天井ファン

シーリングファンは、部屋や空間の天井に取り付けられたファンで、通常は電気で駆動され、ハブに取り付けられた回転ブレードを使用して空気を循環させます。空気の速度を上げることで、人々を効果的に涼しくします。ファンは、エアコン機器とは異なり、気温や相対湿度を下げることはありませんが、汗を蒸発させ、対流による熱交換を増やすことで冷却効果を生み出します。ファンは、主にモーターからの廃熱と部分的に摩擦によって、部屋にわずかな熱を加えます。冷却用の空気は熱力学的に高価なので、ファンはエアコンよりも大幅に電力を消費しません。冬には、ファンは自然に上昇する暖かい空気を居住者の下に戻します。これは、サーモスタットの測定値と居住者の快適さの両方に影響を与え、それによって環境制御のエネルギー効率を改善します。多くのシーリングファンユニットは照明器具としても機能するため、部屋に別の頭上照明を設置する必要がなくなります。

パンカスタイルの天井ファンは、紀元前 500 年頃にインドで最初に発明されたファンの最も初期の形態に基づいています。インドのヤシの葉から切り出されたかなり大きなブレードが、ゆっくりと振り子のように動きます。元々はコード^[1]で手動で操作されていましたが、現在はベルト駆動システムを使用して電動で駆動されるこれらのパンカは、前後に動くことで空気を動かします。回転するファンと比較すると、空気の流れではなく、穏やかなそよ風を作り出します。

最初の回転式天井ファンのいくつかは、1860 年代から 1870 年代初頭に米国で登場しました。当時、これらのファンはいかなる形態の電気モーターでも駆動されていませんでした。代わりに、タービンと組み合わせて流水を使用し、2 枚羽根のファン ユニットの羽根を回転させるベルト システムを駆動していました。これらのシステムは複数のファン ユニットを収容でき、店舗、レストラン、オフィスで人気を博しました。これらのシステムの一部は今日まで残っており、当初有用であることが証明された米国南部の一部で見ることができます。

電動天井扇風機は1882年にフィリップ・ディールによって発明された。彼は最初の電動シンガーミシンに使われた電気モーターを設計し、1882年にそのモーターを天井に取り付けられた扇風機に応用した。各扇風機には独立したモーターユニットがあり、ベルト駆動は必要なかった。^[2]

シーリングファンの商業的成功により、彼はすぐに激しい競争に直面しました。彼は発明品の改良を続け、シーリングファンに取り付けるライトキットを作成し、1 つのユニットに両方の機能を組み合わせたものにしました。第一次世界大戦までに、ほとんどのシーリングファンは、元の 2 枚羽根ではなく 4 枚の羽根で作られるようになり、ファンはより静かになり、より多くの空気を循環できるようになりました。20 世紀初頭に米国でシーリングファンの販売を商業化した企業は、今日ではハンターファン社、ロビンズ & マイヤーズ社、センチュリーエレクトリック社、ウェスティングハウス社、エマソンエレクトリック社として知られています。

1920年代までに、シーリングファンは米国で一般的になり、国際的に定着し始めました。 1930年代の大恐慌から1950年代の電気エアコンの導入まで、シーリングファンは米国で徐々に流行らなくなり、^[2] 1960年代までに米国ではほとんど使用されなくなり、残ったものも懐かしいアイテムとみなされました。

その一方で、シーリングファンは他の国々、特にインドや中東などの暑い気候の国々で非常に人気になりました。これらの国々では、インフラや資金源の不足により、エネルギーを大量に消費する複雑なフロンベースの空調設備は実用的ではありませんでした。1973年、テキサスの起業家HW（ハブ）マークワードは、インドのクロンプトン・グリーブス社が製造したシーリングファンを米国に輸入し始めました。クロンプトン・グリーブスは、インドのグリーブス・コットンとイギリスのクロンプトン・パーキンソンが設立した合弁会社を通じて、1937年からシーリングファンを製造していました。これらのインド製のシーリングファンは最初はゆっくりと普及しましたが、マークワードのエンコン・インダストリーズブランドのシーリングファン（ENergy CONservationの略）は、他のほとんどのアメリカ製ファンで使用されている時代遅れのシェードポールモーターよりもエネルギー消費が少ないため、1970年代後半から1980年代前半のエネルギー危機の間に最終的に大きな成功を収めました。ファンは、高価なエアコンに穏やかな気流の柱を補うことで、住宅や商業施設での使用に適した省エネ機器となりました。

天井ファンを省エネ用途として効果的に使用することで商業的に再び成功したため、多くのアメリカの製造業者も天井ファンの製造を開始、または大幅に生産量を増やしました。輸入された Encon 天井ファンに加えて、Casablanca Fan Companyが 1974 年に設立されました。当時の他のアメリカの製造業者には、Hunter Fan Co. (当時は Robbins & Myers, Inc の一部門)、FASCO (FA Smith Co.)、Emerson Electric ( Sears-Roebuckというブランド名で知られる) などがありました。小規模で短命だった企業には、NuTone、Southern Fan Co.、A&G Machinery Co.、Homestead、Hallmark、Union、Lasko、Evergo などがあります。

1980 年代から 1990 年代にかけて、米国では天井ファンの人気が衰えませんでした。多くの小規模な米国輸入業者 (そのほとんどは短命) が天井ファンの輸入を開始しました。1980 年代を通じて、米国製の天井ファンと、インド、台湾、香港、そして最終的には中国のメーカーから輸入された天井ファンの売上バランスは劇的に変化し、1980 年代後半には輸入ファンが市場の大部分を占めるようになりました。最も基本的な米国製ファンでも 200 ドルから 500 ドルで販売されていましたが、最も高価な輸入ファンでも 150 ドルを超えることはめったにありませんでした。

シーリングファンの技術は 1980 年以降あまり進歩していませんが、注目すべき例外は、最近^{[いつ? ]}にエネルギー効率が高く、リモート/アプリで制御できるブラシレス DCファンが一般向けに入手できるようになったことです。しかし、モンテカルロ、ミンカエア、クォーラム、クラフトメイド、リテックス、ファニメーションなどの企業によってデザイン面で重要な進歩が遂げられ、装飾価値の高い高価なシーリングファンが提供されています。2001 年、ワシントンポストのライター、パトリシア・デーン・ロジャース^[3]は、「他の多くのありふれた家庭用品と同様に、これらの古くからある定番品もハイスタイルでハイテクになりつつあります」と書いています。

