建築・設備での正圧ガイド：設計・計算・運用・トラブル対策まで完全解説

2025年12月25日 最終更新日時 : 2025年12月25日 エバープレイ編集部

正圧とは何か：定義と基礎物理

正圧とは、ある空間の内部気圧が外部（隣接空間や屋外）に対して高い状態を指します。建築・設備の文脈では、室内を周囲よりもわずかに高い圧力に保つことで、外部からの空気侵入を抑制し、塵埃、臭気、汚染物質、微生物の流入を防ぐことが目的です。圧力差は通常パスカル（Pa）で表され、数Pa〜数十Paの微小な差を制御する設計が一般的です。正圧の原理は流体力学の基本で、気圧差により空気は高圧側から低圧側へ流れるため、正圧により室内から外部に向けた流れを確保できます。

用途と代表的事例

  • クリーンルーム・製造現場：粒子の侵入を防ぎ品質を確保するために、半導体や医薬品製造施設で採用されます。

  • 医療施設（外科手術室・無菌室）：術中感染リスク低減のため手術室を正圧に保ちます。逆に感染病棟では負圧が使われますが、手術室やNICUなどは正圧が望ましいケースが多いです。

  • 一般建築物の防虫・防塵：飲食店や住宅、オフィスでの空調設計において、玄関周辺や厨房の負圧・正圧の使い分けで快適性や衛生を保ちます。

  • 送風機械室・電気室：機器にホコリが入らないように正圧にすることがあります。

設計上の基本要件と規格

正圧設計には目標圧力差、換気量、漏気特性、ドアや開口部の運用など複数の要素を組み合わせる必要があります。一般的な目安としては、手術室やクリーンルームの出入口付近で5〜15Pa程度、より高い清浄度が求められるクリーンベンチ内では数十Paという設定が見られます。国際規格や各国のガイドラインを参照することが重要です。代表的な基準としてはISO 14644（クリーンルーム）、ASHRAE規格、NASAや医療分野のガイドライン、また国内では日本産業規格（JIS）や厚生労働省の指針があります。

正圧の計算とシミュレーション

正圧の設計では、空気の流量収支を基礎に計算します。簡易的な計算は次の式で表せます。

室内換気供給量（Qs）−排気量（Qe）−室内使用による開口部漏洩（Ql）= 室内の余剰風量（ΔQ）

余剰風量ΔQがあると、漏洩経路を通じて外へ流出し、相対的に室内圧力は外部より高くなります。圧力差ΔPは建物の漏気特性（気密性）、開口の流量係数、温度差や風圧など複合的要因で決まります。詳細設計では次の手法が用いられます。

  • 風量計算：FV法や換気回数（ACH）ベースの算定、負荷計算と連動した空調機容量の決定。

  • 漏洩係数の評価：建物あるいは区画の実効漏洩係数を試験で求め、流量−圧力特性を用いてΔPを推定。

  • 数値シミュレーション（CFD）：複雑な流れ、局所的な開口や人の移動による影響、温度差に基づく自然対流などを解析。

機器と制御方法

正圧を維持するために必要な機器と制御要素は以下の通りです。

  • 空調機・送風機：供給風量を適切に確保するためのダクトファンやAHU（空調ユニット）。

  • ダンパ・可変風量（VAV）システム：需要や外部条件に応じて風量を調整して圧力差を安定化。

  • 圧力センサとBMS（ビル管理システム）：室内外の静圧差を監視し、フィードバック制御でファン回転数やダンパ開度を制御。

  • アンチチョーク（逆流防止）と一次側フィルタ：正圧維持のため、経路整備やフィルタのメンテナンスも重要。

施工と気密性の重要性

設計通りの正圧を実現するには、施工段階での気密確保が不可欠です。継ぎ目、ダクト接続、配管貫通部、ドア周りのシールが不十分だと漏気が増え、所定の圧力差を確保できません。気密工法としてはシーリング材や防水テープ、気密パネル、枠周りの断熱・シーリング、ダクトの内部ライニングとフランジシールの徹底などがあります。施工後はブロワードア試験やスモークテストで確認することが推奨されます。

