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空調のダクトって、ただ風を運ぶだけの鉄板の箱ですよね？なんで「圧力損失」なんていちいち計算するんですか？
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いい質問だね。ダクトの中で空気が流れると、壁との摩擦と継手（エルボ・分岐・ダンパー）の抵抗で必ず圧力が落ちる。この合計が「全圧力損失 ΔP」で、これを押し切る分だけファンに動力が要るんだ。例えば 5000 m³/h・90 Pa のダクトなら、計算上ファンに約 180 W、効率込みでも 250 W 程度必要。建物全体だとこの積み上げが年間電気代の数十万円に効いてくる。だからまず ΔP を正確に出さないと、ファン選定もダクトサイズも全部ずれてしまう。
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なるほど。左の「ダクト形状」を矩形→フラットオーバル→円形と切り替えると、同じ風量でも圧力損失が変わりますね。円形が一番低くなりました。
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気付いたね。同じ断面積でも、円形は濡れ縁（壁との接触長さ）が一番短く、等価直径 D_h = 4A/P が大きい。ΔP は 1/D_h に比例するから、円形が一番有利。次がフラットオーバル、最後が矩形だ。じゃあなぜ世の中の業務用建物は矩形ダクトだらけかというと、天井裏の薄いスペースに納めやすいから。設計現場では「圧損を取って円形」か「納まりを取って矩形」のトレードオフを常にやってるんだ。
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「材質」でフレキシブルを選ぶと、いきなり摩擦損失が跳ね上がりますね。これは何が違うんですか？
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フレキは内面の蛇腹が大きな粗さ（ε=3.0 mm）になるんだ。亜鉛メッキ鋼板の 0.09 mm に比べて 30 倍以上。Swamee-Jain 式の f = 0.25/[log10(ε/3.7Dh + ...)]² の括弧の中で ε/Dh が急増するので、摩擦係数 f が一気に 2〜3 倍になる。だから「ファンのすぐ近くまでフレキで引き回す」設計は省エネ的に NG。フレキは末端 1〜2 m だけ、しかも曲げ半径を取って使うのが鉄則だよ。
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風速の判定が「低速／適正／高速／過剰」と出ますが、これって何を見てるんですか？
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ASHRAE が推奨する風速レンジだね。主ダクトで 4〜8 m/s、枝ダクトで 2〜5 m/s が「適正」。10 m/s を超えると風切音が NC30 を超えて、オフィスや住宅では苦情になる。逆に 2 m/s 未満は「ダクトが過大」で初期コストが嵩む。今のデフォルト設定だと風速 5.56 m/s で「適正」、これは商業ビルの主ダクトとして教科書的にちょうどいい設計なんだ。スライダーで風量を 2 倍にしてみて——速度が 11 m/s を超えて判定が一気に「過剰」になるはずだよ。
ASHRAE 標準のダクト圧力損失計算式は何ですか？
ASHRAE Handbook (Fundamentals) はダクト摩擦損失に Darcy-Weisbach 式 ΔP = f·(L/Dh)·(ρV²/2) を採用しています。摩擦係数 f は Colebrook-White 式の陰関数で与えられますが、実用上は陽な近似式 Swamee-Jain f = 0.25/[log10(ε/3.7Dh + 5.74/Re^0.9)]² が広く使われます。本ツールは Swamee-Jain で f を求め、Re ≈ 4000 以上の乱流域で ±2% 程度の精度を持ちます。
矩形ダクトとフラットオーバルダクトの等価直径はどう計算しますか？
水力直径 Dh = 4A/P で求めます（A は断面積、P は濡れ縁長さ）。矩形 (W×H) では Dh = 4WH/(2(W+H)) = 2WH/(W+H)。フラットオーバル（幅 W、高さ H、両端が半円）では A = (W-H)·H + π·H²/4、P = 2(W-H) + π·H となります。ASHRAE は別途 Huebscher の等価円形直径式（同摩擦損失基準）De = 1.30·(WH)^0.625/(W+H)^0.25 も提示しており、断面積基準ではなく圧力損失基準でアスペクト比 1:8 以下なら数%以内で一致します。
ダクトの推奨風速はどのくらいですか？