天井ファンには複数の機能があります。ファンは換気された空間の混合を促進し、より均一な環境条件をもたらします。特に暖かいまたは中立的な環境では、動いている空気は停滞した空気よりも一般的に好まれるため、ファンは居住者の満足度を高めるのに役立ちます。^[4]ファンは空気の温度と湿度を変えるのではなく、動かすので、ファンは空間の暖房と冷房の両方に役立ちます。このため、天井ファンは、建物内の低エネルギーHVAC、パッシブ冷却、または自然換気システムの重要な要素となることがよくあります。ファンシステムのエネルギー使用量に応じて、ファンは周囲の空気温度を高めながら居住者を快適に保つことで、熱的快適性を向上させる効率的な方法になり得ます。 ^{[5] [6]}ファンは、暖かく湿度の高い環境では特に経済的な選択肢です。

天井ファンは、共有スペースでまとめて制御することも、家庭やオフィスで個別に制御することもできます。オフィス環境では、個別に制御される天井ファンは、温熱快適性に大きなプラスの影響を与える可能性があり、これにより、生産性と居住者の満足度が向上することが示されています。^{[6]天井ファンは、}機械換気と自然換気の両方のスペースで新鮮な空気の分配に役立ちます。自然換気のスペースでは、天井ファンは新鮮な屋外の空気を吸い込み、循環させるのに効果的です。^[7]  機械換気のスペースでは、ファンを集中させて、室内の調整された空気を導き、循環させることができます。

ファンの回転方向は、部屋を暖める必要があるか冷やす必要があるかによって変わります。エアコンとは異なり、ファンは空気を動かすだけで、温度を直接変えることはありません。そのため、羽根が空気を押し出す方向を反転するメカニズム (最も一般的には、ユニットのスイッチ ハウジング、モーター ハウジング、または下部キャノピーの電気スイッチ) を備えたシーリング ファンは、暖房と冷房の両方に役立ちます。

シーリングファン製造業者 (主にエマーソン) は 1930 年代から電気的にリバーシブルなモーターを製造してきましたが、1970 年代中盤以前に製造されたファンのほとんどはリバーシブルではないか、電気的にリバーシブルなモーターではなく機械的にリバーシブル (ブレードのピッチを調整可能) です。この場合、ブレードは、下向きのエッジが下向きのドラフトに、下向きのエッジが上向きのドラフトに向くようにピッチ調整する必要があります。ハンターの「Adaptair」メカニズムは、おそらく機械的リバーシブルの最もよく知られた例です。

冷却のためには、ファンの回転方向は通常、空気が下向きに吹き出されるように設定する必要があります 。通常は下から反時計回りですが、メーカーによって異なります。回転する際、ブレードは上向きの端が先になるようにする必要があります。シーリングファンによって作り出されるそよ風は風冷効果を生み出し、人間の皮膚上の汗の蒸発を早め、体の自然な冷却メカニズムをより効率的にします。この現象の結果、ファンが作動しているときはエアコンのサーモスタットを通常よりも数度高く設定することができ、消費電力を大幅に削減できます。ファンは空気の温度を変えるのではなく、体に直接作用するため、部屋に人がいないときはすべてのシーリングファンをオフにして、消費電力をさらに削減することをお勧めします。ファンが廊下などの壁の近くにある場合など、場合によっては上昇気流によって空気の流れが良くなることがあります。上昇気流によって冷却効果が高まるもう 1 つの例は、天井ファンが壁の近くにあるロフト ベッドのある寝室の中央にある場合です。この場合、空気の流れが上から来ると風がよりよく感じられることになります。

暖房の場合、天井ファンは空気を上向きに吹き出すように設定する必要があります。空気は自然に成層します。つまり、暖かい空気は天井に上がり、冷たい空気は下がって行きます。つまり、冷たい空気は、人々がほとんどの時間を過ごす床の近くに溜まります。天井ファンの回転方向は、暖かい空気が壁に沿って押し下げられ、部屋の中に入り、冷たい空気を暖めるように設定されます。これにより、空気の流れが部屋にいる人に直接吹き付けられて冷やされるのを回避できます。この動作により、部屋の温度が均一化、つまり均等になり、天井レベルでは涼しく、床近くでは暖かくなります。したがって、そのエリアの暖房サーモスタットを数度低く設定して、同じレベルの快適さを維持しながらエネルギーを節約できます。

産業用天井ファンにはリバーシブル モデルもありますが、そのほとんどはリバーシブルではありません。ほとんどの産業用途では天井の高さが高いため、リバーシブル モデルは不要です。その代わりに、産業用天井ファンは、天井の高さにある熱風を床に向かって直接吹き出すことで、熱の層を分散させます。

住宅用天井ファンは、ほとんどの場合リバーシブルで、通常、下降気流と上昇気流の両方で同様に効果的な平らなパドル状のブレードを使用します。産業用天井ファンは通常リバーシブルではなく、下降気流でのみ動作するため、下降気流に偏った形状のブレードを効果的に使用できます。

しかし最近では、住宅用天井ファンの設計者は、天井ファンの効率を高めるために、輪郭のあるブレードをますます多く使用しています。この輪郭は、下降気流で動作しているときにファンのパフォーマンスを効果的に高めるのに役立ちますが、上昇気流で動作しているときにはパフォーマンスを妨げる可能性があります。

現在、天井ファンはエアコンと併用するのが最も一般的です。天井ファンが作動していないと、エアコンは通常、室内の空気を冷却すると同時に空気を循環させるという役割を担います。天井ファンが作動する部屋に対して適切なサイズであれば、空気を移動させる効率はエアコンよりもはるかに優れています。したがって、効率を最大限に高めるには、エアコンのファンを低速に設定し、天井ファンで空気を循環させる必要があります。