計測・検証（試験と運用時のチェック）

  • 差圧計測：定常的に室内と隣接空間・屋外の圧力差を差圧計で監視します。手術室等では常時表示とアラーム設定が一般的です。

  • トレンド記録：BMSに差圧履歴を残して異常傾向を早期発見することが重要です。

  • バランス調整（コミッショニング）：導入時に風量バランスを調整して目標圧力差を確認します。定期的なリバランスも必要です。

  • 機能試験：ドア開閉時の圧力変動、換気停止時の残留圧力などを確認します。

運用上の課題とトラブルシューティング

正圧管理でよく起こる問題とその対策を列挙します。

  • 圧力が維持できない：原因は供給風量不足、フィルタの目詰まり、ダクト漏れ、ドアの頻繁な開閉など。供給風量を測り、フィルタ交換、漏気修繕、ドア運用ルールの徹底を実施します。

  • 過剰な正圧：ドアが開きにくい、外気が押し込まれて他の区画に影響が出る場合は減圧のためのバイパスダンパや排気強化を検討します。

  • 温度差や風の影響による変動：外気温と室内温度差で自然対流が発生すると圧力が変動します。温度制御や気流経路の見直し、CFD解析に基づく対策が有効です。

  • ドア開閉時の汚染拡散：短時間の圧力逆転が発生することがあるため、エアロック（前室）や自動ドア、空気カーテンなどを検討します。

エネルギーとコストの観点

正圧を保つためには常に供給風量を確保する必要があり、エネルギー消費が増大しがちです。効率的な運用のためには以下のポイントを検討します。

  • 熱回収設備の導入：排気熱を回収して再利用することでランニングコストを削減。

  • 可変風量運転：占有状況に応じた減速運転でエネルギー削減。

  • 気密性能向上：初期施工での気密確保は長期的に風量とエネルギーを節約します。

  • 定期メンテナンス：フィルタやファン性能の維持で不要な消費を抑える。

安全・衛生面の注意点

正圧により外部の微生物や粉塵が入りにくくなりますが、逆に内部の汚染が他エリアへ拡散するリスクも生じます。特に化学物質や危険物を扱う場所での正圧は慎重なゾーニングが必要です。設計段階で用途に応じた区画化（負圧区画との組み合わせ）と運用ルールを明確にしてください。

実務上のチェックリスト（設計から運用まで）

  • 目標圧力差を明確化し、関連基準を参照する。

  • 換気量計算と漏気評価を行い、CFD解析等で局所挙動を確認する。

  • 機器選定：制御可能なファン、ダンパ、精度の高い差圧計を選ぶ。

  • 施工管理で気密処理を徹底する。

  • コミッショニングと性能検証試験を実施する。

  • 運用マニュアルを整備し、BMSによる監視・アラーム設定を行う。

  • 定期点検とリバランス計画を立てる。

ケーススタディ：手術室の正圧設計のポイント

手術室では感染対策のために安定した正圧が必須です。一般的な関係指針としては、外部や廊下に対して5Pa以上の正圧を確保することが推奨される場合が多く、ドア開閉時の一時的な圧力変動を考慮して前室を設けることがあります。換気回数は外科手術室で20回/時以上を目安とする施設が多く、HEPAフィルタを用いた清浄空気供給が求められます。設計では供給と排気のバランス、フィルタの圧力損失、ダクト抵抗を勘案してファン容量を設定し、導入後は差圧計で24時間監視する運用が一般的です。

まとめと設計実務者への助言

正圧は単純に風量を増やせば良いわけではなく、気密性、換気バランス、運用ルール、エネルギー効率、衛生リスクの総合的な検討が必要です。設計段階で目標とする圧力差と用途（清浄度、感染対策、臭気管理など）を明確にし、実測に基づいたコミッショニングを必ず行ってください。また運用フェーズでの監視・メンテナンス体制を整えることが長期的な性能維持とコスト抑制につながります。

参考文献

カテゴリー
建築・土木
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