用語集（パッケージエアコン方式）
専門用語をわかりやすく解説します。
パッケージエアコン方式
恒温恒湿室として希望される温湿度は、20℃／65%RH(旧JIS)と23℃／50%(新JIS)等が多く、業界によって要求仕様は異なりますが、概ね20～25℃で50～65%付近になっております。
この温湿度域は常温常湿と呼ばれており、その付近の温湿度で安定した一定の条件が得られる装置を、恒温恒湿室と呼んでおります。標準試験室と呼ぶメーカーも有ります。
クリーンルームでは、23℃／50%が多くなっております。特に紙や繊維、人間の肌等は大きく湿度の影響を受けますから、各種の測定や試験、実験等は何時も同じ温湿度環境で行わないと意味が有りません。
そこで恒温恒湿室が必要になります。
常温常湿は人間にとって快適な温湿度ですから、一般的に快適な温湿度を得る為に使用される市販のエアコンをそのまま利用する事が出来ないか、真っ先に考えます。パッケージエアコンを利用すれば、20～23℃を得る事は簡単です。
冷房専用エアコンを連続で運転して、精密に温度制御が出来る電気ヒーターと組み合わせれば、簡単に恒温室が作れます。
湿度の高い夏季に50%の湿度を得る為には、温度を23℃に下げる能力だけでなく、湿度を50%以下に下げられる様に少し大きなエアコンを選定します。これを連続運転して、23℃になるように再加熱してやれば安定した温度は得られますが、これだけでは湿度はかなり低い湿度で成り行きになります。特にこの方法では、冬季の室内の湿度か極端に低下するので、健康面でも影響が出ます。
エアコンには、18℃以下の設定目盛りが有りません。
これは18℃以下で運転すると、エアコン内部の冷却コイルの一部の温度がマイナス温度になり、着霜して、やがて雪ダルマになってしまうからです。低湿度を得ようとしても同じ理由で、パッケージエアコンでは湿度40%以下の運転は出来ません。低温や低湿度の運転条件では、パッケージエアコンを利用する事は出来ません。
エアコンとヒーターだけでは室内の湿度は除湿されて低くなりますから、室内を50%にする為には加湿器を使用して50%迄加湿すれば良く、湿度を安定に保持させれば恒温恒湿室になります。
極端な話ですが、冷房専用エアコンに暖房用の加熱ヒーターを組み込み、加湿器を取付けて、ヒーターと加湿器を制御すれば、極めて簡単に恒温恒湿室が出来ます。この方法は非常に簡単なので、実はこのパッケージエアコン方式の恒温恒湿室が、現状では一番多く納入されております。この方法はPID方式と呼ばれ、精度は高いのですが、大きな欠点が有ります。
それは、夏季の最大熱負荷を想定してエアコンを選定しますから、その他の季節では必ず冷却除湿が過剰になります。
従来のエアコン方式では冷却能力の制御が出来ませんから、加熱ヒーターと加湿器だけを制御して安定した温湿度を得ております。設定値以下に冷却除湿してから再加熱と加湿を行い、設定温湿度に上昇させて温湿度を得ておりますから、効率はとても悪い方法です。
このPID方法はとても消費電力が大きく、特に外気の温湿度が低い冬季でも、連続で定格の冷却除湿を行いますから、特に冬季の消費電力が大きくなる欠点があります。
また、常に定格で冷却除湿しているので、設定された50%の湿度を得る為には、常に加湿が必要です。加湿器の稼働率が非常に高くなり、多発する加湿器の故障にも悩まされる装置になります。そんな欠点があるのに、今でも業界ではPID方式が主流です。
この方式には下記の特徴が有ります。
- ①
空調機を製作する必要は有りません。
メーカーのパッケージエアコンと組込ヒーターを購入して現地に送り、市販の加湿器を取付け、制御盤のメーカーに容量に有った制御盤を発注して、現地で組み合わせれば、事務所だけしかない家内工業でも、恒温恒湿室の制作は可能です。 - ②
パッケージエアコンの仕切り価格はとても安いので製造原価が安く、競合する他社に勝てれば大きな利益が出せます。