シーリングファンは通常、他の照明器具がある空間に設置されますが、ファンが照明パネルまたは器具に近すぎる位置にある場合、ストロボ効果またはちらつき効果が発生する可能性があります。ストロボ効果またはちらつき効果は、光が動いているシーリングファンを貫通して通過するときに、光が一貫して明るくなったり暗くなったりするときに発生する現象です。^[8]これは、ファンブレードが断続的に光を遮り、部屋の内面全体に影が現れて視覚的な不快感につながるためです。シーリングファンが人工照明器具の下に配置されている場合、動いているファンブレードの回転領域が光源を遮ることがよくあります。これにより、空間内の居住者の気が散ることがますます多くなります。^[9]シーリングファンがストロボ現象を避けるために照明器具とシームレスに共存するようにするには、ブレードと照明器具の水平方向の分離を最大限にすることが推奨されます。さらに、ライトとブレードの垂直距離を増やすと、ストロボ現象の集中と頻度が減少します。照明器具を天井ファンの羽根の真上に配置しないでください。また、ダウンライトや点光源器具は、ビーム角度が羽根を横切らないように設置してください。一般的に、均一で十分な光量を確保するために、ファンの羽根の高さより上に光を発する天井埋め込み型照明や器具は、天井ファンからできるだけ離して設置してください。^[10]推奨されるもう 1 つの戦略は、光の分散角度または視野角を小さくして、ファンの羽根によるストロボ効果を最小限に抑えることです。人間の目は、低周波 (60 ～ 90 ヘルツ) のちらつきを感知できますが、高周波 (100 ヘルツ超) では感知できないことはよく知られており、これは不可視のちらつきとしても知られています。ストロボ効果は、人間に重大な生理学的および心理学的影響を及ぼす可能性があります。^[11]天井ファンによって引き起こされる視覚的なちらつきの影響を比較する実験では、2 つのテスト ルームが使用されました。調査結果では、視覚のちらつきの影響が増大した結果、認知能力（数字スパン課題）の3分の1がわずかに低下した可能性があるという統計的証拠が明らかになった。^[12]

天井ファンの主なコンポーネントは次のとおりです。

• 電気モーター
• ブレード（パドルまたはウィングとも呼ばれる）は、通常、無垢材、合板、スチール、アルミニウム、MDF、またはプラスチックで作られています。
• ブレードアイアン（ブレードブラケット、ブレードアーム、ブレードホルダー、またはフランジとも呼ばれます）は、ブレードを保持し、モーターに接続します。
• フライホイールは、モーター シャフトに取り付けられ、ブレード アイアンが取り付けられる金属、プラスチック、または丈夫なゴム製の二重トーラスです。フライホイールの内側のリングはロック スクリューでシャフトに固定され、ブレード アイアンは、タップされた金属インサートに差し込まれるネジまたはボルトで外側のリングに固定されます。ゴム製またはプラスチック製のフライホイールは脆くなって破損することがあり、ファンの故障の一般的な原因です。フライホイールを交換するには、配線を外す必要がある場合があり、フライホイールを取り外して交換する途中にあるスイッチ ハウジングを取り外す必要があります。
• ローターは、ブレードアイロンの代替品です。1991 年に工業デザイナーのRon Rezek氏によって初めて特許を取得した一体型ダイキャスト ローターは、ブレードとボルトをモーターに直接受けて固定し、バランスの問題をほとんど排除し、露出した留め具を最小限に抑えます。
• ファンを天井に取り付けるための機構:
  • ボールとソケットのシステム。このシステムでは、ダウンロッドの端に金属またはプラスチックの半球が取り付けられています。この半球は天井に取り付けられた金属ブラケットまたは自立型キャノピーに収まり、ファンが自由に動くことを可能にします (アーチ型天井では非常に便利です)。
  • J フックとシャックル クランプ。天井ファンを硬化金属フックに吊るすマウント システムの一種で、天井にねじ込むか、鋼鉄 I ビームにボルトで固定します。ファンは天井フックに直接取り付けることができるため、ジャンクション ボックスはオプションです。磁器製またはゴム製のグロメットを使用して、振動を減らし、ファンを天井フックから電気的に分離します。このタイプのマウントは、アンティークの天井ファンや工業用の天井ファンで最も一般的です。このシステムのバリエーションとして、ラグ ボルトで天井に固定された U ブラケットを使用するものが、電気的にリバーシブルなモーターを備えた頑丈な天井ファンでよく使用されます。これは、時計回りに回転しているときにファンが天井から外れるリスクを減らすためです。このタイプのマウントは、金属フック付きの RC 平らな屋根に最適で、バングラデシュ、インド、パキスタンなど南アジアで広く普及しています。
  • フラッシュ マウント (「ロー プロファイル」または「ハガー」天井ファンとも呼ばれます)。これらは、従来のマウント ファンのようなダウンロッドやキャノピーのない特別に設計されたファンです。モーター ハウジングは天井に直接取り付けられているように見えるため、「ハガー」という名前が付けられています。高さが 2.286 m から 2.5908 m の低い天井の部屋に最適です。この設計の欠点は、ブレードが天井に非常に近い位置に取り付けられているため、空気の動きが大幅に減少することです。

     一部のボールソケットファンは、ファンの製造元から特別に購入した低天井アダプターを使用して取り付けることができます。これにより、同じ設計を高天井と低天井の両方の環境で使用できるため、消費者の購入決定が簡単になります。近年、ボールソケットファンは、キャノピー (天井カバー部分) をモーターハウジングの上部に直接ねじ込むことができるように設計されることがますます一般的になり、ダウンロッドが不要になりました。ファン全体を天井取り付けブラケットに直接固定できます。これは、デュアルマウントまたはトライマウントと呼ばれることがよくあります。

