ダクトサイズ選定 計算ツール｜風量・許容風速から丸/角ダクトの必要断面を即算出
空調・排煙・換気・厨房排気設備で使う丸ダクトの径と角ダクトの寸法(a×b)を、風量と許容風速から瞬時に算出。低速(〜4m/s)・中速(5〜10m/s)・高速(11〜18m/s)の使い分け、アスペクト比(縦横比)による圧損・据付性の違い、NC騒音値との関係、SHASE-S 106・JIS A 4009・建築基準法・消防法(排煙)を踏まえた実務セオリーを、事務所・工場・厨房・クリーンルーム・住宅シーン別に解説します。
ダクトサイズ選定(風量→寸法)ツール
計算式と単位系
基本式
断面積 A(m²) = 風量 Q(m³/s) ÷ 風速 v(m/s)
丸ダクト径 D(m) = √(4A ÷ π)
角ダクト寸法(a:b=2:1) → a = √(2A), b = √(A/2)
ダクトサイズは「風量を許容風速で割って必要断面積を求める」という単純な連続の式で決まります。設計風量Qは通常m³/hで扱うので、風速v(m/s)と単位を合わせるため÷3600で秒換算するのがセオリーです。断面積が出れば、あとは丸か角かの形状に応じて寸法を逆算します。
相当直径と圧損計算
水力相当直径 De = 2ab ÷ (a+b) (角ダクト)
圧損計算(ダルシー式)で使う相当直径Deは、丸ダクトとの等価換算のため必須。角ダクトの実際の圧損は同断面積の丸ダクトより1〜2割大きくなり、a:b比が離れるほど(細長比大)さらに増える傾向があります。
単位換算
1 m³/h = 0.278 L/s = 0.0167 m³/min = 0.588 CFM(立方フィート/分)。米国資料はCFM表記が主流のため、輸入ファン・海外物件の設計時は要換算。1 CFM = 1.699 m³/h です。
用途別 許容風速一覧
SHASE-S 106(空気調和・衛生工学会規格)および建築設備設計基準(国土交通省)に基づく用途別の推奨風速です。
| 用途 | 主ダクト | 分岐/末端 | 備考 |
|---|---|---|---|
| スタジオ・録音室 | 3〜4 | 2〜3 | NC-20以下要求 |
| 住宅・寝室 | 4〜5 | 2.5〜3 | NC-25〜30 |
| ホテル客室・図書館 | 5〜6 | 3〜4 | NC-30 |
| 個室オフィス・病室 | 6〜7 | 4〜5 | NC-35 |
| 一般事務所(標準) | 7〜9 | 5〜6 | NC-35〜40 |
| 商業施設・銀行ホール | 8〜10 | 6〜7 | NC-40 |
| 大空間(体育館・工場) | 10〜12 | 7〜9 | NC-45〜50 |
| 厨房排気・給気 | 10〜15 | 7〜10 | 油煙・湿気対応 |
| 産業排気(粉じん・煙) | 15〜20 | 12〜18 | 沈殿防止最低風速確保 |
| 排煙ダクト(消防) | ≤20 | ≤20 | 建基法施行令126条の3 |
低速ダクト(〜4m/s)は静音・低圧損だがダクト大型化・スペース増、高速ダクト(11m/s〜)は小径化・省スペースだが圧損・騒音・エネルギー増加のトレードオフ。SHASE-S 106では8m/sを標準速度とし、静音要件が厳しい場合は5〜6m/sまで下げる指針です。
風量別 ダクトサイズ早見(風速8m/s)
オフィス標準の8m/sで、風量から丸ダクト径・角ダクト寸法(a:b=2:1)を算出した早見表です。角ダクトは板金加工・据付性を考慮し50mm刻みで丸めています。
| 風量(m³/h) | 断面積(m²) | 丸ダクト径 | 角ダクト(a×b) | 相当直径 |
|---|---|---|---|---|
| 200 | 0.007 | φ100 | 150×100 | φ120 |
| 500 | 0.017 | φ150 | 200×100 | φ133 |
