ファンコイルユニット

ファンコイルユニット( FCU ) は、垂直ファンコイルユニット( VFCU )とも呼ばれ、熱交換器(コイル) とファンで構成されるデバイスです。FCU は、ダクト式スプリット空調または中央プラント冷却を使用する住宅、商業、および工業ビルのHVACシステムで一般的に使用されます。FCU は通常、ダクトとサーモスタットに接続され、 1 つ以上のスペースの温度を調節し、チラーと併用する場合は各スペースのメイン空調ユニットを支援します。サーモスタットは、制御バルブを使用してファンの速度や熱交換器への水または冷媒の流れを制御します。

ファンコイルユニットは、シンプル、柔軟性、メンテナンスの容易さから、ダクト式100% 外気システム (VAV)や、空調ユニットまたはチルドビームを備えたセントラルヒーティングシステムよりも経済的に設置できます。FCU には、水平 (天井取り付け) や垂直 (床取り付け) などさまざまな構成があり、小規模な住宅ユニットから大規模な商業ビルや工業ビルまで、幅広い用途に使用できます。

FCU からの騒音出力は、他の形式の空調設備と同様に、ユニットの設計と周囲の建築材料によって異なります。一部の FCU では、騒音レベルが NR25 または NC25 と低くなっています。

FCU からの出力は、ユニットに入る空気の温度とユニットから出る空気の温度、およびユニットを通過する空気の量を調べることで決定できます。これは単純化した説明であり、熱性能に影響を与える顕熱比と空気の 比熱容量に関する詳細な情報があります。

ファン コイル ユニットはさまざまな製品をカバーしており、特に製品のサイズと出力能力に関連して、国や地域によってユーザー、仕様者、設置者にとって意味が異なります。

ファン コイル ユニットは、主にブロースルーとドロースルーの 2 つのタイプに分けられます。名前が示すように、最初のタイプではファンが熱交換器の後ろに取り付けられ、もう 1 つのタイプではファンがコイルの前に取り付けられ、コイルを通して空気を吸い込みます。ドロースルー ユニットは、通常、熱交換器をより有効に活用するため、熱的に優れていると考えられています。ただし、ブロースルー ユニットは通常、コイルに直接ボルトで固定されたファンのセットで構成されるのに対し、ドロースルー ユニットではファンを保持するためのシャーシが必要なため、より高価です。

ファンコイルユニットは、それが機能する部屋またはエリア内に隠されることも、露出されることもあります。

露出型ファンコイルユニットは、壁掛け、自立型、または天井に取り付けることができ、通常はファンコイルユニット自体を保護し隠すための適切な筐体が含まれ、その筐体には空気を分配するための還気グリルと給気ディフューザーが取り付けられています。

隠蔽ファンコイルユニットは、通常、アクセス可能な天井の空間またはサービスゾーン内に設置されます。通常、天井に面一に設置される還気グリルと給気ディフューザーは、ファンコイルユニットとの間でダクトで接続されるため、天井のレイアウトや空間内のパーティションのレイアウトに合わせてグリルを配置する柔軟性が大幅に高まります。還気をダクトで接続せず、天井の空間を還気プレナムとして使用することは、非常に一般的です。

コイルは中央プラントから温水または冷水を受け取り、熱伝達によって空気から熱を奪ったり、空気に熱を加えたりします。従来、ファン コイル ユニットには独自の内部サーモスタットが含まれているか、リモート サーモスタットで動作するように配線されています。ただし、ビル エネルギー管理システム(BEMS) を備えたほとんどの近代的な建物で一般的であるように、ファン コイル ユニットの制御は、通信ネットワークを介して BEMS にリンクされたローカル デジタル コントローラまたはアウトステーション (および関連する室温センサーと制御バルブ アクチュエータ) によって行われ、そのため、管理者のヘッドエンド コンピュータなどの中央ポイントから調整および制御できます。

ファンコイルユニットは、空間を調整するために、コイルを通して温水または冷水を循環させます。ユニットは、中央プラント、または中央建物の閉ループから熱を除去するための機器を備えた機械室から温水または冷水を取得します。使用される機器は、チラーや冷却塔などの熱を除去するために使用される機械と、ボイラーや業務用給湯器などの建物の水に熱を加えるための機器で構成されます。

ハイドロニックファンコイルユニットは、一般的に 2 パイプファンコイルユニットと 4 パイプファンコイルユニットの 2 種類に分けられます。2 パイプファンコイルユニットには、供給パイプが 1 本と戻りパイプが 1 本あります。供給パイプは、季節に応じて冷水または温水をユニットに供給します。4 パイプファンコイルユニットには、供給パイプが 2 本と戻りパイプが 2 本あります。これにより、いつでも温水または冷水がユニットに入ることができます。建物内の異なるエリアを同時に暖めたり冷やしたりする必要があることが多いため、内部の熱損失または熱取得の違いにより、4 パイプファンコイルユニットが最も一般的に使用されています。

ファン コイル ユニットは、「直接戻り」、「逆戻り」、「直列分離」などのさまざまなトポロジ設計を使用して配管ネットワークに接続できます。ASHRAE ハンドブック「2008 システムと機器」の第 12 章を参照してください。

選択した冷水温度と空間の相対湿度に応じて、冷却コイルが流入する空気流を除湿し、このプロセスの副産物として、排水口に運ぶ必要のある凝縮水が時々生成される可能性があります。ファン コイル ユニットには、この目的のために排水接続部を備えた専用のドリップ トレイが含まれます。複数のファン コイル ユニットから凝縮水を排出する最も簡単な方法は、適切な地点に配管を敷設することです。または、重力配管用のスペースが限られている場合は、凝縮水ポンプを使用することもできます。