モデルやスタイルによって異なるその他のコンポーネントには、次のものがあります。

• ダウンロッドは、ファンを天井から吊り下げるために使用される金属パイプです。ダウンロッドには、ファンの種類に応じてさまざまな長さと幅があります。
• モーターの装飾ケース（「モーター ハウジング」とも呼ばれます）。
• スイッチ ハウジング (「スイッチ カップ」または「ノーズ コラム」とも呼ばれます) は、ファンのモーターの中央下部に取り付けられた金属またはプラスチックの円筒です。スイッチ ハウジングは、ワイヤ、コンデンサ、スイッチなどのさまざまなコンポーネントを隠して保護するために使用されます。注油が必要なファンでは、ベアリングを潤滑するオイル リザーバを隠すことがよくあります。スイッチ ハウジングは、ライト キットを取り付けるのに便利な場所でもあります。
• ブレードバッジは、ブレードをブレードアイアンに取り付けるために使用されるネジを隠す目的で、ブレードの見える下側に取り付けられた装飾品です。
• ファンのオン/オフ、羽根の回転速度の調整、羽根の回転方向の変更、および存在するランプの操作に使用する各種スイッチ。一部のファンには、速度を調整したり、ライトをオン/オフしたりするためのリモコンが付いています。
• ランプ
  • アップライトは、ファンのモーターハウジングの上部に設置され、美観上の理由（「雰囲気を演出する」ため）で天井に光を投影します。
  • ダウンライトは「ライトキット」とも呼ばれ、部屋の周囲に光を追加し、天井ファンの設置によって移動された天井に取り付けられたランプの代わりに使用できます。
  • モーター ハウジング内に装飾ライトが取り付けられています。このタイプのセットアップでは、モーター ハウジングのサイド バンドにガラスまたはアクリルのパネル セクションが付いていることが多く、そこから光が差し込みます。

ファンの操作方法は、メーカー、スタイル、製造された時代によって異なります。操作方法には次のものがあります。

• プルチェーン/プルコード制御。このタイプのファンには、金属ビーズチェーンまたは布コードが装備されており、これを引くとファンが動作速度を切り替え、その後オフに戻ります。これらのファンには通常、1 ～ 4 の速度があります。ライト付きのファンには通常、ライトを制御する 2 番目のプルチェーンがあり、通常はオン/オフですが、3 方向の場合もあります。その場合は、一部のライト、その他のライト、すべてのライト、オフになります。一部のファン (通常は屋外用またはカナダ製) には、方向を変えるための別のプルチェーンがあります。
• 可変速制御。1970年代から 1980 年代中頃にかけて、ファンはソリッド ステート 可変速制御機能付きで製造されることが多かった。これは、ファンの本体または壁のギャング ボックスに設置されたダイヤルで、どちらかの方向に回すと、ブレードの回転速度が連続的に変化した。照明器具の調光スイッチに似ている。無段階速度ダイヤルの代わりに回転クリック タイプのスイッチを採用したファンもいくつかあり、一定数の設定速度 (通常は 4 ～ 10 の範囲) を提供していた。
  • ファンメーカーによって可変速度制御の使用方法は異なります。
    • ファンを完全に制御する可変速度ダイヤル。ファンをオンにするには、ノブを「オフ」の位置から外れるまで回して、ファンの速度を選択します。
    • 可変速プルチェーン。このセットアップは、ポテンショメータ シャフトを回転させるために「デュアル チェーン」セットアップが使用される点を除いて、上で説明した可変速ダイヤルに似ています。
    • 可変速コントロールの横にプルチェーンが付属しています。ダイヤルを 1 か所に設定してそのままにしておくと、プルチェーンはファンのオン/オフのみに使用できます。これらのファンの多くには、このプルチェーンにオプションのライト キットを配線して、1 つのチェーンでファンとライトの両方を制御できるオプションがあります。この方法を使用すると、ファンまたはライトのいずれかを個別にオンにしたり、両方をオンにしたり、両方をオフにしたりできます。
    • Vari-Lo。プルチェーンと可変速度コントロールがあります。このようなファンには、プルチェーンによって制御される 2 つの速度があります。高速 (フルパワー、可変速度コントロールの位置とは無関係) と「Vari-Lo」(可変速度コントロールの位置によって決定される速度) です。場合によっては、Vari-Lo 設定の最大速度が高速よりも遅くなります。

• 壁掛け式コントロール。ファンによっては、コントロールがファン自体ではなく壁に取り付けられているものもあります。これは、産業用ファンやHVLSファンでは非常に一般的です。このようなコントロールは通常、独自のスイッチや特殊なスイッチです。
  • 機械式壁面スイッチ。このタイプのスイッチは、さまざまな物理的形態をとる。壁面スイッチには、何らかのモーター速度調整器が組み込まれており、ファンに供給される電力の量、つまりファンの回転速度を決定する。古いタイプのスイッチは、調整器としてチョーク（大きな鉄芯コイル）を使用していた。これらのスイッチは、通常、大きくて箱型で、壁に表面取り付けされていた。4 段階から 8 段階の速度があった。このタイプのスイッチの新しいバージョンでは、チョークは使用されず、はるかに小さなコンデンサやソリッド ステート回路が使用されている。スイッチは通常、標準的な壁面取り付け型ギャング ボックスに取り付けられている。古いタイプのスイッチは、電圧を下げる原理で動作する電気ファン調整器と呼ばれ、新しいタイプのスイッチは、電源の持続時間を制御するスイッチングの原理で動作する電子ファン調整器と呼ばれる。新しい電子ファン調整器は、より電力効率が高い。^[13]
  • デジタル壁面コントロール。このタイプのコントロールでは、ファンのすべての機能 (オン/オフの状態、速度、回転方向、取り付けられた照明器具など) がコンピューター化された壁面コントロールによって制御されます。通常、特別な配線は必要ありません。代わりに、通常の家の配線を使用してコード化された電気パルスをファンに送信し、ファンは内蔵の電子機器を使用してそれを解読して操作します。このタイプのコントロールには通常、3 から 7 の速度があります。
• ワイヤレスリモコン。近年、リモコンの価格が下がり、天井ファンを制御するための費用対効果が高くなりました。リモコンはファンに付属している場合もあれば、既存のファンに取り付けられている場合もあります。手持ちのリモコンは、無線周波数または赤外線制御信号をファンに取り付けられた受信機に送信します。ただし、コントローラーには電池が必要なので、商業施設には適していません。また、特にファンが多い場合は、紛失する可能性もあります。^[14]
• 方向スイッチ。ほとんどのシーリングファンには、ファンのモーター本体に小さなスライドスイッチが付いており、ファンの回転方向を制御します。1 つの位置ではファンは時計回りに回転し、もう 1 つの位置ではファンは反時計回りに回転します。ファンのブレードは通常斜めになっているため、空気は上方に吸い込まれるか、下方に運ばれるかのいずれかになります。ユーザーは好みに応じて選択できますが、通常、夏には空気は下方に吹き出され、冬には上方に持ち上げられます。夏には下向きの吹き出しが「涼しさ」として感じられ、冬には上向きの対流によって天井に張り付いた暖かい空気が部屋全体に下方に運ばれます。^{[引用が必要]}

