外気負荷(エンタルピ差) 計算ツール｜換気導入外気の冷暖房負荷kWを即算出

計算式(全熱・顕熱・潜熱)

外気負荷が空調負荷全体に占める比率

建物用途による外気負荷の割合の目安を示します。密度が高い用途ほど換気量が大きく、外気負荷比率も上がります。

外気負荷比率 = 外気負荷 ÷ (顕熱冷房負荷 + 潜熱冷房負荷 + 外気負荷)

一般オフィスで20〜30%、会議室・宴会場で30〜50%、飲食店・厨房で40〜60%、病院・実験室で50〜70%が目安です。全外気運転する手術室は100%が外気負荷になります。

全熱負荷(基本式)

全熱外気負荷 Q(kW) = 外気量(m³/s) × 空気密度 ρ(1.2 kg/m³) × (外気エンタルピ − 室内エンタルピ)(kJ/kg)

湿り空気エンタルピは温度と絶対湿度(または相対湿度)から計算します。夏33℃70%RH → 室内26℃50%RHで約35kJ/kg差、外気1000m³/hでは約12kWの負荷が発生。これは冷房負荷全体の20〜40%を占める大きな要素です。

湿り空気エンタルピの計算

h(kJ/kg) = 1.006 × T + x × (2501 + 1.86 × T)

T = 乾球温度(℃)、x = 絶対湿度(kg/kg乾き空気)。第1項が顕熱(空気の温度変化)、第2項が潜熱(水分の蒸発潜熱)。潜熱項が大きく、絶対湿度が0.001増える(=1g/kg)だけで約2.5kJ/kgエンタルピが上がります。

顕熱・潜熱分離

顕熱負荷 Qs(kW) = 外気量(m³/s) × 1.2 × 1.006 × ΔT

潜熱負荷 QL(kW) = 外気量(m³/s) × 1.2 × 2501 × Δx

機器選定では顕熱・潜熱を分離して評価すると、除湿能力の適正化やデシカント除湿の効果検討ができます。夏期の外気負荷は潜熱が全熱の50〜70%を占めるのが日本の気候特性です。

1人あたり外気導入量の目安

ビル管理法・建築基準法・ASHRAE 62.1に基づく用途別の1人あたり必要外気量。CO2濃度1000ppm以下を維持するのが基本です。

外気条件別の外気負荷早見表

外気1,000m³/h・室内条件(夏26℃50%RH・冬22℃40%RH)における外気負荷の目安。全国主要都市の設計用外気条件に対応します。

※TAC 1% = TAC温度基準の1%超過値、日本の空調設計用外気条件の基本(空気調和・衛生工学会規格)。

全熱交換器の効果

基本原理

全熱交換器は排気と外気を温度(顕熱)+湿度(潜熱)の両方で熱交換する装置。ロータリー式・静止型(紙製エレメント)・膜式などがあり、外気負荷を60〜70%削減できるのが標準的な性能です。

温度効率と湿度効率

投資回収の目安

初期投資は500m³/h機で30〜80万円、大型機は数百万円。オフィス・ホテル客室では5〜10年で投資回収可能です。近年のZEB(ゼロエネルギー・ビル)設計では全熱交換器はほぼ必須装備となっています。

DCV(CO2濃度制御)による省エネ

Demand Controlled Ventilation(需要制御換気) = 室内CO2濃度に応じて外気量を自動制御。人が少ない時間帯は外気量を絞り、外気負荷を削減します。

効果と適用例

• 会議室：予約時間外は最小外気運転で、外気負荷を50〜80%削減
• ホテル宴会場：閑散期は最小限、満席時は満量で快適性も担保
• スクール・カンファレンス：時間割で人数変動が大きく、DCV効果が最大
• オフィス：昼休み・休憩時間帯に外気量削減。年間20〜30%の省エネ実績多数

設計時の注意

CO2センサーは吸気ゾーン(呼吸域)に設置し、ドラフト・還気ダクト付近は避けます。CO2濃度上限は1000ppm(ビル管理法)。閉じ込め感・眠気を防ぐには800ppm以下の運用が推奨されています。

