空調機・冷機 耳より話~省エネ・不具合対策~

空調機(エアコン)・冷凍機の室外機を冷やす~散水装置と外付け熱交換器

業務用空調機(エアコン)・冷機向け外付け熱交換器『BigCon』業務用空調機(エアコン)・冷機向け外付け熱交換器『BigCon』
本コラムは業務用空調機(主にパッケージエアコン)、業務用冷凍機・冷蔵機(コンデンシングユニットと呼ばれる室外機が存在するもの)を対象として執筆しております。ビルマルやチラーについても空冷式であれば概ね対象となりますが、ホームエアコンは想定しておりませんのでご了承ください。

1. 散水装置

1-1. 空調機・冷機のオプション機材とは

 業務用空調機(エアコン)や冷機(冷凍機・冷蔵機)には、「機器の弱点を補う」「機器の性能を伸ばす」手段としてオプション機材が開発されています。
 本コラムでは複数あるオプション機材の中で、高圧カット対策や省エネとして用いられることの多い散水装置をまず取り上げ、競合品である外付け熱交換器と比較します。

 散水装置と外付け熱交換器、どちらも高圧カット対策省エネとして有効に機能します。
 ただし価格や導入のしやすさ、省エネの期間、副産物などに違いがあります

 そこで散水装置、外付け熱交換器それぞれのメリット・デメリットを本コラムにてご紹介します。
 それぞれを状況によって使い分けていただけたら幸いです。

1-2. 散水装置の基本事項

 散水装置とはノズル(放水口)、送水管、タイマーなどから構成された文字通り散水するための装置になり、室外機上部から室外機の吸込口(室外機内に周囲の空気を取り入れる場所)に向けて散水します。
 吸込口には黒い網のようなものが取り付けられており、これは熱交換器=凝縮器=コンデンサーと呼ばれる部品になります。

散水装置イメージ

 夏場は水温が気温より低くなるためこれを利用し、熱交換器=凝縮器=コンデンサーを冷やしています。
 熱交換器=凝縮器=コンデンサーを冷やすことで、高圧カット対策(ピークカットや高圧圧力異常とも)や省エネといった効果をもたらしますが、この理由を解説するためには冷房運転・冷凍冷蔵運転について少し説明が必要です。

冷房運転・冷凍冷蔵運転のモデル

 空調機・冷機では室内機と室外機の間を冷媒が循環しています。
 この冷媒は熱の運搬役を担っており、冷房運転・冷凍冷蔵運転においては室内機で熱を受け取り、受け取った熱を室外機にて放出しています

 この熱の受け取りや放出は熱交換と呼ばれ、その役割を果たす機材を熱交換器(空冷式)と呼びます。
 空調機・冷機の室内機と室外機のいずれにもこの熱交換器が備わっています。

 熱交換器は折り畳まれた配管と放熱フィンで構成されています。(フィン同士の間には隙間があります)
 熱交換器(空冷式)の配管内を物質が通過する際は、熱交換器周囲の空気との間で熱の移動が行なわれる(温度の高い方から低い方へと熱が移動する)性質を利用し、物質の冷却や加熱のために用いられます。
 (内部を冷却するための熱交換器を凝縮器やコンデンサー、内部を加熱するための熱交換器を蒸発器とも呼びます)

熱交換器

 室内機内の熱交換器(蒸発器)では熱交換器内を通過する冷媒よりも室内機内の空気の方が温度が高いため、室内機内の空気の熱が冷媒に移り、室内機内のファンで冷えた空気を外に吹き出しています

 室外機の熱交換器(凝縮器、コンデンサー)では室外機内へと取り込まれる空気よりも熱交換器内を通過する冷媒の方が温度が高いため、冷媒の熱が空気に移り、室外機内のファンでその排熱を外に吹き出しています

 ところが室外機熱交換器での熱の放出、すなわち冷媒の冷却にはある程度限界があります。
 例えば室外機周辺が高温の場合、冷媒の温度と室外機内へと取り込まれる空気との温度の差が縮まるため、熱交換は進まなくなります。

