全空気方式（All‑Air System）の設計・運用ガイド：メリット・デメリットから最新の省エネ対策まで

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

全空気方式とは何か

全空気方式（All‑Air System）は、建物の冷房・暖房・換気の熱負荷を空気の流量・温度制御だけで賄う空調方式を指します。空気ハンドリングユニット（AHU）が給気を調整し、ダクトや吹出口を通じて室内へ供給します。従来の定風量（CAV: Constant Air Volume）から可変風量（VAV: Variable Air Volume）まで多様な制御方式が含まれ、専用外気処理器（DOAS）や熱回収器（ERV）と組み合わせることが一般的です。

全空気方式の主な構成要素

  • AHU（Air Handling Unit）：冷却コイル、加熱コイル、フィルタ、加湿/除湿装置、ファン、熱回収装置を備える。
  • ダクト・吹出口・VAVボックス：空気を各室へ分配し、風量を調節する。
  • 外気取入れ・排気ダンパー：換気量をコントロールする。
  • 制御システム（BMS/DDC）：温度、CO2、湿度、風量などを監視・制御。

類型と設計上の違い

主な方式は次の通りです。

  • CAV（定風量方式）：風量は一定で、給気温度を変えて負荷に対応。シンプルだが省エネ性は低い。
  • VAV（可変風量方式）：負荷に応じて風量を変える。送風動力と冷熱供給量を削減でき、近年の標準的選択肢。
  • デュアルダクト方式：冷たい空気と温かい空気を別ダクトで送り、混合比で室温を調整。設備容量は大きくコスト高。
  • 再熱方式（VAV＋リヒート）：VAVで風量を調整し、末端で再加熱して温度制御。湿度管理や高い温度精度が必要な用途で採用。
  • DOAS（Dedicated Outdoor Air System）との組合せ：外気を専用に処理して換気を確保し、別のシステムで感熱負荷を処理する戦略もあるが、完全な全空気方式として設計される場合もある。

メリット

  • 空調負荷の一元化：給気の温湿度制御のみで暖冷房・換気を賄えるため運用がわかりやすい。
  • 高い換気性能：必要換気量を直接供給でき、室内空気質（IAQ）管理がしやすい。
  • ゾーニングや再熱などで高精度の温度制御が可能。
  • 機械室やダクトでの熱回収・除湿・ろ過などを集中化できるため、設備集約による管理性向上。

デメリットと留意点

  • 一次エネルギーの消費：大量の空気を送るためファン動力が大きく、送風の効率化が不可欠。
  • ダクトスペース：ダクト径や取り回しで床高・天井高が必要になり、建物計画に影響する。
  • 音環境：送風やディフューザーからの風切り音・機械音に配慮する必要がある。
  • 除湿性能の確保：潜熱負荷が大きい場合、除湿能力不足で結露や不快感を招く可能性がある。
  • 初期投資：大規模設備や熱回収機器を導入すると初期コストが増加する。

設計上の主要ポイント

設計時は以下を順に検討します。

  • 外気量と換気基準：ASRHAE 62.1等の基準に従い最低外気量を確保。用途ごとの換気率を算定する。
  • 負荷配分（感熱・潜熱）：冷房時の除湿負荷を見積もり、冷却コイルのリターン温度と湿り空気線図を用いて除湿運転を設計する。
  • 風量算定：室内負荷に基づく最大風量と最小換気量を決め、VAVの制御範囲を定める。
  • 熱回収機構の採用：エネルギー回収ホイール、プレート式熱交換器、ヒートパイプ等により外気処理負荷を低減。
  • 送風効率と配管ロス：ダクト抵抗、局所抵抗を最小化するダクト経路設計と高効率ファン・VFDの採用。
  • 空調ゾーニングと制御戦略：ゾーンごとの使用パターンに合わせたVAVやBMS制御、需要制御換気（DCV）を採用し無駄を削減。

エネルギー性能向上の実践手法

  • VAV化：ピーク以外で風量を落とすことでファンと冷熱供給の削減が可能。
  • 熱回収（ERV/HRV）：外気と排気間でエネルギーを回収して空調負荷を軽減。
  • 経済運転（エコノマイザ）：外気冷房を利用して冷房負荷を減らす。
  • 高効率フィルタの運用と圧損管理：ろ過効率と圧損のバランスを設計時に最適化。
  • 需要制御換気（DCV）：CO2センサ等で占有率に応じた外気供給を行う。

室内環境と健康・快適性

全空気方式は換気量を直接制御できる点でIAQ向上に有利ですが、次の点が重要です。

  • フィルトレーション：病院や敏感空間では高効率（MERV高等級）フィルタ、HEPAの検討。
  • 除湿制御：高湿環境では部分的な再熱やデシカント除湿器の導入を検討する。
  • CO2と換気モニタリング：継続的監視で換気不足を検出し、自動調整を行う。

維持管理と運用のポイント

  • 定期清掃・フィルタ交換：圧損増加や汚染空気循環を防ぐ。
  • BMSによる監視：風量、圧力、温湿度、フィルタ差圧を監視しアラーム運用。
  • バランス調整（ブランチバランシング）：竣工時と改修後の風量バランスを計測・調整する。
  • 季節毎の運用最適化：冬季の熱回収、夏季のデューティサイクル最適化等。

改修（レトロフィット）での選択肢

既存建物で全空気方式を採る際は、天井高やダクトスペース、既存ダクトの状態が制約になります。改修では次の選択肢が考えられます。

  • DOAS＋ファンコイル方式：換気はDOASで確保し、感熱負荷は小型水系端末で処理することでダクト規模を削減。
  • 局所AHUの増設：ゾーンごとに小規模AHUを導入して配管・ダクトの最適化。
  • インラインボックスや低プロファイルダクトの活用：空間制約を解消しつつ空調能力を確保。

適用分野と注意点のまとめ

オフィスビルや商業施設では全空気方式が採用されることが多く、換気と空調を一体で設計しやすいのが利点です。一方で病院やクリーン環境など特別な衛生管理が必要な用途では、ゾーニングや局所空調の組合せを慎重に検討する必要があります。設計段階での風量計算、熱負荷の妥当性確認、除湿能力の余裕、運転時の省エネ戦略（VAV、熱回収、DCV）を十分に検討してください。

実務的なチェックリスト（設計者・施工者向け）

  • 外気導入量が用途基準に合致しているか（ASRHAE 62.1等）。
  • 冷却コイル容量は潜熱処理余裕を含めて設定されているか。
  • ダクト抵抗と送風機性能が合っているか（全圧/風量曲線の整合）。
  • 熱回収やエコノマイザ等の省エネ機能が実装・制御されているか。
  • BMSで風量・外気比・フィルタ差圧・CO2等が監視できるか。
  • メンテナンス性（フィルタ交換・ダクト清掃・点検口の配置等）が確保されているか。

まとめ

全空気方式は換気と空調を一体的に管理できるメリットがあり、適切に設計・制御すれば快適性と室内空気質を高めつつエネルギー効率も向上させられます。しかし送風エネルギー、ダクトスペース、除湿能力といった課題を意識して、VAV化・熱回収・DCVといった省エネ対策や運用管理を組み合わせることが重要です。既存建物への適用ではDOAS併用や局所システムの導入も検討し、用途に応じた最適解を探してください。

参考文献

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建築・土木
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