天井ファンは、用途と機能に基づいて 3 つの主なカテゴリに分類できます。各タイプは他のタイプに比べて独自の利点があり、特定の用途に適しています。これらには、家庭用、産業用、大口径ファンが含まれます。

• 家庭用扇風機には通常、4、5、または 6 枚の木製ブレード、装飾的なモーター ハウジング、およびプルチェーン スイッチ コントロール付きの標準 3 速モーターが付いています。これらの扇風機には、価格と消費者の好みに応じて、ライト キット付きとライト キットなしの 2 種類があります。
• 商業用または工業用の天井ファンは、通常、店舗、学校、教会、オフィス、工場、倉庫で使用されます。このようなファンは、家庭用のものよりもコスト効率とエネルギー効率が高くなるよう設計されています。工業用または商業用の天井ファンは通常、3 枚または 4 枚のブレードを使用し、通常はスチールまたはアルミニウムで作られ、高速で動作します。これらのエネルギー効率の高い天井ファンは、広く開放された広い空間に大量の空気を送り込むように設計されています。1970 年代後半から 1980 年代半ばにかけて、金属製ブレードの工業用天井ファンは、木製ブレードのモデルよりも価格が安かったため、低所得のアメリカの家庭で人気がありました。工業用スタイルの天井ファンは、アジアや中東の家庭用として非常に人気があります。

• HVLS ファンは大口径の天井ファンで、大型倉庫、格納庫、ショッピング モール、鉄道のプラットホーム、体育館などの広いスペース向けです。これらのファンは一般に低速で回転しますが、直径が 7 フィートから 24 フィート (2.1 メートルから 7.3 メートル) と大きいため、広いエリアに穏やかな風を送ることができます。最新の HVLS ファンは、空気の流れを最適化し、エネルギー コストを削減するために、翼型ブレードを使用しています。HVLS ファンの最も有名なメーカーの 1 つがBig Ass Fansです。

• 屋内/屋外用シーリングファンは、部分的に密閉された、または屋外のオープンスペースで使用するために設計されています。本体とブレードは、従来の素材や仕上げほど湿気、温度変化、湿度の影響を大きく受けない素材と仕上げで作られています。UL防湿定格ファンは、上からの雨水に直接さらされないパティオやポーチなどの屋根付きの屋外エリアや、浴室や洗濯室などの湿気の多い屋内エリアに適しています。ファンが水に触れる可能性のあるオープンな場所では、防湿定格ファンを使用する必要があります。UL 防湿定格ファンは、雨水や雪に直接さらされても耐えられる完全に密閉されたモーターを備えており、庭のホースで洗い流すこともできます。産業用ファンと住宅用ファンの両方に、乾燥定格と防湿定格および防湿定格のものがあります。^[15]

エネルギー消費意識の高まりや装飾スタイルの変化など、さまざまな要因に応じて、長年にわたってさまざまなスタイルの天井ファンが開発されてきました。新しいテクノロジーの出現と進化も、天井ファンの開発に大きな役割を果たしてきました。以下は、主要な天井ファンのスタイルとその特徴の一覧です。

• 鋳鉄製天井ファン。1882年の発明以来 1960 年代半ばまでに製造された天井ファンのほとんどが鋳鉄製です。鋳鉄製のハウジングに、通常はくま取り式モーターと呼ばれる非常に頑丈なモーターが収められています。これらのモーターは、オイル バスに浸されたスラスト ベアリングによって潤滑されており、定期的に、通常は年に 1 回か 2 回、オイルを差す必要があります。これらのファンは非常に頑丈に作られており、電子部品がまったくないため、80 年以上前の鋳鉄製ファンが今でも力強く稼働し、使用されていることは珍しくありません。

• • ハンター「オリジナル」（ハンターファン社製）は、今日最もよく知られている鋳鉄製シーリングファンの例です。1906年から現在まで、歴史上どのファンよりも長く生産され続けています。ハンターオリジナルは、発売当初から1984年まで隈取ポールモーターを採用していました（91.44 cmのオリジナルは隈取ポールのままでしたが、1985年に106.68 cmのオリジナルに交換されました）。その時点で、はるかに効率的な永久分割コンデンサモーターに変更されました。ファンの外観はほとんど変わっていませんが、2002年に台湾に生産が出荷されたときにモーターがダウングレードされました。モーターは依然としてオイル潤滑式でしたが、後述するように「スケルトン」設計に変更され、メインシャフトが短縮されたため、意図せず信頼性の問題が発生しました。2015年にこのモーターの設計が改訂され、再びフルレングスのメインシャフトが採用されました。 2002 年以前のモーターの寿命を延ばすための重要な要素。
• 20 極誘導「パンケーキ」モーター天井ファン。これらのファンは、非常に効率の高い鋳造アルミニウム ハウジングを備え、1957 年にインドの Crompton-Greaves 社によって発明され、1973 年に Encon Industries 社によって初めて米国に輸入されました。この Crompton-Greaves モーターは、英国の Crompton-Parkinson 社との合弁事業によって開発され、完成までに 20 年かかりました。家庭用白熱電球よりも消費電力が少ないため、天井ファン用に製造されたモーターの中で (DC モーターを除く) 最もエネルギー効率が高いと考えられています。