| 1,000 | 0.035 | φ220 | 300×150 | φ200 |
| 1,500 | 0.052 | φ260 | 350×200 | φ255 |
| 2,000 | 0.069 | φ300 | 400×200 | φ267 |
| 3,000 | 0.104 | φ370 | 500×250 | φ333 |
| 5,000 | 0.174 | φ480 | 600×300 | φ400 |
| 7,500 | 0.260 | φ580 | 750×400 | φ522 |
| 10,000 | 0.347 | φ670 | 850×450 | φ588 |
| 15,000 | 0.521 | φ820 | 1050×550 | φ722 |
| 20,000 | 0.694 | φ950 | 1200×600 | φ800 |
丸ダクトと角ダクトの比較
丸ダクト(スパイラルダクト)
同一断面積で圧損最小(角の約8割)、周長最小で保温材少、強度高い。工場加工品でJIS A 4009準拠。デメリットは分岐継手が多く、天井裏の梁・配管をかわしにくいこと、意匠上の見えかかりで大径だと存在感が出る点。設備用ダクト・工場・厨房排気で主流。
角ダクト(矩形ダクト)
板金製作の自由度が高く、据付性・アスペクト調整に優れる。同断面積でも1:1(正方形)なら丸に近い性能、a:b=4:1なら圧損2〜3割増。事務所・商業施設の意匠を考慮した天井裏で主流。制振・鉄板厚(0.6〜1.6mm)で騒音対策必要。JIS A 4009 IIで規格化。
フレキシブルダクト(フレキ)
グラスウール保温付ジャバラ管。分岐末端の微調整に便利で施工性抜群。デメリットは圧損が丸の3〜5倍、蛇腹の内面凹凸で乱流・騒音源になる。SHASE-S 106では末端1.5m以内に限定推奨。長距離配管は避ける。
アスペクト比の目安
a:b=1:1(正方形)が理論最小圧損だが据付性で不利。1.5:1〜2:1が標準的なバランス点。3:1超えは圧損増・振動発生・板金強度低下でトラブル多発。SHASE-Gではa:b≤3が上限推奨、望ましくは2以下。
圧損・送風動力との関係
摩擦圧損の目安
亜鉛メッキ鋼板ダクトの摩擦圧損は、8m/s時で約1 Pa/mが標準設計値。SHASE-S 106では0.7〜1.5 Pa/mを推奨範囲としています。100m配管で100 Pa相当、局所抵抗(エルボ・分岐・T字)で合計300〜500 Paが一般的です。
送風動力の計算
送風動力 P(kW) = 風量Q(m³/s) × 全圧ΔP(Pa) ÷ (1000 × ファン効率η)
風量2000 m³/h(0.556 m³/s)・全圧500 Pa・効率0.6なら、動力=0.556×500÷(1000×0.6)=0.46 kW。年間8760時間稼働・電気代27円/kWhなら電気代約11万円/年です。
省エネ設計のポイント
風速を8m/s→6m/sに下げるとダクト断面積が33%増(大型化)、しかし圧損は約半減し、送風動力は40〜50%削減。イニシャル増でもランニングコスト回収で10年で逆転するケースが多く、大空間ビルではLCC(ライフサイクルコスト)分析が定番です。
業界・現場での使い方
ビル空調設計(セントラル)
セントラル空調の主ダクト系統(還気・給気・外気)ごとにゾーニングし、AHU(空調機)から末端VAV/VAへの各支路のサイズ算定。8m/s標準で計算し、静音要求ゾーンは6m/sダウン。SHASE-S 106・空気調和・衛生工学便覧が主要根拠。
排煙設備(建基法)
建築基準法施行令126条の3で「排煙ダクトの風速20 m/s以下」が規定。排煙量計算(1㎡・1時間120m³等)から断面を算定。防煙区画・給気口面積・自然排煙と機械排煙の区別で複雑化し、建築確認申請時に確実な検証が必要。
厨房排気(業務用)