電気料金の高さや寿命の短さ、故障の多さは、購入した後にお客様は気が付かれますが、これは後の祭りと言えます。この様な利益最優先の零細業者は、故障すると修理に来ないと言う苦情も良く聞きます。 - ③
パッケージエアコンは汎用品ですから販売台数が多く、空調業者がお客様に見せる目的か、カタログの定価はかなり高く設定してあります。
実際の仕切価格は驚くほど安く、業者からカタログを見せられて「半額にします」と言われて喜ばれても、実はそれでも業者の利益は大きいのです。 - ④
冷房専用エアコンは、通常は夏季にだけ使用する事を想定して設計されますから、通年連続運転すると寿命が短くなります。
また8年以上経過すると、補修部品も無くなります。故障すると本体の交換が必要になる場合も有ります。 - ⑤
パッケージエアコンは以前は小型な2.2kＷの製品が有りましたが、現在は最小機種が3.75kＷ(5馬力)からになります。
小さな恒温恒湿室の御計画でも、この方式では5馬力のエアコンを利用するしか方法は無く、この場合はかなり過剰な設計になります。小さなお部屋なのに大きな消費電力になり、加湿器の故障も多発します。 - ⑥
一般の冷房専用エアコンの暖房は、冷凍機を止めて電気ヒーターだけで行います。
冬季は空気が乾燥しますから加湿する必要が有り、吸込口のフィルタの裏側付近に加湿器を設置しています。一般空調の場合、冬季は暖房だけで冷却する必要が無いので、冷凍機は停止しており除湿はされません。ここに加湿器を設置しても全く問題は無く、スペースも有ります。 - ⑦
パッケージエアコンを安定した温湿度の恒温恒湿室として利用する場合は、年間冷房として冷凍機を連続で運転させて置き、再加熱して目的の温度を得ます。
すると除湿されて湿度が下りますから、夏季でも加湿する必要が有ります。一般空調と同じ考えで、パッケージエアコンの吸込口(フィルタの裏側)に加湿器を設置している例が見られます。ここに加湿器を置くと、その真上には冷却コイルが有りますから、加湿器で発生させた蒸気は直ぐにここで冷やされて水滴になります。 - ⑧
パッケージエアコンの吸込口に加湿器を内蔵すると、消費電力が大きくなるだけで湿度は上がりません。
この位置の加湿器では、大きな電力をかけても湿度はほとんど上がりません。水を沸かして蒸発させても、すぐに冷却して凝縮水にします。これではただの蒸留水製造機です。
空調機からドレン水としてチョロチョロ排出されるのは、まぎれもない買えば高価な蒸留水です。エアコンの吸込口の内部に加湿器を設置すると、こんな無駄な制御になるのです。
そして大量に水を蒸発させた加湿器内には、蒸発できなかったカルシウム、マグネシウム、シリカ等が残り、これが蓄積して固形化し、熱交換を阻害しますから、加湿器の故障も多発します。 - ⑨
パッケージエアコンを利用する場合は、加湿器内蔵方式は極めて無駄が大きくなります。
加湿器は絶対に外付けにして、冷却コイルの2次側で加湿する必要が有ります。
パッケージエアコンに内蔵した加湿器の例
これは良く見られる加湿器の設置方法で、エアコンの吸込口の中に電熱式加湿器を2台並べて設置している例です。加湿器の後部には、斜めに配置された冷却コイルが見えています。加湿器から発生した蒸気は、全てこの冷却コイルを通過して室内に送られます。
ほとんどの蒸気は、この冷却コイルで除湿されてしまいます。ポタポタ冷却コイルから流れ落ちる水滴は、まぎれもない蒸留水です。
この様に、この吸込口の裏側は広くてメンテナンス性は良いのですが、風の流れる場所に断熱されていないステンレスの函体を置いてお湯を沸かしていますから、加湿器本体が風で冷やされてしまい、消費した電力分の蒸気が出てこない問題が有ります。
パッケージエアコンを利用した空調機の例
上の写真は中央がパッケージエアコンで、右側は新鮮空気の導入ユニットです。
エアコンの上部にはフィルタユニットが乗っており、簡易的なクリーンルームです。