• スタック モーター シーリング ファン。1970年代後半、エネルギー危機によるエネルギー コストの上昇を受けて、エマソンは家庭用電化製品や産業機械で一般的に使用されている「K63」モーターをシーリング ファンに採用しました。この新しい「スタック」モーターは、エンコンの鋳造アルミニウム 20 極モーターとともに、強力でありながらエネルギー効率に優れていることが証明され、エアコンよりもはるかに安価に運用できたため、アメリカでシーリング ファンが復活する一因となりました。この設計 (基本的なステーターとローターで構成) では、ファンのブレードはフライホイールと呼ばれる中央ハブに取り付けられます。金属または強化ゴム製のフライホイールは、ファンのモーター ハウジングと同じ高さ (隠れた位置) に取り付けることも、ファンのモーター ハウジングの下に目立つように取り付けることもできます (「ドロップ フライホイール」と呼ばれます)。多くのメーカーが独自のスタック モーターを使用または開発しており、その中には Casablanca、エマソン、FASCO、Hunter、NuToneなどがあります (ただし、これらに限定されません) 。一部のメーカーは、このモーターの独自のバージョンを商標登録しました。たとえば、Emerson の「K63」および後の「K55」モーター、Fanimation の「FDK-2100」、Casablanca の「XLP-2000」および「XLP-2100」などです。最も初期のスタック モーター ファンは Emerson で、後に「Heat-Fan」と呼ばれるようになったモデルの初期バージョンで、金属製のフライホイールが下がっており、ブレードはファイバーグラス製、後にはモデルに応じて成形プラスチック製になった実用的なファンです。このファンは 1962 年から 2005 年までさまざまな形で製造され、商業施設をターゲットにしながらも、住宅施設でも大きな成功を収めました。Casablanca Fan Co. も、フライホイールが下がっているのではなく、隠れたフライホイールを備えたスタック モーター ファンを製造しました。このモーターは 1970 年代や 1980 年代ほど広くは使用されていませんが、Razzetii Italy ブランドで今でも見つけることができます。このタイプのファンの欠点の 1 つは、フライホイールがゴム製の場合、時間が経つと乾燥してひび割れが生じ、最終的には破損することです。これは通常危険ではありませんが、フライホイールを交換するまでファンが動作しなくなります。

• ダイレクトドライブ式シーリングファンは、固定された内部コアとその周囲を回転する鋳鉄、鋳造アルミニウム、または打ち抜き鋼製のシェルを備えたモーターを採用しています (一般に「スピナー」モーターと呼ばれます)。ブレードはこのシェルに直接取り付けられています。ダイレクトドライブモーターは製造コストが最も安く、全体的に見て最も故障しやすく、騒音も発生しやすいモーターです。^[2]このタイプの最初のモーター (1960 年代に初めて使用) は比較的頑丈でしたが、近年これらのモーターの品質が大幅に低下しています。このタイプのモーターは、今日のファンの事実上の標準となっています。現在販売されているすべてのHampton BayおよびHarbor Breezeシーリングファンに使用されており、他のほとんどのブランドでも一般的に使用されています。
  • スピナー モーター ファンは、誤って「スピナー」と呼ばれることもありますが、ダイレクト ドライブ (スピナー) モーターを採用しており、固定式の装飾カバー (モーター ハウジング) を備えています。「スピナー モーター」ファンは、1980 年代後半から現在までに製造されたほぼすべてのファンを占めています。
  • スピナーファンはダイレクトドライブモーターを採用しており、固定式の装飾カバー（モーターハウジング）はありません。これは、ほとんどの産業用ファン（ただし、このようなファンには中程度の品質のモーターが搭載されている場合もあります）と、ブラジル、南アジア、東南アジア、および多くの中東諸国で一般的に見られる安価な住宅用ファンに当てはまります。
• スケルタル モーターはダイレクト ドライブ モーターの高級サブセットであり、一部の高級ファンに使用されています。スケルタル モーターの例としては、ハンターの「AirMax」モーター、カサブランカの「XTR200」モーター、Lasko の名称で販売されている天井ファン用に Sanyo が製造したモーター、および 2002 年以降のハンターの「オリジナル」天井ファンなどがあります。スケルタル モーターは、通常のダイレクト ドライブ モーターと次の点で異なります。
  • オープン フレーム (「スケルトン」) 設計を採用しているため、通気性が大幅に向上し、寿命が長くなります。これは、モーターの内部機構が密閉された金属シェル内に完全に密閉されている通常のダイレクト ドライブ モーターの設計と比較したものです。金属シェルには通気性のための開口部がある場合とない場合があり、開口部がある場合でも、ほとんどの場合、不十分なほど小さいです。
  • これらは通常、通常のダイレクトドライブモーターよりも大きく、その結果、より強力で、焼損しにくくなります。
• 摩擦駆動式天井ファン。この短命なタイプの天井ファンは、1970 年代後半に Emerson や NuTone などの企業によって試みられましたが、あまり成功しませんでした。その利点は消費電力が非常に低いことでしたが、ファンは信頼性が低く、非常にうるさく、さらに電力がひどく不足していました。摩擦駆動式天井ファンは、フライホイールに対して横向きに取り付けられた低トルクモーターを採用しています。モーターのシャフトの端に取り付けられたゴム製のホイールがハブを駆動し (接触摩擦によるためこの名前が付けられています)、ハブがフライホイールを駆動します。これは、低トルク モーターを高速で回転させることにより、大きくて重い装置を低速で駆動しても大きなエネルギー消費がないという事実に基づいたシステムでした(ギア比を参照)。
• ギア駆動式天井ファン。これらは摩擦駆動式モデルに似ていますが、摩擦を利用してフライホイールを回転させるモーター シャフトのゴム製ホイールの代わりに、モーター シャフトの端にある歯付きギアがフライホイールに形成されたギアの歯とかみ合って回転します。「パナマ」という会社はギア駆動式天井ファンを製造し、1980 年代に「ファミリー ハンディマン」誌を通じて独占的に販売しました。一部のHVLS天井ファンにはギアボックス モーターが搭載されています。
• 内部ベルト駆動天井ファン。これもギア駆動ファンや摩擦駆動ファンと設計が似ていますが、ゴム製の摩擦ホイールや歯車の代わりに、小さなゴム製ベルトがモーターとフライホイールを連結しています。最も有名な内部ベルト駆動天井ファンは、Casablanca Fan Co. が製造した初期のモデルと、Toastmasterが販売したモデルです。

