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空気調和設備の方式とは?CAVとVAV・ファンコイル2管式と4管式の違いを整理

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けんせつる

けんせつる

CAVとVAVって、何を変えて温度を調整してるの?

ファンコイルの2管式と4管式は、どっちが冷暖房を同時にできるの?

この記事の要点

空気調和設備は、温度・湿度・気流・清浄度を整えて室内環境をつくる設備で、熱源の持ち方で中央式と個別式に分かれます。

  • CAVとVAV:単一ダクト方式のうち、CAV(定風量)は風量一定で温度を変えて調整、VAV(変風量)は風量を変えて各室に対応する。
  • ファンコイル2管式と4管式2管式は冷暖房の同時運転ができない(季節で切替)。ゾーンごとに同時運転できるのは4管式
  • 二重ダクト:温風・冷風を2系統で送り、混合ユニットで混ぜて吹き出す。

まず、空調方式が大きく「中央式」と「個別式」に分かれることを押さえます。

中央式と個別式の空調方式の対比。中央式は機械室の熱源からダクトや配管で各室へ送る。個別式は各室に空調機を置く
位置関係をイメージでつかむための模式図(形・台数・比率は実物どおりではありません)。中央式は機械室の熱源からダクト・配管で各室へ、個別式は各室に空調機を置く、という熱源の持ち方の違いを示しています。

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空気調和設備とは?中央式と個別式に分かれる

空気調和設備は、温度・湿度・気流・清浄度を調整して室内環境を整える設備です。

熱源(冷温水や冷媒をつくる装置)をどこに持つかで、大きく2つに分かれます。

空気調和機そのものは、エアフィルタ・冷却器・加熱器・加湿器・送風機などで構成されます。屋上などの冷却塔は、温度が上がった冷却水を空気に直接触れさせ、気化熱で冷やす装置です。

中央式の主な方式(単一ダクト・二重ダクト・ファンコイル)

中央式には、空気で運ぶ方式と水(冷温水)で運ぶ方式があります。

方式特徴
単一ダクト(CAV/VAV)1本のダクトで給気。CAVは風量一定で温度調整、VAVは風量を変えて各室に対応
二重ダクト温風・冷風を2系統で送り、混合ユニットで負荷に応じ混ぜて吹き出す
ファンコイルユニット各室のユニットに冷温水を送り冷暖房。2管式は同時運転不可、4管式は同時運転可
各階ユニット階ごとに空調機を置き、階別の負荷変動に対応しやすい

定風量(CAV)の単一ダクト方式は風量を変えられないため、負荷変動の異なる複数の部屋を1系統でまかなうのには不向きです。部屋ごとに事情が違うとき、CAVは「適している」ではなく「不向き」と押さえます。

個別式の代表=パッケージユニット方式

中央式の4つに対して、個別式の代表がパッケージユニット方式です。試験では中央式と混ぜて出てきます。

パッケージユニット方式は、冷凍機・送風機(ファン)・エアフィルタ・各種制御機器などを1つのパッケージに格納した一体型の空調機を、各室や各空調区域に設置する方式です。

ここが最大の分かれ目です。パッケージユニットは熱源を自分で内蔵し、冷媒で直接空気を冷やしたり温めたりします。機械室から冷温水を送ってもらう方式ではありません。

項目 パッケージユニット方式 ファンコイルユニット方式
熱源の持ち方 ユニットが熱源を内蔵(個別式) 機械室に熱源を集約(中央式)
各室へ送るもの 冷媒(または一体で完結) 冷温水
機械室・ダクトのスペース 少なくてすむ 熱源の機械室・配管が要る
保守管理 小容量の機器が分散するため手間を要する 熱源が集約され一括しやすい

試験は、この2つの熱の運び方を入れ替えてきます。「パッケージユニット方式は、熱源機器でつくられた冷水や温水を各室のパッケージユニットに供給し……」と書いてあれば、それはファンコイルユニット方式の説明です。

なおファンコイルユニット方式は、各ユニットごとの温度調節ができます。部屋ごとに置いたユニットを個別に運転できるのがこの方式の長所で、「できない」とする記述は誤りです。冷房と暖房の同時運転ができるかどうか(2管式・4管式)とは別の話なので、混ぜないようにします。

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CAVとVAVはどう違うか(定風量と変風量)

単一ダクト方式の中心が、CAVとVAVの違いです。名前のとおり、変えるものが逆になります。

方式風量調整の仕方
CAV(定風量)一定送る空気の温度を変えて負荷に対応
VAV(変風量)変える末端の変風量ユニットで風量を変えて各室に対応

名前で覚えます。CAV(Constant Air Volume)=風量はそのまま・温度を変える。VAV(Variable Air Volume)=風量を変える。試験はこの2つを入れ替えてきます。