左側の加湿器からホースで蒸気を送り込んでいます。冷却コイルの2次側で加湿しているので、除湿されません。加湿器の加湿シリンダは保温されており、風で函体が冷やされる事も有りません。
1番左側は制御盤です。
この様に部品を配置して室内に置けば、これだけでこの室内は、簡易的ですがクリーン恒温恒湿室になります。これが1番低価格で作れるクリーンルームです。
本格的な物でもこれを機械室に置き、清浄化して空調した空気だけクリーンルームに送り、エアーシャワー装置を付ければ、完璧なクリーンルームになります。FFUを取付けすれば、清浄度も上がります。
この方法の利点は、価格がとても安い事です。
欠点は消費電力が非常に多い事と、常時加湿しているので加湿器の故障が多い事が上げられます。従来のパッケージエアコンは、冷房能力が固定です。その能力選定基準は夏季で、室内の発熱が1番多い時を想定して選定しています。
機種によっては、契約電力を超えないように、デマンド入力で能力を50%に抑えられる機種も有りますが、基本的には冷房能力は固定です。
PID方式では、この大きな冷房能力とバランスさせて、23℃を得る為の電気ヒーターが必要です。
冷却してから加熱すると、除湿されて相対湿度が下ります。年間を通して常時加湿する必要があり、特に冬季は外気湿度が低いのにさらに除湿してしまうので、大量の加湿が必要になります。
この様に、従来のPID方式は消費電力がかなり大きくなり、加湿器の故障が多発する事は容易に想像できると思います。
電気料金が高騰した現在では、この様に無駄の多いシステムの電気料金が大きな問題になっています。何とか省エネに出来ないか検討されている企業が多く、ご相談も多く出ています。
電気料金が上昇したので、この様な装置を弊社のインバータ冷凍機を採用した省エネなシステムと入替える例が増えています。実績的に、消費電力が1/4～1/5程度に削減される実績があります。
パッケージエアコンには3.75kW以下の小型の機種が現在有りません。エアコン方式はとても安く作れるので、小さなお部屋でも、大きなエアコンをそのまま設置している例が多く有ります。必要以上に電力が大きいので当然消費電力も大きくなりますが、電気代はお客様の負担ですから業者は知らんふりします。既存の装置の設計が過剰であった場合は1/6以下になる等、極端に消費電力が削減されます。
弊社方式に改造すると加湿器の稼働率が低下するので、加湿器の故障も減少しますからとても省エネになり、修理のコストも削減されます。
弊社では信頼性の高い業務用のインバータ冷凍機を使用して、冷却・加熱・除湿・加湿の4信号を制御するCSC方式の空調機を独自に開発して、パッケージエアコン方式に対抗して来ました。消費電力は、1/4～1/6に削減され、故障も少ない装置です。但し、製造コストは高くなりますから、なかなかパッケージエアコンを利用したPID方式には価格的な面で勝てませんでした。
ご担当者は、「電気代や修理代は私が払うのでは無いから関係ない、私が必要なのは、他社より安い見積書だ」と、豪語される例も有ります。
しかしさすがに、ここまで電気料金が高騰して来ますと、皆様が運転経費も考慮される様になりました。
従来のパッケージエアコン方式の電気料金の高さと、故障率の高さに悩まれている例は実に多いのですが、いくら経費が少なくなるとは言え、総入れ替えするにはそれなりに費用は掛かります。
近年になりまして、三菱電機から冷房能が十数段階に可変が出来るインバータのパッケージエアコンが発売されました。
機種にもよりますが、その最小能力は良く使用されている10馬力では29%ですから、最大能力の25kWに対し最小能力は7.2kWに迄落とせます。20馬力ですと最大値の15%に落とせますから、最大能力の40kWに対し最小能力は同様の7.2kWに落とせます。
冷凍機はコンプレッサですから、トルクの関係でこれ以下の能力には落とせない様です。