• ベルト駆動式シーリングファン。この記事の冒頭で述べたように、最初のシーリングファンは、水力で駆動するベルト システムを使用してファンユニットのブレード (フライホイールに取り付けられたブレードのみで構成) を回転させていました。時代をテーマにした装飾用に、いくつかの企業 (特に Fanimation と Woolen Mill) がベルト駆動式ファン システムの復刻版を作成しました。復刻版システムでは、水力モーターの代わりに電動モーターが駆動力として使用されています。

• オービットファンは、 360 度回転する機構を使用しています。また、通常、ハガータイプのファンのように天井に取り付けられています。サイズも非常に小さく、通常約 40.64 cm で、多くのペデスタルファンやデスクファンと同様の構造で、通常はフィンガーガードが付いています。これらは、従来のパドルタイプの天井ファンの安価な代替品であるため、主に多くの発展途上国で再び人気があります。「Fanimation」などの多くのアメリカのメーカーは、このようなファンの高品質のデザイナーバージョンを製造し始めています。
• ミニシーリングファンは、フィリピンやインドネシアなどの開発途上地域でよく見られ、現在ではほとんどの首振り式台座ファンや卓上ファンと同様に、主にプラスチックで作られています。これらのファンは「ミニ」シーリングファンと呼ばれており、サイズは比較的小さく、通常は 40.64 cm から 91.44 cm の範囲ですが、直径が 106.68 cm ほどのものもあります。また、従来のシーリングファンとは異なり、これらのファンは通常、同期モーターを使用します。
• ブレードレスシーリングファン。 このタイプは2012年にExhale Fansによって導入され、ブレードレスタービンを使用してファンから空気を外側に押し出します。これは、通常のシーリングファンの上昇気流モードの場合も同様です。これらのファンは、通常のダイレクトドライブモーターの代わりにブラシレスDCモーターを備えています。 ^[16]
• 振り子ファンまたはフラップファンは、低速天井ファンの一種で、対象エリアの空気循環に使用できます。前後に動くことで、チューレーン大学のラビン・バーニック・センターの冷えた滝などの冷却源の周囲に乱流が生まれ、大量の空気を冷却するのに役立ちます。
• ブラシ付き DC シーリングファン。電流が DC から AC に切り替わる前は、ブラシ付き DC シーリングファンが製造されていました。これらは DC 線に直接配線されています。
• ブラシレスDCシーリングファン。このタイプのファンはBLDC技術を使用しており、従来のACモーターで駆動する通常のファンよりもはるかに高い効率を提供します。電子的に整流され、永久磁石ローターを使用しているため、ACモーターファンよりも静かです。これらのファンのその他の利点としては、高効率、低騒音レベル、ローターの熱が少ない、リモートコントロールやその他の便利な技術の統合などがあります。唯一の欠点は、コストが高いことと、故障しやすく保守が難しい可能性のある複雑な電子機器があることです。ただし、新しい技術とより優れた品質管理技術の出現により、後者はそれほど問題になりません。^[17]これらはAC / DCアダプターとともにACワイヤーに接続されます。
• スマートシーリングファン。これらのファンは、 Googleアシスタント、Amazon Alexaアシスタント、Apple Homekit 、Wifiで制御できます。これらのファンの大部分は、マイクロコントローラベースの設計、細かい制御の柔軟性、ファームウェアのアップグレード機能のため、 BLDCモーターを使用しています。ファンの速度、明るさ、タイミングはスマートフォンアプリで調整できます。^[18]

天井ファンは、特に暖かい室内空気と併用すると、エアコンよりも手頃でエネルギー効率の高い代替品となります。全体的に、炭素発生抑制の観点から見ると、天井ファンの使用は地球温暖化への影響が少ないと言えます。天井ファンは、温熱快適性の向上とエアコンによるエネルギー消費の削減に加え、空気感染や感染の拡散に影響を与える可能性のあるツールとしても研究されてきました。^[19]

天井ファンは、感染性エアロゾルを含む空間内の空気と汚染物質の分布に影響を与えます。天井ファンは感染性エアロゾルの伝染リスクを低下させる可能性があります。^{[20] [21]}

ガスを使用して呼気中の飛沫核をシミュレートした実験では、天井ファンが曝露者の呼吸ゾーンのエアロゾル濃度を20％以上低減できることがわかった。^[20]天井ファンは、咳をしている感染者が天井ファンの真下にいた場合に、飛沫および空気感染に対してより大きな効果があることが証明された。天井ファンは、ファンの中心に近い場所にいる人々を咳曝露からよりよく保護する。ファンの中心に近い場所では、粒子の軌道を床下方向に変える方向性のある気流が最も大きくなる。^[20]

トレーサー粒子を使用したより現実的な実験では、天井ファンは短距離での感染リスクを47％削減するのに効果的であるが、長距離での感染リスクはわずかに増加することが判明した。^[21]天井ファンの利点は、部屋の換気が良好で、マスク着用措置が講じられており、病原体の感染力がそれほど強くない場合に最も高くなる。^[21]しかし、長距離に多くの人がいる場合、たとえ部屋がASHRAE 241の推奨事項に従っていたとしても、天井ファンは麻疹やSARS-CoV-2オミクロン変異体のような感染力の強い呼気病原体を拡散させ、より多くの人が病気になる原因となる可能性がある。^[21]

一般的な天井ファンは、完全に組み立てると 3.6 ～ 22.7 kg の重さになります。多くの接続ボックスは、ファンが静止しているときはその重さを支えることができますが、ファンが作動すると、ファンが吊り下げられている物体に多くの追加の応力(特にねじれ) がかかります。これにより、不適切な接続ボックスが故障する可能性があります。このため、米国の国家電気工事規程(文書NFPA 70、第 314 条) では、天井ファンは、その用途に指定された電気接続ボックスで支えなければならないと規定されています。住宅所有者が照明器具を天井ファンに交換する際に、適切な接続ボックスにアップグレードしないという間違いがよくあります^[要出典]。最終的には、ファンの重量は天井の梁などの天井の強力な構造要素で支える必要があります。不適切に取り付けられたファン、特に 22.7 kg の鋳鉄製ファンが落下すると、悲惨な結果になる可能性があります。