過去問でどう問われたか

空気調和設備は、平成27年度から令和6年度まで、1級・2級でほぼ毎年問われています。引っかけは大きく2パターンです。

年度・級・No. 問われ方/引っかけ
1級 令和4年 No.18 CAV方式を「風量を変える方式」とした → CAVは定風量・変えるのはVAV ←①CAV/VAV
1級 令和6年 No.18 ファンコイル2管式は冷暖房の同時運転が可能とした → 同時運転は4管式・2管式は不可 ←②2管/4管
2級 令和6年前期 No.17 定風量単一ダクト方式は負荷変動の異なる複数空間に適するとした → 不向き ←①CAV(定風量)
2級 令和4年前期 No.17 ファンコイルユニット方式はユニットごとの温度調節ができないとした → できる ←④温度調節
2級 令和2年後期 No.17 定風量単一ダクト方式は負荷変動の異なる複数空間に適するとした → 不向き ←①CAV(定風量)
1級 令和2年 No.18 冷水管・温水管を別々に設け系統ごとに選択制御する方式を2管式とした → それは4管式 ←②2管/4管
2級 令和元年後期 No.17 パッケージユニット方式は冷水や温水を各室のユニットに供給するとした → それはファンコイル。パッケージは冷媒で直接 ←③熱の運び方
1級 平成30年 No.18 CAV方式を「負荷変動に対して風量を変える方式」とした → CAVは定風量 ←①CAV/VAV
2級 平成27年 No.17 ファンコイルユニット方式は各ユニットごとの温度調節ができないとした → できる ←④温度調節

パッケージユニットが正しい肢として出るときの書かれ方も押さえておくと、消去法で切れます。「機内に冷凍機、ファン、冷却・加熱コイル等を内蔵した一体型」「小容量の熱源機器を各室に設置」「機械室・配管・ダクトのスペースが少なくてすむ」「小容量の機器を多数分散配置するため保守管理に手間を要する」は、いずれも正しい記述です。

つまりCAVは風量一定で温度を変える(風量を変えるのはVAV)。2管式は同時運転不可。パッケージは冷媒で直接、ファンコイルは冷温水です。各行は該当する過去問解説にリンクしています。

まちがえやすいポイント

空調方式は、似た方式どうしの「何が違うか」を入れ替えて出してきます。CAVとVAVは「変えるのが温度か風量か」、ファンコイルは「2管式か4管式か(同時運転の可否)」が定番です。

方式名と特徴を1対1で結びつけ、「この方式は何を変えて負荷に対応するか」を一言で言えるようにしておくと、入れ替えの肢に強くなります。

混同しやすい用語の整理

ファンコイル 2管式 と 4管式

2管式は、冷水か温水のどちらか一方を1系統の配管で送る方式で、冷房期・暖房期を季節で切り替えます。同じ時期に一部を冷房・一部を暖房という同時運転はできません。4管式は冷水・温水を別々の配管で送るため、ゾーンごとに冷暖房を同時運転できます。

冷却塔 と 全熱交換器

冷却塔は、温度の上がった冷却水を空気に触れさせ、気化熱で冷やして熱源側へ戻す装置です。全熱交換器は、排気が持つ熱(温度と湿度)を給気側に回収して、換気による熱損失を減らす装置です。どちらも熱をやりとりしますが、目的が別です。

理解度チェック

Q.

CAV(定風量)方式は、何を変えて負荷に対応するか。

答えを見る

送る空気の温度を変えて対応します。風量は一定です。風量を変えるのはVAV(変風量)方式です。

Q.

ファンコイルユニットの2管式と4管式で、冷暖房の同時運転ができるのはどちらか。

答えを見る

4管式です。2管式は冷水か温水の一方しか送れないため、季節で切り替える必要があり、同時運転はできません。

Q.

中央式と個別式の空調方式は、何で分かれるか。

答えを見る

熱源の持ち方です。中央式は機械室に熱源を集約してダクト・配管で各室へ送り、個別式は各室・各系統に熱源と空調機を持って個別に制御します。

Q.

二重ダクト方式は、どのように温度を調整するか。

答えを見る

温風と冷風を2系統で送り、混合ユニットで負荷に応じて混ぜ合わせて吹き出します。

まとめ

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参考資料

  • 公共建築工事標準仕様書(機械設備工事編)国土交通省
  • 空気調和・衛生工学会 規格・便覧(空調方式の分類)

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けんせつる

この記事を書いた人

ハナダユキヒロミツメラボ

設計事務所に7年勤務し、建築構造設計に従事。設計者として施工図確認・工程会議・検査立会いなど施工管理と協働してきた経験と、公共建築工事標準仕様書・JASS等の一次資料をもとに執筆しています。

「建築学生が学ぶ構造力学」(kentiku-kouzou.jp)を2010年より運営。著書「わかる構造力学」(工学社)。

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