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ダンパー・吸い込み口などの圧損 ( 損失係数) について

@ダンパー類の圧損 (損失係数)については 参考文献(1)〜(4) に示す資料から抜粋して 表1 にまとめてみました。この損失係数δの取り扱いについては 動圧 (1/2)ρV2 を 1.0 としてユニット化し この1.0 との比較値として表しています。なお ここでいう V とは 各機器を通過する代表平均風速 (m/sec) であり Pa表示に換算すると 0.6 × V2 (Pa) となり 例えばV=10m/sec だと 60Pa 相当とみなされますので 損失係数δとは 各機器を通過する際の圧力損失値を 通過する風の動圧との比較で無次元した圧損と言えます。
各種機器・配管の損失係数
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A丸ダンパーの損失係数を ダンパー羽根開度との関係で表したものを 図1 に示します。
丸ダンパー損失係数
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この図から明らかなように ダンパーの羽根開度が小さくなると その損失係数は 非常に大きな値となり 特に 30°以下の領域では ファンの能力(静圧)が 決まれば ダンパーが通過風量を決めてしまうと言っても過言ではありません。

Aオリフィス式ダンパーの圧損測定

図2に測定回路を示しますが オリフィス付き丸ダンパー(Φ250mm) のダンパー羽根前後(3×D)の 4点平均化後の 静圧の差圧を測定しています。
圧損測定回路
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試験結果を 上の理論損失係数と比較したものを 図3 に示します。
圧損 実験値 と 理論値の比較
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この図から明らかなように ダンパー羽根開度60°あたりで計算値と実験値は似た値となっている。羽根開度が75°あたりになると計算値より実測値の方が 大きな値になっているが計算値は 上述のようにダンパー羽根単独の値に対し 実験はオリフィスも含んだ圧損となっていることも関係していると思わます。逆に 羽根開度が 45°以下の領域では 計算値より実験結果の方が 低い値になっているが 計算値はダンパー羽根の径と ダンパー内径を同じとして扱っているが 供試品は 実際には羽根とダンパー内径との間に 1.5mm位の隙間があることも要因として考えられます。

B吸い込み口の形状と損失係数

配管の出口については その形状に係わらず 損失係数は ほぼ 1.0 (出口圧損 = 動圧) と大きな違いはないが 吸い込み口については その形状により 表1に示しますように大きく違いが出ますので注意を要します。実際に 吸い込み口の形状を変えて その損失係数を実測した結果を 表2にまとめました。
内径250mm塩ビVU管(250A)の吸い込み口形状と損失係数
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この結果からも明らかなように 吸い込み口の入口の隅に丸み(R 付き)が付いているか 丸み無し(R 無し)かによって 損失係数(圧損)は大きく違ってきます。VU管内径Φ250mmの口に 内径Φ215の絞り板(オリフィス板)を付けることによって 損失係数は ダクトフランジ付きの 約6倍の大きさになっています。
オリフィス板単体では 表1から見て損失係数は 0.3 程度ですが 吸い込み口に付くとなると その影響は非常に大きくなりますので 注意を要します。
この吸い込み口の損失係数は 別項で述べますが 特に オリフィス式の風量検出センサーがすぐ後ろに付いて 直管部分が長く取れない場合は その検出精度に与える影響が大きくなりますので 吸い込み口入口は ベルマウスなど 丸く隅Rの付いたフランジ形状とする または レジューサなど損失係数の小さな吸い込み口形状にする 必要があり エルボ等と 配管途中で接続される場合は できるだけ均一な径の配管同士で風の流れが スムーズになるよう(損失係数が小さくなるよう)に接続をお願いします。

C角ダンパーの 圧損(損失係数)について

角ダンパーについては 対向翼・並行翼, 羽根の枚数・羽根の周長 及びダクトの周長によって 損失係数の値が変化しますので 詳細は 下記文献(2)を参照願います。その概要を紹介しますと
  • ダンパーの羽根開度を同じとすると 対向翼の方が 並行翼より 損失係数は大きくなる。
    おおよそ 対向翼羽根開度 50°と 並行翼羽根開度 30° の損失係数が 似た値になります。
  • ダンパーの羽根開度を同じとして 丸ダンパーと比較した場合 対向翼は丸ダンパーより 損失係数は大きくなり
    並行翼は 丸ダンパーより小さくなります。

D圧損(損失係数) と 風量の関係 (例)

一例として 排気ファンとして 三菱片吸い込みシロッコファン 型名 BF-28T を採用するとして ダクト径Φ250mm固定の場合 ファン静圧と風量の関係を 図4 の赤線で示します。
ファン静圧と風量及び損失係数の関係
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同じグラフ上に 損失係数(圧損)  1, 5, 25, 100 をパラメータとして 黒線・緑線・黄線・紫線でプロットしています。例えば 損失係数 = 25のとき, ファンの静圧特性との交点で 圧損 505Pa, 風量 17CMM でファン運転となります。
この損失係数 25 は 丸ダンパーの特性図1で見ると ダンパー開度 42°相当となります。実際にはダンパー以外の 他の配管機器全体の損失係数をトータルして 風量は決まりますが ダンパー単体で見ても ダンパー開度が 例えば 42°から わずか5°変わって 37°になるだけで損失係数は 倍の約50になりますが 他の配管機器で 損失係数が フィルター等を除き 10以上になるものは 表1からみてもあまりありませんので この領域の風量は ファンの仕様 (静圧・風量)が決まれば ダンパーの羽根の開度が決めていると言っても過言ではありません。
逆に言えば この領域ではダンパーの開度がわずか変わるだけで風量は大きく変わることになりますので 正確な風量をコントロールしたいときは ダンパー角度制御(VD)でなく 精度よく風量を測定して制御する方式の VAV を採用する必要があります。

参考文献
(1) ミツヤ送風機製作所 技術資料 ホームページ
(2) 空調技研工業 防災機器 ( 防火・防排煙ダンパー) WEBカタログ ( 空気調和・衛生工学会便覧抜粋)
(3) 三菱換気扇WEB カタログ
(4) 栗本鉄工所 スパイラルダクト 技術資料
 
 
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