点的に考えるかは、ビルのある地域性と用途にもよるだろう。ショートサーキットは排気温度の低い冬季のほうが起こりやすいので、遮光のデメリットだけではなく、トータルで効果を考えたい。

11、空冷チラー
　この空冷チラーは形状に特徴がある。放熱面が下にいくほど内側に傾斜しているのだ。これだけでも庇と同様の効果が期待できる。

ショートサーキット対策であろうか、上部の放熱ファンも若干ではあるが煙突のように立ち上がり、放熱器との距離を離している。
この形状だけでは日射を完全に防止することはできないが、これに庇があればさらに遮光能力の高い空冷チラーになるだろう。
庇を僅かに内側へ傾斜させて、雨水が放熱フィンの真上へ落下するように工夫できれば、放熱フィンの汚れを洗い流すのにも効果的だ。
画一的な形状ではなく独創的な形状のチラーであり、この形状を省エネ的利点としているところは大いに評価されるべきチラーである。

空調のチューニングポイント

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省エネルギー技術研究室
室長　中村　聡

温度・湿度・日射・風（2）

5、効率的な設置方法
風通しを良くしながら、ショートサーキットを防止して、壁の影響が最も少なくなるように設置するにはこのようにすればよい。

冷媒配管を無理に捻らないように注意しながら配管全体を使って、少しずつ室外機の向きを90度変えるだけなので、これならば時間もお金もかからず、誰でも簡単にできるだろう。
壁から離れるので、壁の影響を受けることも無くなる。吹き出し側にも吸い込み側にも障害物は無いので風通しは最高だ。ファンから吹き出した暖かい空気を再び吸い込むショートサーキット状態になることも無いはずだ。
全く雨がかからない室外機の放熱器は汚れが蓄積する一方だが、これならば少しは雨がかかるので、放熱フィンの汚れも洗い流される。放熱フィンが汚れたとしても、簡単に水をかけて洗うことができるので掃除時間も節約でき、放熱フィンを傷つける心配もないだろう。
不快指数冷房といっても全く除湿をしないわけではないので、ドレンホースから排水があれば、室外機裏側の床面に流れるようにホースの位置を調整しておけばよい。ドレンの水温は低いので床面の温度も下がり、蒸発した水の気化熱で吸い込み側の空気温度を下げる効果もある。
このようにしてドレンからの排水を利用して室外機周囲の温度を下げることで、室外機の放熱効果を高くすることができる。ベランダ通行の邪魔になると思う人がいるかもしれないが、頻繁に通行することはないのだから、気にしなければよいだけだ。節電のためには小さなデメリットよりも大きなメリットを優先させるべきだろう。
このように室外機も温度・湿度・日射・風の影響を受けているのだから、防止できるものは防止して、利用できるものは効率的に利用できるように設置方法を変えるだけでも省エネになる。
簡単に動かすことができるのは、家庭用エアコン限定になるかもしれないが、室外機の効率的な設置方法のポイントを理解してほしい。

6、外気温度と消費電力
　不快指数冷房（9）の54日間の計測中で、非常に天気の良かった8月22日～23日の時間帯別の消費電力量である。23：00～7：00の間は比較的に消費電力量の少ない日であった
①　23：00～2：00は390W②　 2：00～7：00は520W
③　 7：00～9：45は830W
これを1時間当たりに換算すると。
①　 130Wh
②　 104Wh
③　 302Wh
23：00にエアコンの運転を開始しているので、①は冷房立ち上がり時の負荷がかかっており、②よりも消費電力量が多くなっている。外気温度が上昇した③は、まだ朝の時間帯だが②の3倍近くまで消費電力量が増えている。
室内で発生する冷房負荷は一定のままで、カーテンは遮光カーテンを二重にしているので、室内への日射の影響は限定的である。この3倍近い消費電力量の差は、室外機の放熱効率の影響だと思ってもよいだろう。
この日は外気温度だけではなく、日射によってベランダの温度が上がり、室外機の放熱効果がかなり悪くなっていたようだ。深夜2：00～3：00の1時間の消費電力量ならば②の104Wh以下になっていたはずだ。
13：00～16：00の冷房ピークの時間帯と比較すればどうなるであろう。日射の強い日ならば、1時間の消費電力量が500Wh以上になってもおかしくはない。天気次第では、昼間は夜間の5倍以上の消費電力量になる可能性もある。
室外機への温度と日射の影響でエアコンの消費電力量がこれだけ違ってくるのだから、室外機は省エネ対策の重要ポイントである。ビルも同様である。日当たりの良い位置に設置されている室外機ならば、夜間に冷房してビル内を冷やしておくのもよいだろう。冷水を循環させて冷房しているビルならば、外気温度の低い夜間のうちに冷水温度を下げて、配管へ蓄熱することも有効である。

7、室内での省エネと室外での省エネ
　冷房温度を1℃上げれば、10％前後の省エネになると云われている。エアコンで不快指数冷房をおこなえば30％の節電になるかもしれない。さらに室内側で省エネ対策を行うには、建物の保温工事や窓ガラスからの熱の侵入を防ぐために費用をかけることが必要になるだろう。
エアコンの省エネは室内の冷房負荷を減らすだけではなく、室外機から効率よく放熱させることも大切である。室外機の省エネ対策で一般的なものに遮光がある。遮光シェードなどが市販されているので利用するのも良いだろう。

この写真では、日射が遮光シェードを通過している。このような遮光シェードでは僅かな遮光効果しか期待できないことが分かる。空気も通すのでショートサーキット防止効果もない。
黒色の遮光シェード自体が熱を帯びた結果、遮光シェードを通過して放熱器に入る空気の温度が上がれば、遮光シェードの意味がなくなる。窓の遮光にはよいかもしれないが、室外機には不向きな遮光シェードといえるだろう。せっかく遮光シェードを取り付けるのならば、光も空気も通さないものの方が良いのだが、強風時のことも考えなければならない。台風の時や冷房時期が過ぎれば、遮光シェードを取り外せるようにしておくほうがよいのだが、これが結構面倒である。何台も室外機があれば、とても短時間でできることではない。
耐久性の問題も重要である。風に煽られて簡単に破れるようでは困る。1～2年で劣化するような材質のものも駄目だ。風を通さない方が良いが、室外機への風通しが悪くなってもいけない。

この南向き室外機の遮光対策を考えてほしい。条件を以下にまとめてみた。
○日射防止
○ショートサーキット防止
○放熱器への風通しを妨げない
○放熱器への吸い込み空気温度を上げない
○強風に耐える取り付け方法
○強風に耐えられる材質
○経年劣化し難い材質
○費用は最小限
○設備管理員が施工できる