コロナウイルスの影響で、換気の重要性が重要視されています。
しかしながら、「歓喜は重要」と言いつつ、どの程度換気すればいいのか、定量的な値を示しているものは少ないです。
日本病院設備設計ガイドライン（HEAS02-2013）において、集中治療室、一般病室、救急外来の最小外気導入量の目安を 2回/h（還気を含めた室内循環風量は6回/h））としています。
空気関連団体として有名な空気調和・衛生工学会
空調･換気によるCOVID‐19の拡散はあるのか？-空気調和･衛生設備分野の専門家からの見解
http://www.shasej.org/oshirase/2006/covid19v2.pdf
さて、世の中の建物は空調設備の整ったビルばかりではなく、まともに換気をしていない建物もあります。
そこで、そもそも「換気回数」とは何か、というところから始めて、色々と考えていきたいと思います。
① 換気回数
換気回数の定義は、ある時間において、その空間の空気が何回入れ替わるかということです。
つまり、時間の単位（一般には h ）を用いて、
換気回数 n [回/h] とします。
② 必要風量
上述の換気回数 n [回/h] と室内の体積 V [m3] を用いることで、必要な換気風量 W [m3/h] は、
W = n [回/h] × V [m3]
ここでは換気回数を2 [回/h] 、部屋のサイズを5 [m] × 4 [m] × 2.5 [m]とすれば、
W = 2 [回/h] × 5 [m] × 4 [m] × 2.5 [m]
= 100 [m3/h]
となります。
③ 冬の暖房容量（再生熱交換器なしの場合）
まずは再生熱交換器なしの場合について、冬の暖房容量を考えます。また、ここでの暖房容量は、単純に換気量のみからくるものであり、そのほかにも屋外との温度差や太陽光による放熱や入熱、室内の家電製品や調理器具からの入熱、人間の発熱等を考える必要がありますが、ここでは省略します。
なぜ換気に伴って暖房容量が必要か、というところを簡単に説明すると、冬は一般に暖房により室内の温度を屋外よりも高く保っているため、換気により冷たい外気を取り入れると、部屋の温度が下がってしまうからです。夏はその逆です。
室内温度（高温側）を Tin [℃] 、屋外温度（低温側）を Tout [℃]、空気密度を ρ [kg/m3] 、空気比熱を CP [J/kgK]とすると、必要な暖房容量 Q [W] は以下にて表されます。
Q = W [m3/h] × ρ [kg/m3] × CP [J/kgK] ×（Tin [℃] － Tout [℃] ）×1/3600 [h/s]
ここでは、室内温度を 20 [℃] 、屋外温度を 0 [℃]、空気密度を 1.247 [kg/m3]@10 [℃]（中間温度） 、空気比熱を 1006 [J/kgK]@10 [℃] とすると、
Q = 100 [m3/h] × 1.247 [kg/m3] × 1006 [J/kgK] ×（20 [℃] － 0 [℃] ）×1/3600 [h/s]
= 697 [W]
となります。
実際の機器設計上、10～20%程度は余裕を確保する方が望ましいですが、暖房容量に余裕をみるか、屋外温度に余裕を観るか、風量に余裕を観るか、そこはエンジニアリングジャッジが入ります。
屋外温度に余裕をみる場合、極値をベースに設計することになり、設備物量が過大になる可能性があるので、様々なケーススタディを実施することをお勧めします。
④ 夏の冷房容量（再生熱交換器なしの場合）
まずは再生熱交換器なしの場合について、夏の冷房容量を考えます。
室内温度（低温側）を Tin [℃] 、屋外温度（高温側）を Tout [℃]、空気密度を ρ [kg/m3] 、空気比熱を CP [J/kgK]とすると、必要な暖房容量 Q [W] は以下にて表されます。（冷房は先ほどの式と温度が逆になるのみです）
Q = W [m3/h] × ρ [kg/m3] × CP [J/kgK] ×（Tout [℃] － Tin [℃] ）×1/3600 [h/s]
ここでは、室内温度を 25 [℃] 、屋外温度を 35 [℃]、空気密度を 1.164 [kg/m3]@30 [℃]（中間温度） 、空気比熱を 1007 [J/kgK]@30 [℃] とすると、
Q = 100 [m3/h] × 1.164 [kg/m3] × 1007 [J/kgK] ×（35 [℃] － 25 [℃] ）×1/3600 [h/s]
= 326 [W]
となります。
夏は冬と比較して温度差が小さくても快適なので、冷房容量も小さくなります。
また、暖房の際と同様に、余裕の考え方についてはケーススタディをお勧めします。
次の投稿では、加湿／除湿を考慮して計算していきます。