フード直下風速0.5m/s以上、フード内風速8〜10m/s、ダクト内10〜15m/sを目安。油煙対応でSUS304製・清掃口設置。労働安全衛生規則601条(局所排気装置)と消防法(グリスフィルター義務化)に準拠。
クリーンルーム
ISO Class 5(Class 100)なら換気回数400〜600回/hが必要で、天井HEPA→床下リターンの全面吹出しに。給気ダクトは低速(2〜3m/s)で乱流最小化、リターンは大断面で確保。JIS B 9920・ISO 14644準拠設計。
住宅24時間換気
建築基準法施行令20条の8で0.5回/h以上の必要換気量。100㎡×2.4m=240m³で120m³/h、末端速度3m/s以下でNC-25狙い。第一種換気なら熱交換器+ダクト網、第三種なら排気ダクトのみ。φ100〜150の小径主体。
工場・粉じん排気
粉じん・煙・可燃性ガスの排気で最低搬送風速確保が必須。金属粉塵で15m/s、油煙10m/s、木質粉塵18m/s以上。労働安全衛生規則および粉じん障害防止規則の局所排気装置基準に準拠。
ダクト材料と板厚選定
用途・使用温度・耐食性に応じたダクト材料と板厚の選定基準です。SHASE-S 106・SMACNAガイドラインに基づく実務値。
| 用途 | 推奨材料 | 板厚 | 特徴 |
|---|---|---|---|
| 一般空調(給気・還気) | 亜鉛メッキ鋼板(SGCC) | 0.6〜0.8mm | コスト最安・標準品 |
| 高湿ダクト・厨房給気 | 亜鉛メッキ+エポキシ塗装 | 0.8〜1.0mm | 結露腐食対策 |
| 厨房排気 | SUS304 or SUS430 | 0.6〜1.0mm | グリス・油煙耐食 |
| 排煙ダクト | SUS304 or 耐火被覆亜鉛メッキ | 0.8〜1.6mm | 280℃/30分耐熱 |
| 産業排気(粉じん) | SS400 or SUS | 1.6〜3.2mm | 耐摩耗・SD材 |
| 薬品排気(酸・アルカリ) | SUS316L or FRP | 0.8〜3.0mm | 耐薬品性 |
| クリーンルーム | SUS304電解研磨 | 0.8〜1.2mm | 発塵防止 |
| 屋外露出・海岸部 | SUS316 or アルミ亜鉛メッキ | 1.0〜1.6mm | 塩害・耐候 |
よくある間違い・注意点
- 風量を経験値だけで決定 — 用途別必要風量(換気回数×室容積、または人員数×20〜30m³/h/人)を計算で根拠付けるのが基本。目分量は過大/過小いずれも省エネ性能・空気質を損ないます。
- 風速の上限15m/sを無視 — 15m/s超は騒音(NC-45以上)・振動・エネルギー損失が急増。特殊用途(産業排気)以外は10m/s以下、事務所は7〜9m/sが実務標準。
- 分岐後の風量減を再計算しない — 主ダクト2000m³/hが3分岐すれば各末端700m³/h前後。同径のまま末端まで引くと風速低下で低圧損だが浪費、逆に絞りすぎると風速上昇で騒音源に。
- アスペクト比3以上の細長角ダクトを設計 — 圧損2倍・振動増大・板金強度低下でトラブル多発。SHASE-Gではa:b≤3(推奨2以下)が上限。
- フレキシブルダクトを長距離配管 — フレキは圧損が硬質丸の3〜5倍。1.5m超使用は避け、末端調整用に限定。SHASE-S 106・給排気末端調整用の位置づけを守る。
- 圧損計算で局所抵抗を無視 — エルボ・T字・拡大・縮小・グリル・チャンバーの局所抵抗は摩擦損失より大きい場合が多い。全圧損=直線摩擦+ΣK×動圧の形で確実に積み上げる。
- 排煙ダクトで一般空調用の亜鉛メッキ鋼板を使用 — 排煙ダクトは280℃/30分の耐熱要件があり、専用の耐火被覆・SUS304等の使用が必須(建基法施行令129条の13の2)。
ダクト騒音とNC値対策
NC値(Noise Criteria)は室内空調騒音の評価指標。用途別許容NC値と対策を整理します。