ファン コイル ユニット内のファン モーターは、ユニットの必要な暖房および冷房出力を調整する役割を担っています。メーカーによって、モーターの速度を制御する方法が異なります。AC トランスフォーマーを使用してタップを調整し、ファン モーターに供給される電力を調整するメーカーもあります。この調整は通常、建物の建設の試運転段階で実行され、ユニットの寿命中は固定されたままです。

あるいは、一部のメーカーは、巻線に速度タップを備えたカスタム巻きのパーマネント スプリット コンデンサ (PSC) モーターを採用しています。これらのタップは、ファン コイル ユニットの特定の設計に合わせて、必要な速度レベルに設定されます。ローカル制御を可能にするために、室内の居住者向けにシンプルな速度セレクタ スイッチ (オフ - 高 - 中 - 低) が用意されています。このスイッチは、多くの場合、室内サーモスタットに組み込まれており、手動で設定することも、デジタル室内サーモスタットによって自動的に制御することもできます。

ファンの速度と温度を自動制御するために、ビルエネルギー管理システムが採用されています。これらのユニットで一般的に使用されるファンモーターは、通常、AC シェーデッドポールまたは永久分割コンデンサモーターです。最近の進歩には、電子整流を備えたブラシレス DC 設計の使用が含まれます。非同期 3 速モーターを搭載したユニットと比較して、ブラシレスモーターを使用するファンコイルユニットは、電力消費を最大 70% 削減できます。^[1]

ダクト式スプリットエアコンユニットにリンクされたファンコイルユニットは、冷却コイルで冷却剤の代わりに冷媒を使用し、チラーの代わりに大型のコンデンサーユニットにリンクされています。また、冷却塔を使用してコンデンサーを冷却するために中間冷媒を使用する液冷式コンデンサーユニットにリンクされる場合もあります。

これらのモーターは、DC モーター、 EC モーター、DC/EC モーターと呼ばれることもあります。DC は直流、EC は電子整流を表します。

DC モーターでは、ファン コイル ユニット内のファンの速度を、モーターへの 0 ～ 10 ボルトの入力制御信号によって制御できます。AC ファン コイルに関連する変圧器や速度スイッチは必要ありません。信号電圧が 2.5 ボルト (ファン/モーターのメーカーによって異なる場合があります) まではファンは停止状態になりますが、信号電圧が増加すると、ファンはシームレスに速度を上げ、信号電圧が 10 ボルトで最大速度に達します。ファン コイルは通常、約 4 ボルトから 7.5 ボルトの間で動作します。これは、4 ボルト未満では空気量が効果的ではなく、7.5 ボルトを超えるとファン コイルのノイズが大きすぎて、ほとんどの商用アプリケーションでは使用できなくなるためです。

0 ～ 10 ボルトの信号電圧は、単純なポテンショメータで設定して、各ファン コイル ユニットのターミナル コントローラからファン モーターに送ることができます。前者は非常にシンプルで安価ですが、後者はさまざまな外部条件/影響に応じてファン速度を継続的に変更する機会を提供します。これらの条件/基準には、暖房または冷房の「リアルタイム」需要、占有レベル、ウィンドウ スイッチ、タイム クロック、またはユニット自体、ビル管理システム、またはその両方からのその他の入力などがあります。

これらの DC ファン コイル ユニットが、比較的複雑であるにもかかわらず、ますます人気が高まっている理由は、数年前の AC モーター駆動の同等品と比較してエネルギー効率レベルが向上していることです。AC から DC に直接切り替えると、電力消費が 50% 削減されますが、需要と占有状況に応じたファン速度制御を適用すると、節約は最大 80% になります。ファン コイルに対して法的に強制力のあるエネルギー効率要件がある地域 (英国など) では、DC ファン コイル ユニットが急速に唯一の選択肢になりつつあります。

高層ビルでは、ファンコイルが垂直に積み重ねられ、各階ごとに上下に配置され、すべてが同じ配管ループで相互接続されることがあります。

ファン コイル ユニットは、大規模な住宅や小規模商業施設におけるハイドロニック チラー ボイラーシステムに最適な供給メカニズムです。これらの用途では、ファン コイル ユニットを浴室の天井に取り付けて、無制限の快適ゾーンを提供することができます。また、使用されていないエリアをオフにしてエネルギーを節約することもできます。

高層住宅建築では、通常、ファンコイルユニットごとに、その上にあるコンクリートスラブに長方形の貫通穴が必要です。通常、床を貫通するABS 、スチール、または銅製のパイプが 2 本または 4 本あります。パイプは通常、すべてのパイプ、または少なくとも冷水ラインに、凝縮水の形成を防ぐために、アクリロニトリル ブタジエン/ポリ塩化ビニル(AB/PVC) フレキシブルフォーム (Rubatex または Armaflex ブランド) などの冷凍断熱材で絶縁されています。

ユニット換気装置は、主に教室、ホテル、アパート、マンションで使用されるファンコイルユニットです。ユニット換気装置は、壁掛け式または天井吊り下げ式のキャビネットで、ファンを使用してコイルに外気を吹き込み、対象空間の空調と換気を行うように設計されています。

ファンコイルは2パイプユニットが4分の1、4パイプユニットが4分の3で構成されており、最も売れている製品は「ケーシング付き」（35％）、「ケーシングなし」（28％）、「カセット」（18％）、「ダクト付き」（16％）です。^[2]

2010 年の地域別市場は次のように分割されました。

ウィキメディア・コモンズには、ファンコイルユニットに関連するメディアがあります。

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