低GWP冷媒の選び方と実務ガイド：建築・設備設計で押さえるべき最新知見と比較解説

2025年12月29日 最終更新日時 : 2025年12月29日 エバープレイ編集部

はじめに

冷媒は空調・冷凍設備の心臓部であり、冷媒の選択は運用コスト・安全性・環境負荷に大きく影響します。近年の温暖化対策や国際的なHFC削減の流れにより、GWP（地球温暖化係数）が低い「低GWP冷媒」への転換が加速しています。本稿では、建築・土木分野の設計者・設備担当者向けに、主要な低GWP冷媒の特徴、設計・施工上の留意点、安全対策、レトロフィットの考え方、ライフサイクル評価までを詳しく解説します。

低GWP冷媒とは

低GWP冷媒とは、地球温暖化係数（GWP、100年スパン）が従来のHFCに比べて著しく低い冷媒を指します。代表的には二酸化炭素（R744、GWP=1）、アンモニア（R717、GWP≈0）、炭化水素（例：プロパン R290、GWP≈3）およびHFO（ハイドロフルオロオレフィン、例：R1234yf、GWP≈4）やHFO/HFCブレンドなどがあります。直接的な温室効果（直接排出）は低い一方で、実使用時の消費電力（間接排出）とのバランス評価が重要です。

主な低GWP冷媒の種類と特性

  • CO2（R744）：GWP=1。非可燃・低毒性（ASHRAE分類A1）。高圧（トランスクリティカル運転）での設計が必要で、熱力学的特性により小型・高効率化が可能。寒冷地やスーパーのブースターシステム、ヒートポンプ給湯で注目されるが、高圧対応の機器強度と制御技術が必須。
  • アンモニア（R717）：GWP≈0。熱効率が非常に高く、工業用冷凍では長年の実績。毒性と腐食性があるため（ASHRAE分類B2L）、大型設備向けに適する。適切な安全対策（二次閉鎖、検知器、換気）が前提。
  • 炭化水素（例：プロパン R290）：GWP≈3。熱性能に優れ、小型冷凍・ルームエアコン向けに高効率。高度に可燃（A3）であり、チャージ量に制限と厳格な安全対策がある。
  • HFO（例：R1234yf/R1234ze）およびHFOブレンド：GWPが非常に低い（R1234yf GWP≈4、R1234ze≈6）。非可燃または低発火性の製品があり、既存HFCの代替（R134aやR410A）の候補として普及している。潤滑油や材質の相性確認が必要。

安全性と分類（ASHRAE 34等）

冷媒の選定では、毒性・可燃性の分類に基づく安全対策が不可欠です。一般的な分類はASHRAE 34に準拠し、毒性はA（低）/B（高）、可燃性は1（不燃）/2L（低燃性）/2（可燃）/3（高度可燃）で示されます。例として、CO2はA1、アンモニアはB2L、プロパンはA3です。設計段階でASRHAE 15やISO 5149に従ったチャージ量上限、検知器配置、通風計画、避難計画を策定してください。

法規制と市場動向

国際的にはキガリ改正（モントリオール議定書）によりHFCの段階的削減が進められており、多くの国・地域でFガス規制やフロン排出抑制の制度が導入されています。欧州ではF‑gas Regulation、各国での販売・設置規制や段階的禁止リストが存在します。日本でも事業者向けの自主的対策や規制強化、補助金制度が整備されつつあり、公共施設や新築建物では低GWP採用が求められる機会が増えています。最新の法令動向は設計前に必ず確認してください。

設計・施工上の留意点

  • 機器選定：用途（空調・業務用冷凍・給湯等）に応じて最適冷媒を選ぶ。小容量ならR290やHFOが有効、大容量ならアンモニアやCO2が効率的。
  • 圧力・材質設計：CO2は高圧化するため配管、バルブ、熱交換器の耐圧設計が必要。アンモニアは銅に対して毒性・腐食問題があるため、適合材料を選定。
  • 潤滑油・相互混合：冷媒交換時はコンプレッサーの潤滑油との相性確認が必須。POE等の特殊油が必要な場合や、既存油の洗浄工程が生じることがあります。
  • 冷媒チャージ量の最小化：リークリスクと安全性を考え、必要最小限のチャージとチャージ制限に従った機器配置を行う。
  • 施工と試運転：高圧系や可燃性冷媒を扱う際の施工手順書、ガス検知器の校正、密封性試験（窒素加圧試験等）を徹底する。

既設設備のレトロフィット（代替）

既設のHFC設備を低GWP冷媒に置き換える場合、①同冷媒の低GWP代替品に対応可能か、②圧力・容量・潤滑油の互換性、③安全性（可燃性・毒性）、④性能・効率の変化を評価します。単純な“充填替え”は危険であり、改造・部品交換（バルブ、圧縮機、熱交換器）や制御の再調整が必要なことが多いです。レトロフィットの経済性はライフサイクルコスト（初期費用、運転費、温室効果ガス排出の社会コスト）で評価します。

ライフサイクル評価（LCA）とCO2換算

冷媒の環境負荷評価は直接排出（冷媒のGWP×漏えい量）と間接排出（設備運転による消費電力量×電力のCO2排出係数）の両面で行う必要があります。低GWP冷媒は直接排出を大幅に削減できますが、例えばトランスクリティカルCO2システムは制御次第で消費電力が増える場合があります。したがって、設計段階でLCAによる比較評価を行い、補助技術（効率的コンプレッサー、熱交換器最適化、再生機構、制御戦略）を組み合わせることが重要です。

運用・保守と安全管理

  • 定期点検と漏えい管理：リーク検知器の設置、定期的な点検と記録は必須。リーク検知器は取り扱う冷媒特性に応じた検知器を選ぶ。
  • 教育訓練：施工業者・設備管理者・保守員に対して、冷媒特性、緊急時対応、法令順守に関する教育を実施する。
  • ラベリングと文書管理：冷媒の種類、チャージ量、セーフティ情報を明示したラベルや保守マニュアルを設備に添付する。
  • 廃棄・回収：冷媒は回収・再生または適正処理が義務付けられている地域が多い。回収装置の準備と処理業者の手配を確保する。

建築的配慮（設備と建築の連携）

可燃性・高圧冷媒を扱う場合、機械室の配置、換気量、通風経路、感知器の設置、窓・扉の配置、避難経路など建築設計との連携が重要です。例えば、可燃冷媒を用いる室はチャージ量に応じたガス拡散計算を行い、爆発・着火リスクを低減する設計（換気、隔離、火気管理）を行います。早期段階で建築設計者と設備設計者の協働を推奨します。

導入の評価フレームワーク（実務手順）

  1. 要求仕様と法的制約の整理（用途、冷却負荷、設置環境、規制）
  2. 候補冷媒の熱性能・安全性・市場性・コストを比較
  3. LCAによる直接・間接排出の比較評価
  4. 機器・配管・安全設備の設計改定の必要性の検討
  5. 施工計画と維持管理体制の整備（教育、検知器、回収体制）
  6. 施工・試運転・定期評価（実運転データに基づく最適化）

まとめ

低GWP冷媒は、温室効果ガス削減の観点から不可欠な選択肢ですが、冷媒単体のGWPだけで判断するのではなく、効率・安全性・経済性・法規制を総合的に評価する必要があります。建築・設備の現場では早い段階で関係者が連携し、適切な機器選定、安全設計、運用体制を整備することが成功の鍵です。最新の規制情報や技術進展を常に確認し、実務に反映してください。

参考文献

カテゴリー
建築・土木
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