R1234ze(E)とは何か──建築・土木分野での採用ポイントと設計・施工上の実務ガイド

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

近年、温室効果ガス規制とエネルギー効率化の両立が求められる中で、冷媒の見直しが急速に進んでいます。本稿では、HFO系冷媒の代表格である「R1234ze(E)」を建築・土木の空調・冷凍システム設計・施工・維持管理の観点から詳しく解説します。物性・環境性能、適用例、設計・施工時の注意点、安全対策、法規制への対応、将来展望までを網羅し、実務に使える情報を提供します。

R1234ze(E)の概要と位置づけ

R1234ze(E)は、化学的にはトランス型1,3,3,3-テトラフルオロプロペン（trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene）に該当するHFO（ハイドロフルオロオレフィン）系冷媒です。従来のHFC（例：R134a）と比較して温室効果ガス（GWP: Global Warming Potential）が極めて低く、オゾン層破壊係数（ODP）はゼロです。これらの特性から大型空調や産業用チラー、低圧蒸気冷却の代替冷媒として注目されています。

主な物性と環境特性

  • GWP（地球温暖化係数）: 非常に低い。IPCCの評価指標に基づく報告ではAR5換算で1程度の低GWP値とされることが多く、従来のHFCに比べ大幅に低減されます。

  • ODP（オゾン破壊係数）: 0（オゾン破壊性はない）

  • 燃焼性: ASHRAEのフレームワークではA2L（低可燃性、低毒性）に分類されます。すなわち「微弱に可燃性」であり、取り扱いにあたっては漏洩時の可燃性対策が必要です。

  • 毒性: 一般に低毒性とされるが、濃度や曝露条件により影響が出るため適切な換気・検知器の設置が求められます。

適用分野と実績

R1234ze(E)は次のような用途で採用が進んでいます。

  • 大型ビルの中央監視型チラー（冷水機）や吸収冷凍機の代替冷媒として

  • 産業用プロセス冷却、データセンターの精密空調（間接冷却や低圧系統）

  • 冷媒を低GWP化したヒートポンプシステムや district cooling での導入

特に冷媒充填量が多い大型設備や長期運用が前提の設備では、温暖化係数低減の効果が大きく、規制適合・企業の脱炭素目標の達成に寄与します。

性能比較とエネルギー効率

R1234ze(E)は一部の運転条件で従来冷媒と比べて若干の性能差（COPや送り温度など）を示すことがあります。設計段階では熱物性（飽和温度、潜熱、圧力レベル）を踏まえた機器選定と配管設計が必要です。以下が留意点です。

  • 凝縮・蒸発圧力が既存のR134a等と完全一致するわけではないため、圧縮機の性能曲線や冷凍サイクルの最適運転点を検討する。

  • 一部のシステムでは熱力学的効率が同等または改善するケースがある一方で、熱交換器や膨張弁の最適化が必要になる場合がある。

  • 冷媒の循環量や冷凍能力に応じて、配管径・圧力損失とポンプ動力の再評価を行う。

安全性（施工・運用における実務的留意点）

R1234ze(E)はA2L分類のため、設計・施工・運用時に次のような安全対策が求められます。

  • 換気設計: 機械室や機器周辺の換気性能を確保し、万一の漏えいで濃度が可燃下限（LFL）に達しないようにする。

  • ガス検知器: 可燃性ガス検知器（LFLに対する閾値設定）や冷媒濃度検出器を設置し、アラームや自動遮断を連動させる。

  • 電気機器との分離: 可燃性雰囲気が発生する可能性のある空間では防爆配慮や火花発生源の遮断を行う。

  • 配管・バルブ材料: オイル適合性、ゴムシール類の適合性を確認する。HFO系は一部既存材料との相性が異なる場合があるため、メーカーの適合表に基づく選定が必要。

  • 充填量管理: A2L冷媒は充填ガイドラインに従った最大充填量（機器室容積に対する割合など）の制限がある場合があるため遵守する。

レトロフィット（既設設備への転用）の可能性と注意点

既設のR134a等からR1234ze(E)へレトロフィットを行う場合、単純な「代替注入」では安全性・性能面で問題を引き起こす可能性があります。検討すべきポイントは以下の通りです。

