高性能エアフィルターの選定と設計：建築・設備における性能・規格・実務ガイド

2025年12月28日 最終更新日時 : 2025年12月28日 エバープレイ編集部

はじめに — 高性能エアフィルターが建築に与える意義

高性能エアフィルターは、室内空気質（IAQ: Indoor Air Quality）を左右する重要な設備要素です。近年、都市部の大気汚染、アレルゲン、ウイルス飛沫、PM2.5 といった微小粒子の問題が顕在化する中で、空調設計・建築計画におけるフィルトレーションの重要性は増しています。建築・設備設計者は、単に効率の高いフィルターを選ぶだけでなく、エネルギー消費、風量、圧力損失、メンテナンス性、設置環境、法規や基準との整合性を含めたトータルな視点で検討する必要があります。

高性能フィルターの分類と代表的規格

フィルター性能を評価・分類する代表的な枠組みには、次のようなものがあります。

  • MERV（ASHRAE 52.2）: 米国で広く使われる評価尺度で、捕集効率を粒径帯域ごとに定量化し、1〜16で評価します。高性能帯は MERV13 以上がしばしば「高性能」とされ、医療施設や高負荷環境では MERV14〜16、HEPA レベルが使われます。
  • ISO 16890: 世界的に適用が広がる規格で、PM1、PM2.5、PM10 に対する効率で評価します。これにより屋外大気中の粒子寄与を直截に評価でき、換気と組み合わせた設計に有用です。
  • EN 1822 / HEPA/ULPA: クリーンルームや医療機関での要求が高い領域。EN 1822 に基づく HEPA H13/H14 等級は、MPPS（Most Penetrating Particle Size: 最も透過しやすい粒径）における捕集効率で規定されます（例: H13 ≧ 99.95%、H14 ≧ 99.995% といった数値が一般的に参照されます）。米国由来の表現では「HEPA = 99.97% at 0.3 μm」といった定義が使われる場合がありますが、規格間で試験条件や尺度が異なる点に注意が必要です。

捕集メカニズムの理解（設計上の基礎）

微粒子がフィルターで捕集されるメカニズムは主に次のとおりです。これらの寄与は粒径や気流速度で異なります。

  • ふるい（Sieving）: 粒子が繊維間のギャップより大きい場合に機械的に遮断される。
  • 慣性衝突（Impaction）: 大粒子が気流から離脱して繊維に衝突・付着する現象。
  • 介在（Interception）: 気流に乗った小粒子が繊維表面に接触して捕集される。
  • 拡散（Diffusion）: 0.1 µm 以下の極小粒子はブラウン運動により拡散し、繊維に接触して捕集される。
  • 静電捕集（Electrostatic attraction）: 電荷を帯びた繊維（エレクトレット）による電気的引力で粒子を捕集する。

設計では、これらがどの粒径帯で効率的かを踏まえ、目的とする粒子（例: 花粉、PM2.5、ウイルス含有飛沫）の制御に適した素材と構造を選びます。

フィルターメディアと構造の選択肢

代表的なメディアには以下があります。

  • 合成繊維（ポリプロピレン等）エレクトレット処理: 軽量で初期抵抗が低く、電荷により高効率を発揮します。ただし、湿度や汚れの蓄積で性能劣化する場合があります。
  • ガラス繊維（ベントナイト等含有）: 耐熱・高効率でクリーンルーム用途にも使われますが、折りたたみ加工や取り扱いで脆弱になることがあります。
  • ナノファイバーコーティング: 表面で粒子を捕集して圧力損失を抑えつつ高効率を目指す新技術。長期の耐久性とコストを評価する必要があります。
  • プレフィルター併用: 粗塵をまず除去することで高性能フィルターの負荷と交換頻度を低減します。

圧力損失（Δp）とエネルギー性能のトレードオフ

フィルター選定で最も重要なファクターの一つが圧力損失です。高効率フィルターは一般に初期からΔp が大きく、同風量を確保するためにファン電力が増加します。設計上の考慮点は次の通りです。

  • 初期圧力損失と負荷特性（ダスト荷重による増大曲線）を確認する。
  • 換気量と室内圧力管理（正圧/負圧要求）に対する影響を評価する。
  • ファン選定と制御（可変速駆動: VSD）で増加電力を最小化する。
  • ライフサイクルコスト分析（フィルターコスト＋交換頻度＋追加エネルギー）を実施する。