| 用途 | 推奨NC | ダクト風速 | 騒音対策 |
|---|---|---|---|
| 録音スタジオ | NC-15〜20 | 3m/s以下 | 消音チャンバー・遮音BOX |
| コンサートホール | NC-20〜25 | 3〜4m/s | 大断面ダクト・消音器 |
| 寝室・書斎 | NC-25〜30 | 4〜5m/s | 末端消音器・グラスウール |
| 個室オフィス | NC-30〜35 | 5〜6m/s | ダクトサイレンサー |
| 一般オフィス | NC-35〜40 | 7〜9m/s | グリル設計・エルボ工夫 |
| ロビー・商業 | NC-40〜45 | 8〜10m/s | 音の分散 |
| 工場・作業場 | NC-50〜60 | 10〜15m/s | 特別対策不要 |
騒音源は①送風機、②ダクト内乱流、③グリル・吹出口の3種類。特に末端グリル騒音は風速6m/s超で急激に悪化するため、静音要求ゾーンは分岐後の再絞りに注意。SHASE-S 106別冊「ダクト系の消音設計」で詳細計算が可能です。
関連する規格・法令
- SHASE-S 106 ― 空気調和・衛生工学会規格「空気調和ダクト設計基準」。ダクト風速・圧損・材料・工法の国内実務主要基準。
- SHASE-S 010 ― 空気調和・衛生工学会規格「換気設備の維持管理基準」。定期清掃・点検の基準。
- JIS A 4009 ― 空気調和及び換気設備用ダクト。丸ダクト・角ダクト・板厚・製作工法の国内工業規格。
- 建築基準法施行令126条の2〜5 ― 排煙設備の設置・構造・排煙口・排煙ダクトの技術基準。
- 建築基準法施行令129条の13の2 ― 排煙ダクトの耐火被覆・遮煙性能規定。
- 建築基準法施行令20条の8 ― 住宅の24時間換気(0.5回/h以上)の必要換気量基準。
- 労働安全衛生規則601条 ― 局所排気装置の性能・制御風速要件(有害物取扱職場)。
- 消防法施行令 ― 排煙設備・厨房排気・ダクト防火措置の規制。
- ASHRAE Handbook - HVAC Systems and Equipment ― 米国空調学会の総合ハンドブック。海外物件・国際基準の参照元。
- ISO 14644 ― クリーンルーム及び関連制御環境の粒子数分類。清浄度と換気設計の国際規格。
参考文献・公的資料
ダクト設計の詳細計算や最新の規制情報は、以下の公的機関・学会の一次資料を参照してください。
- 公益社団法人 空気調和・衛生工学会(SHASE) ― 国内空調工学の主要学会。SHASE-S 106・SHASE-G等のダクト設計基準を発行。
- 日本産業標準調査会(JISC) ― JIS A 4009等のダクト工業規格の公式索引・閲覧サービス。
- 国土交通省 建築設備設計基準 ― 官庁施設の空調・換気・排煙設備設計の公的基準。民間物件でも実務指針として広く参照される。
- e-Gov 建築基準法施行令 ― 排煙設備(126条の2〜5)・換気(20条の8)等の関連法令全文。
- 総務省 消防庁 ― 排煙・厨房ダクト・防火措置に関する消防関連法令の一次資料。
- 厚生労働省 労働安全衛生行政 ― 局所排気装置の制御風速・粉じん規則の一次情報。
- ASHRAE Handbook ― 米国暖房冷凍空調学会。世界的な空調工学の標準ハンドブック。
- SMACNA(米国板金空調工業会) ― 板金ダクト製作・据付の国際標準規格。日本の重量鉄骨ダクトでも参照。
- 建築設備技術者協会(BEJ) ― 建築設備実務者の職能団体。設計・施工の実務ガイドライン。
よくある質問（FAQ）
風量2000m³/h・オフィスのダクトサイズは？