  • 圧縮機・潤滑油の互換性確認: 圧縮機メーカーの許容可否、潤滑油の種類や交換の必要性を確認する。

  • 膨張弁・熱交換器の最適化: 運転特性が変わる場合は膨張弁の再調整や熱交換器面積の見直しが必要。

  • 安全装置・検知器の追加: A2L冷媒に対応した換気・検知システムの導入が必須となるケースが多い。

  • 法規制の確認: 地域によってはA2L冷媒の設置・運用に関する規制やガイドラインがあるため、建築基準法や消防法等の適合性を確認する。

設計・施工上の具体的な手順（実務チェックリスト）

  • 既設図面と熱負荷の再評価: 冷房・冷凍負荷を再計算し、R1234ze(E)での性能確認を実施する。

  • 機器メーカーとの協議: 圧縮機、熱交換器、膨張弁等の適合性確認と、必要ならばメーカーによる改造・保証条件の明確化を行う。

  • 換気・防爆対策設計: 機械室容積や換気量から最大許容充填量を算定し、ガス検知器設置計画を作成する。

  • 施工要領の作成: 充填手順、初回運転時の監視項目、緊急時対応フローを明確化する。

  • 維持管理計画: 漏えい監視、定期点検項目、潤滑油の点検・交換周期を組み込む。

法規制・規格対応

各国・各地域での冷媒規制（Fガス規制、フロン排出抑制法等）や消防法上の可燃性ガスに関する規定を確認することは必須です。A2L分類の導入に伴って、配線・設備の防爆基準、最大充填量の規定、検知器設置義務などが生じることがあります。設計前に法令・ガイドラインを確認し、必要であれば審査機関や消防署との協議を行ってください。

維持管理と故障時対応

運用段階では次のポイントを重点管理してください。

  • 定期点検: 配管継手、バルブ、蒸発器周辺の漏えい点検を強化する。

  • 監視システム: 冷媒圧力・温度監視のほか、ガス検知器と組み合わせた遠隔アラームを導入する。

  • 緊急時対応: 漏えい時の換気手順、電源遮断、関係者への通報フローを周知する。

  • 廃棄・回収: 冷媒回収は法令に従い専用容器で行い、再充填・再利用の可否を確認する。

コスト面の考え方とライフサイクル評価

導入コストは機器改造や安全対策により初期費用が高くなる傾向がありますが、長期的にはGWP低減に伴う規制リスク低減、CO2排出原単位の削減による企業活動上のメリットが期待できます。投資判断では初期費用だけでなく、運転効率、メンテナンスコスト、将来の規制適合コスト（転換費用）を含めたLCC（ライフサイクルコスト）で評価することを推奨します。

導入事例と成功要因（実務的なポイント）

成功事例では、ベンダー（機器メーカー）との早期協議、現地熱負荷の厳密な把握、安全対策の冗長設計、施工スタッフへの教育が鍵になっています。特にA2L冷媒の性質を現場で共有し、点検・緊急対応手順を実運用に落とし込むことが重要です。

今後の展望

R1234ze(E)は低GWP冷媒として普及が見込まれており、特に大容量冷凍冷却分野での採用が拡大すると考えられます。一方で、A2Lの可燃性に対応した設計基準や規制、機器の標準化が進むことが普及拡大の前提となります。設計者・施工者は最新の技術動向と法規制を継続的に追うことが求められます。

まとめ

R1234ze(E)は環境性能に優れ、建築・土木分野の大型空調や産業用途における現実的な低GWP代替冷媒です。導入にあたっては性能の最適化、安全対策、法規制の順守、既設設備との互換性検討が不可欠です。設計・施工・運用の各段階で関係者が連携し、リスクを把握しながら進めることが成功のポイントとなります。

参考文献

カテゴリー
建築・土木
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