ASHRAE では一般空調用途で主ダクト 4〜8 m/s、枝ダクト 2〜5 m/s、吹出口端で 2〜3 m/s が騒音と圧損のバランスの目安です。10 m/s を超えると風切音が NC30 を超えやすく、居住空間では苦情の原因になります。逆に 2 m/s を下回るとダクトが過大で初期コストが嵩み、結露リスクも上がります。本ツールは風速に応じて「低速／適正／高速／過剰」を自動判定します。
Equal Friction Method の摩擦率はいくつに設定しますか？
等摩擦法（Equal Friction Method）では摩擦損失率 0.5〜1.0 Pa/m（インチ水柱では 0.08〜0.10 inWG/100ft）を設計目標にするのが ASHRAE の標準です。低圧力商業ビルでは 0.8 Pa/m、住宅では 0.5 Pa/m、工業用高圧では 2〜4 Pa/m を目安にします。摩擦率を下げるほどダクトは大きくなり初期コストは上がりますが、ファン動力と運転コストは下がります。本ツールは現状の摩擦率を表示するので、目標値（通常 1 Pa/m）と比較してダクトサイズを調整してください。
オフィスビル・商業施設の中央空調： AHU（空調機）から各フロアの VAV ユニット、さらに天井内の枝ダクトを経て吹出口に至る全経路の圧力損失を本ツールのような Darcy-Weisbach 式で積み上げます。Trane TRACE 3D Plus, Carrier HAP, IES VE のような商用 HVAC 解析ソフトも内部はこの式系。設計者は主ダクト・枝ダクトをセクション分割して個別計算し、最遠端の合計 ΔP がファンの静圧能力に収まるかを確認します。
クリーンルーム・データセンター： 半導体工場やサーバールームは風量が極めて大きく（5万〜数百万 m³/h）、ファン動力が全消費電力の 10〜30% を占めます。SFP (Specific Fan Power) ≤ 2.5 W/(L/s) という LEED / BREEAM の要件を満たすため、ダクト寸法を大きくして圧損を 0.5 Pa/m 以下に抑える設計が標準です。本ツールで風量・サイズを振って、SFP の感度を確認できます。
住宅・小規模ビルの全熱交換器ダクト： 第一種換気の屋根裏フレキダクトは、長さ 10〜20 m、フィッティング多数、しかも内面が粗いため、想定以上に圧損が出やすい盲点。フレキを 20 m 引き回して 8 個の継手で済ますつもりが、計算してみると 100 Pa を超えてファンが息切れ、というのが典型的な失敗例です。本ツールに「フレキ・20m・継手8」を入力すれば実態が見えます。
CFD 解析の事前検討・サニティチェック： OpenFOAM や ANSYS Fluent でダクト系統を解析する前に、本ツールのような 1D 簡易計算で大まかな ΔP を当たりづけし、CFD 結果と桁が合うかを確認します。CFD が概算と桁違いなら境界条件・乱流モデル・メッシュのいずれかにミスがあるサイン。逆にこの式系を理解せずに CFD だけ回しても、結果の妥当性は判断できません。
まず最大の誤解が、「摩擦係数 f は一定」 という思い込みです。ムーディ線図を見れば分かるとおり、f は Re と相対粗さ ε/Dh の関数で、温度・風速・ダクトサイズが変わると毎回変化します。Re が 10⁵ 以下の遷移域や、ε/Dh > 0.05 の完全粗面域では Swamee-Jain の誤差が大きくなるため、商用ソフトでは Colebrook-White を反復解法で解いています。本ツールは大半の実用ケース（4×10³ < Re < 10⁸、ε/Dh < 0.05）で十分な精度ですが、フレキで小径ダクトを使う場合などは数%の誤差を見込んでください。
次に、「継手の局所損失係数 K を一律 0.5 で済ます」 こと。本ツールは概算のため K=0.5/個（典型的なエルボ相当）で計算していますが、実際の K は形状で大きく異なります。45°ロングエルボは K=0.2、90°ショートエルボは K=0.6〜1.2、T 分岐の枝側は K=1〜3、急縮小は K=0.4 と幅があります。詳細設計では ASHRAE Duct Fitting Database (DFDB) や SMACNA HVAC Duct Design Manual の係数表を一つずつ拾って積み上げないと、ファン静圧が 50% も外れることがあります。
最後に、「ファン動力 = Q·ΔP だけで終わる」 という落とし穴。本ツールは P_fan = Q·ΔP/η で 70% のファン効率を仮定していますが、実際にはモーター効率（85〜95%）、駆動損失（V ベルトで 92%）、インバータ損失（97%）が直列に掛かります。さらに低負荷時はファン効率が 30〜40% まで落ちる場合もあり、変流量制御（VAV）では年間平均で「定格 ΔP×Q」より大幅に少ない電力で済むこともあります。総合的な省エネ評価には EnergyPlus 等の年間時刻別シミュレーションが必要です。