このエアコンを弊社CSC方式で制御すると、必要最小限の冷却除湿しかしなくなりますので冬季は再加熱量が少なくなり、除湿量も減るので必要な加湿量も下がります。除湿量と冷却量を同時に制御しますから、夏季は加湿器を運転しなくても安定した50%の湿度が得られます。この運転方法は夏季には水を消費せず、加湿器の故障も減少する究極の省エネ運転になります。もちろん冬季は必要以上に冷却除湿しないので、電気量は極端に低下します。実際のインバータエアコンの冷房能力の可変特性を下記に示します。
10馬力と20馬力の例です。
従来のPID方式では、冬季でもこの特性曲線の最大の最大能力(デマンド入力が有る場合50%)で冷却して、これに勝る電気ヒーターで再加熱して、設定温度でバランスさせています。冷却して加熱すると除湿されますから、夏季でも低下する湿度を加湿器で加湿して補っています。冬季は温湿度が低いのに、それでも冷却除湿して更に加熱加湿していたわけですから、いかに無駄な電力を消費していたかご理解いただけると思います。
従来方式のパッケージエアコンをこのインバータエアコンと交換して、弊社のCSC方式で制御すると、改造前の消費電力と比較すると1/3～1/4に削減される実績が出ております。お陰様で、省エネ化の改造でインバータエアコンと入替える納入実績も数十台になりました。
業界で採用されて来たのは、ダイキンの10～20馬力が多いのですが、同じクラスなら三菱電機製の新型インバータ方式とサイズ的には大きく変わりません。
一例として、下記に両者のパッケージエアコンのサイズを示します。
図で表示しましたのは16馬力で、冷房能力は20kW(50Hz)の機種です。
左側がダイキンの標準品、右側が三菱の新型のインバータエアコンです。
サイズ的には違いは100mm差以内で大きく変わりませんので、既存の設置位置でもそのままで本体の交換は可能です。既存のダクトも、少し加工すれば再利用が出来ます。
制御盤は古ければ入れ替えになりますが、比較的新しくて内部に余裕が有れば現地で弊社の制御方式に改造する事も可能です。
加湿器はトラブルが多い部品なので交換しておりますが、もし最近に入替えたばかりであれば、再利用する事が出来ます。但し、吸込口の中に加湿器が有るタイプの再利用は電力の無駄になるので、お薦めしません。この方法であれば工期は短く、パッケージエアコンの交換改造の費用も安くなります。
比較的最近に納入された製品でも、インバータエアコンを採用しながら、技術力不足で性能が出ていない現場も良く見受けます。せっかくエアコンをインバータ方式に交換したのに消費電力が落ちない、温湿度の精度が出ない等、苦情を言っても改善されないと言った原因で、お客様から相談されている現場も有ります。
この様な場合であれば大きな工事は必要無く、計装関係の改造だけで大幅に省エネになり、精度が高くなった例も有ります。
また弊社方式に交換改造したら、電気料金が数百万単位で安くなった例も有りますから、大手の工場で複数の恒温恒湿室をお持ちの場合は、弊社装置に入れ替えると他社装置より消費電力が極端に減少する事が判明します。加湿器の故障も減りますから、他社の装置を購入してまだ数年しか経過していなくても、「これなら経費の差で2年で設備費が回収できる」とまだ新しい他社のエアコンを捨ててしまい、弊社CSC方式に入れ替えされたお客様もおられます。
パッケージエアコン方式をご利用されている場合は古くても新しくても、この資料でぜひ改造を御検討されて見て下さい。
省エネ性能、加湿器の故障対策を最優先される場合は、信頼性の高い冷凍機を使用した弊社製造のオリジナルのCSC方式の空調機も有ります。パッケージエアコン方式よりさらに消費電力が少なくなり、加湿器の故障も少なくなっています。また、加湿器の無いDPC方式も有ります。
空調機を新設される場合や総入替される場合は、別にCSC方式とDPC方式の資料が有りますから、こちらも参考にされてご検討下さい。