試験方法と性能表現 — 実務での注意点

フィルター性能は試験条件に大きく依存するため、仕様書には試験規格（例: ISO 16890、EN 1822、ASHRAE 52.2）と試験時の風速、試験粒子、初期/経時性能を明記すべきです。メーカーの「効率○%」のみを信用するのではなく、信頼できる第三者試験または認証（例: EN 1822 検査、欧州・米国の独立試験機関）を確認してください。

設置・気密化（漏気対策）の重要性

高効率フィルターの性能は、フィルターユニット自体の効率だけでなく、ハウジングの気密性や取付け状態に大きく依存します。配風ダクトや枠周りのリークがあると、フィルターをバイパスして未処理空気が流れ、期待される IAQ 改善効果が得られません。設計・施工段階でのチェックポイントは以下です。

  • フィルターフレームと筐体のガスケットの選定と施工精度。
  • バイパス検査（フロー測定、圧力差観測、漏れ検査）。
  • アクセス性確保（交換時の作業性、作業者安全、二次汚染防止）。

運用とメンテナンス — 長期性能の確保

運用では以下を実務的に管理します。

  • 定期的な圧力差モニタリング（差圧計の設置）で交換タイミングを判断。
  • 予防的プレフィルター交換の運用（プレフィルターで大粒子を除去して高効率フィルターを保護）。
  • 交換時の封じ込め対策（汚染物質の二次放出防止）と廃棄処理の規程化。

適用事例と設計指針（用途別）

用途に応じた一般的な指針を示します（具体的な数値は規模・リスク評価・法規に従うこと）。

  • 医療機関（手術室、隔離室）: EN 1822 準拠の HEPA を含め、感染制御基準（ASRH A170 など）に合わせた換気量・圧力管理を行う。
  • オフィス・商業ビル: ISO 16890 ベースで PM2.5 対策を重視し、MERV13 相当以上を検討。エネルギー負荷を抑えるためにプレフィルター併用や VAV 制御を併用。
  • 産業・クリーンルーム: クラスに応じた EN 1822 等級とフィルターレイアウト（前置フィルター、メインフィルター、HEPA/ULPA）を設計。
  • 住宅: 室内空気質改善のためには、換気（機械換気と外気清浄）と併せて高効率パッケージ（MERV13 相当または ePM2.5 高効率）を検討。

新技術と併用対策 — フィルター単体に頼らない設計

近年はナノファイバー、ハイブリッド構造、抗菌・防ウイルス処理のあるメディアが登場しています。一方でイオン化、静電場、光触媒、UVGI（紫外線殺菌）などフィルトレーション以外の技術を併用するケースも増えています。実務での留意点は以下です。

  • イオン化や光触媒は副生成物（オゾン等）を発生する可能性があり、安全性と法規を確認する。
  • UVGI はフィルター通過空気やコイル表面の生物負荷低減に有効だが、設置位置、線量、影の影響を設計に反映する必要がある。
  • 総合的な IAQ 管理（換気量、材料選定、湿度管理）とセットで評価すること。

選定プロセスの実務フロー（チェックリスト）

設計から運用までの基本フローを簡潔に示します。

  • 目的粒子（PM1/PM2.5/バイオエアロゾル等）の明確化と要求効率の定義。
  • 適用規格の決定（建築用途・地域規制・保健基準）。
  • 候補フィルターの性能・Δp・寿命の比較と LCC（ライフサイクルコスト）評価。
  • ハウジング・ダクトの気密化設計と施工仕様の明記。
  • 交換・メンテナンス計画と品質管理（差圧管理、交換頻度、廃棄ルール）。

まとめ — 建築設計者・設備技術者への提言

高性能エアフィルターは単なる部材ではなく、建物全体の健康性・省エネ性にかかわる重要な設計要素です。フィルターの効率だけに注目せず、圧力損失とエネルギー、ハウジングの気密性、運用コスト、維持管理性を総合的に評価してください。特に医療・クリーンルーム等の高リスク施設では、適切な規格（EN 1822、ISO 16890、ASRHAE 等）に基づく第三者検証を必須とし、実稼働での差圧監視と交換計画を厳守することが重要です。

参考文献

カテゴリー
建築・土木
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