主要都市の設計用外気条件(TAC)

SHASE-S 116に基づく主要都市の設計用外気温湿度(TAC 1%)。空調設備の機器選定・熱源容量算定に使います。

※乾球温度(DB)+湿球温度(WB)の組合わせで湿り空気の状態が定まります。潜熱負荷が大きい沖縄・九州南部は空調機の除湿能力を大きく取る必要があります。

業界・現場での使い方

よくある間違い・注意点

• 外気負荷を無視して機器選定 — 冷房負荷の20〜40%が外気分。無視するとピーク時に室内が保てない機器容量不足に。設計時は外気負荷を必ず含めます。
• 全熱交換器の効果を100%と想定 — 温度効率70〜85%、湿度効率50〜70%が実効値。過大評価すると省エネ効果が実績を下回ります。
• CO2濃度基準を無視した外気削減 — 外気削減で電気代は下がっても、CO2 1500ppm超えると生産性が10〜30%低下(ハーバード大研究)。快適性と省エネのバランスが重要です。
• 顕熱・潜熱の分離を無視 — 夏期は潜熱が全熱の50〜70%を占めるため、除湿能力の適正化・デシカント併用検討が省エネに大きく効きます。
• 設計用外気条件(TAC)の使用ミス — 気象データの最大値(TAC 0%)で設計すると過大機器に。年8760時間中のTAC 1%〜5%が経済的な設計基準です。
• 導入外気量の過剰 — 「換気は多いほど良い」は誤り。ビル管理法基準(25〜30 m³/h・人)を大幅に超えると省エネ・湿度制御の両面で不利。
• 全熱交換器のバイパス(中間期)を忘れる — 中間期(春秋)は外気そのものが快適なので、全熱交換器を通すと逆効果。バイパスダンパを設計に組み込むのが標準です。

関連する規格・法規

• ビル管理法(建築物における衛生的環境の確保に関する法律) ― CO2 1000ppm以下、相対湿度40〜70%、温度17〜28℃、浮遊粉じん0.15mg/㎥以下等。
• 建築基準法 第28条の2 / 施行令20条の8 ― 居室の機械換気設備の義務(シックハウス対策)。0.5回/h以上。
• SHASE-S 102 換気設備の設計・施工基準 ― 用途別の必要換気量・機械換気の設計標準。
• SHASE-S 116 空気調和設備の設計基準 ― 空調負荷計算の標準手法、外気条件(TAC)基準。
• ASHRAE Standard 62.1 Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality ― 米国の換気設計基準。用途別必要外気量。
• ASHRAE Standard 90.1 Energy Standard for Buildings ― 建物のエネルギー効率基準。全熱交換器・DCVの適用要件。
• 建築物省エネ法・省エネ基準 ― 一次エネルギー消費量計算での外気負荷評価。ZEB要件。
• 労働安全衛生法 事務所衛生基準規則 ― 事務所の温湿度・換気の努力基準(2022年5月改正)。

参考文献・公的資料

外気負荷計算・換気設計の詳細は以下の一次資料を参照してください。

• 厚生労働省 建築物衛生法(ビル管理法) ― 特定建築物の温湿度・CO2・換気基準の一次法令情報。
• 厚生労働省 事務所衛生基準規則(2022年改正) ― 事務所の温湿度・換気基準の公式条文。
• 国土交通省 シックハウス対策(建築基準法) ― 24時間換気(0.5回/h)義務化の公式解説。
• 空気調和・衛生工学会(SHASE) ― SHASE-S 102・SHASE-S 116等の設計基準の発行元。
• ASHRAE Standards Portal ― Standard 62.1(換気)・90.1(省エネ)の原典。
• 資源エネルギー庁 省エネ法 ― 建築物のエネルギー消費規制。
• 国土交通省 建築物省エネ法 ― 建築物のZEB要件と省エネ計算プログラム。
• 建築環境・省エネルギー機構(IBEC) ― 省エネ計算プログラム・BEST・CASBEE。
• 気象庁 湿度・温度と生活 ― 全国の気象データ・設計用外気条件。

よくある質問（FAQ）

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