オフィス標準8m/s → 断面積0.069㎡ → 丸ダクトφ300または角ダクト400×200mm。SHASE-S 106準拠。静音要求(NC-30以下・役員室・会議室)なら6m/sに落としてφ350or450×250mmまでサイズアップします。
風速を上げるとどんな悪影響がある？
①騒音(NC値上昇: 8→10m/sでNC+5、10→15m/sでNC+10)、②圧損増(v²比例で1.5倍→2.25倍)、③送風動力増(同上)、④乱流によるバランス崩れ、⑤高速ダクトは板厚厚み・補強桟が必要でコスト増。事務所NC-35以下狙いなら8m/s以下推奨。
丸ダクトと角ダクト、どちらを選ぶ？
同断面積での圧損は丸<角(丸が2割少)。据付・分岐・意匠対応は角有利で、オフィス天井裏では角ダクト主流。工場・機械室・厨房・スパイラルダクト用途は丸主流。中規模ビルでは主ダクトを角、末端支路を丸で使い分ける例が多い。
低速ダクトの基準は？
風速4m/s以下が「低速ダクト」の定義。図書館・スタジオ・住宅寝室・録音室で採用。静音性(NC-25以下)・低圧損の利点があるが、ダクト大型化で天井懐300mm以上必要。SHASE-S 106では住宅5m/s以下、スタジオ3m/s以下を推奨しています。
アスペクト比a:bの推奨値は？
SHASE-Gではa:b≤3、実務推奨は2:1〜1.5:1。1:1(正方形)が理論最小圧損だが据付上不利、4:1超は圧損2倍・振動・板金強度低下でNG。天井懐が狭い改修現場では意図的にa:b=3:1まで細長化するが、その分板厚+補強桟でカバー。
フレキシブルダクトはどこまで使える？
グラスウール保温付フレキは圧損が硬質丸の3〜5倍、内面凹凸で乱流・騒音源に。SHASE-S 106では末端調整用に1.5m以内で使用を推奨。分岐点〜VAV間の一部にのみ使い、長距離接続は避けます。厨房・排煙・産業排気には非対応。
排煙ダクトの許容風速は？
建築基準法施行令126条の3で20m/s以下と規定。ただし実務では騒音・圧損を考慮し15m/s前後で設計。280℃/30分の耐熱要件・SUS304または耐火被覆亜鉛メッキ鋼板使用・防煙区画貫通部の防火ダンパー設置が必須です。
相当直径Deとは？
角ダクトの圧損計算で使う、丸ダクトとの等価換算径。De=2ab÷(a+b)で計算。摩擦係数・レイノルズ数の計算に丸ダクト式を流用可能に。500×250角なら De=2×0.5×0.25÷0.75=0.333m(φ333相当)。同断面積の丸φ399より小さい=圧損大きいことを意味します。
厨房排気ダクトの設計ポイントは？
フード直下風速0.5m/s以上・フード内8〜10m/s・ダクト内10〜15m/s。SUS304製・清掃口設置(3m間隔)・グリスフィルター義務。消防法・保健所指導で毎月清掃記録が必要な業態も。厨房ダクト火災は年間発生件数が多く、特に飲食店の設計で慎重を要します。
住宅24時間換気のダクトサイズは？
建基法施行令20条の8で0.5回/h以上の換気必須。100㎡×2.4m=240m³→必要風量120m³/h、末端速度3m/s以下でNC-25狙い。給気口φ100・排気メインダクトφ150程度が一般的。第一種(給排気機械)なら熱交換器付、第三種(排気のみ)は排気ダクトのみで施工簡素。
換気回数の目安は？
住宅0.5回/h、事務所2〜3回/h、会議室4〜6回/h、飲食店8〜12回/h、厨房15〜30回/h、クリーンルーム(ISO Class 7)25〜60回/h、Class 5は400〜600回/h。用途と粉じん・臭気・熱発生量から必要換気量を算定し、それを風速で割ってダクト断面を決めるのが基本フローです。
ダクト清掃はどの程度必要？
SHASE-S 010で定期清掃・点検基準あり。事務所ダクト内塵埃は3〜5年でエロージョン発生、10年で内面腐食。厨房ダクトは油堆積による火災リスクで年1回以上清掃が業界基準(飲食店火災の主要原因)。ビル管理法対象建物では2ヶ月ごとの空気質測定と併せた維持管理が必要。