天井ファンを設置する際のもう一つの懸念は、床に対する羽根の高さに関係する。米国全土の建築基準法では、住宅用天井ファンの羽根を床から7フィート未満に取り付けることを禁止している。^[22]しかし、この高さでは十分でないことが時々ある。天井ファンをオンにして、服を着る、伸びをする、シーツを交換するなどの通常の作業中に時々起こるように、人が両腕を完全に空中に伸ばした場合、羽根が手に当たり、怪我をする可能性があります。また、長くて扱いにくい物を持っている場合、一方の端が天井ファンの羽根の回転経路にうっかり入り込み、ファンを損傷する可能性があります。米国全土の建築基準法では、これらの理由から、産業用天井ファンの羽根を床から10フィート未満に取り付けることを禁止しています。

他の国では、天井ファンには通常、IECや同様の機関の指示に従って、ファンの羽根が床から2.3メートル以上になるように設置するようにという警告が付いています。この規則は、天井ファンに限らず、 すべての「高レベルファン」 ^{[23]に適用されます。}

オーストラリアでは^[24]建築基準法によってファンは少なくとも2.1メートルの高さに設置することが義務付けられています。

2004 年、MythBusters は、天井の扇風機が回転中の扇風機に首を突っ込むと首が切断される可能性があるという説を検証しました。この説には 2 つのバージョンがあり、1 つ目は「飛び跳ねる子供」で、子供がベッドの上で飛び跳ね、高く飛びすぎて下から扇風機に入るというものです。2 つ目は「恋人の跳躍」で、夫がベッドに向かって飛び跳ね、扇風機の横から入るというものです。カリ バイロンとスコッティ チャップマンは、一般的な家庭用扇風機と、木製ではなく金属製の羽根とより強力なモーターを備えた工業用扇風機を購入しました。彼らは、家庭用と産業用の両方のファンのシナリオでこの神話を打ち破った。テストにより、家庭用の天井ファンは、低トルクのモーターがブロックされるとすぐに停止し、ブレードは高速で衝突すると簡単に壊れやすい軽量素材でできているため、設計上、軽傷以上の怪我を引き起こす可能性はほとんどないことが証明された（「恋人の跳躍」シナリオの家庭用ファンのテストでは、実際にファンのブレードが壊れた）。彼らは、スチール製のブレードと高速の産業用ファンが怪我や裂傷を引き起こす可能性があることを発見した。建築基準法では、産業用ファンはブレードを床から3.048メートルの高さに設置する必要があり、「恋人の跳躍」シナリオの産業用ファンのテストでは、ファンが頸動脈を切断して脊椎に達する致命的な怪我が発生したが、それでもブロックされると急速にエネルギーを失い、テスト用ダミーの首を切断することはできなかった。^[25]

ぐらつきは通常、ファンブレードの重量が互いにバランスを崩すことによって発生します。^[要出典]これは、ブレードが歪んでいる、ブレードアイアンが曲がっている、ブレードまたはブレードアイアンがまっすぐにねじ込まれていない、またはブレード間の重量のばらつきなど、さまざまな要因によって発生する可能性があります。また、すべてのブレードが空気に対して均等な力を加えていない場合 (たとえば、角度が異なるため)、垂直方向の反力によってぐらつきが発生する可能性があります。ぐらつきはモーターの欠陥によっても発生する可能性がありますが、これは非常にまれにしか発生しません。ぐらつきは、ファンの取り付け方法や取り付け面の影響を受けません。

よくある誤解に反して、ぐらつきだけではシーリングファンは落下しません。^[26]シーリングファンは、スプリットピンまたはRクリップでロックされたクレビスピンで固定されているため、ピン/クリップが固定されていない場合を除いて、ぐらつきがファンの安全性に影響を与えることはありません。現在まで、ファンが天井からぐらついて落下したという報告はありません。しかし、ひどくぐらつくと、照明器具のシェードやカバーが時間の経過とともに徐々に緩み、落下する可能性があり、ファンの下にいる人が怪我をしたり、割れたガラスで怪我をしたりするリスクがあります。MythBustersが人の首を切り落とすことを目的としてファンを設計していたとき、スコッティはエッジファインダーを使用してブレードの正確な中心を見つけ、潜在的に非常に危険なスチールブレードのぐらつきを排除することを目指しました。

天井 (または床) の固定点から各ブレードの先端を測定し、各ブレードが均等であることを確認することで、ぐらつきを軽減できます。ファンのモーターとブレードの間に金属プレートがある場合は、曲げて軽く調整できます。すべてのブレードのピッチが同じであること、すべてのブレードが隣接するブレードから同じ距離にあることを確認することでも、ぐらつきを軽減できます。ブレードにバランスウェイトを取り付けることでも、ぐらつきを軽減できます。

ファンが適切な RPM にある場合、わずかな揺れでもプル チェーンが揺れる可能性があり、プル チェーンが揺れると、曲がる部分が弱くなり、最終的には破損してプル チェーンが人の上に落ちる可能性があります。

場合によっては、ぐらつきによってモーター内部の配線が揺れ、最終的にはモーターの上部に達し、配線が巻線から引き抜かれることがあります。これは修正可能ですが、修正するのはそれほど簡単ではないかもしれません。

ハミング音は、ファンの速度を制御するために調光スイッチやソリッドステートの速度制御装置（これらは通常、ハミング音が許容される産業環境向けに作られています）を使用すると発生することがよくあります。これらの制御装置はチョッピング電流を発生させ、巻線を振動させるからです。^[27]ハミング音は、始動/運転コンデンサの不良、またはモーターの容量サイズに合わないコンデンサによっても発生する可能性があります。始動/運転コンデンサが不良または間違っていると、主巻線と補助巻線の巻線電流位相が正しく同期せず、ハミング音が発生する可能性があります。また、巻線にワニスを塗ることでハミング音を軽減できる場合があります。

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