 冷媒の冷却が不十分となると、熱の運搬に支障が出るため、機器は冷媒への圧力を高めます
 これは冷媒が高圧な状態ほど、熱の運搬能力が高まるためです。

冷媒イメージ

 ただし高められる冷媒への圧力には限界があります。
 設備の設計上危険な圧力に達したとき、機器は異常停止(強制停止)します。これが高圧カットの仕組みです。(本件の詳細は下記コラムもご参照ください)

{参考:『夏場は要注意!空調機(エアコン)・冷機の高圧カット対策4選-空調機・冷機 耳より話 |株式会社SHOTEC』

 また冷媒への圧力が高まると、その分消費電力も増大します。
 冷媒に圧力を掛けている部品は圧縮機ですが、圧縮機が空調機・冷凍機の消費電力の大半を占めています。

 したがって高圧を抑制して運転させることは大きな省エネにも繋がります。

1-3. 散水装置のメリット

 散水装置のメリットは以下の三点になります。

①導入コストが安価
②メーカー、サービス会社が熟知
③単純な高圧カットに十分な実績



 まず①導入コストが安価という点が最大の魅力でしょう。
 散水装置は様々な商品がありますが、タイマー付きの製品(時間や温度により自動で散水を開始~停止する)であっても外付け熱交換器より安価となります。

 ただしこれらは導入コストであり、ランニングコストを含めると話は変わってくる場合があります。(詳細は次章)


 次に②メーカー、サービス会社が熟知しているという点は安心出来る材料です。
 言い換えると、メーカー、サービス会社の担当者は高圧カット対策として散水装置を勧めるでしょう。

 この理由は幾つかあり、散水装置に慣れている、導入コストが外付け熱交換器よりも安いので勧めやすい、外付け熱交換器を知らない、メンテナンスや保守など追加の契約に至りやすい(散水装置は手間を要するため)などが挙げられます。


 また散水装置には③単純な高圧カットに十分な実績があることも事実ですので、期待される役割は相応に果たしてくれます。
 この「単純な高圧カット」という表現ですが、ショートサーキット(室外機の排熱の再吸入)の傾向がある現場にはやや不向きという意味です。(詳細は次章)

1-4. 散水装置のデメリット

 逆に散水装置を導入するデメリットとしては以下が挙げられます。順にお話しします。

①排水処理
②フィンの汚れ・劣化
③ランニングコスト
④ショートサーキット(室外機の排熱の再吸入)は不得意



 まず散水装置は当然水を使用しますので、散水した後の水の始末、①排水処理が必要となります。(水栓も必要です)

 排水処理を行なわない場合、周囲の汚れやコケの発生に繋がるだけでなく、設置場所によっては建物を傷める、公道に漏れ出すことも起こり得ますので、ご注意ください。


 次に②フィンの汚れ・劣化ですが、水道水にはミネラル成分が含まれており、散水を続けているとそれがスケール(堆積物)となって熱交換器(コンデンサー)のフィンに付着してしまいます。(純水タイプの散水装置も販売されていますが濾過のため電気を使用します)
 下図の白い部分がスケールです。

フィン劣化

 スケールが付着した熱交換器(コンデンサー)は散水による温度低下効果が減衰してしまいますし、更に付着すると上手く熱交換できなくなり(フィンが熱を逃がしてくれず)、それが高圧カットを助長してしまうこともあります。

 そのため散水装置を使用する場合はこまめなクリーニングが不可欠ですが、このスケールは石のようなものですので、フィンと垂直に高圧洗浄を当てたとしてもフィンが傷付いてしまいます。
 そうなってしまうと熱交換の性能は下がります。


 そして③ランニングコストも悩みの種となります。重度の高圧カット対策の場合、散水装置は大量の水を必要とするため、その水道料金もかなりの金額となります。
 軽度の高圧カットや省エネ目的のみの場合は水道使用量は限定的です。

 ただし別途室外機のクリーニングやメンテナンスが必要です。

 
 最後に④ショートサーキット(室外機の排熱の再吸入)の傾向が強い現場では、特に水道使用量が増えてしまいます。
 ショートサーキットとは室外機が排出する温風を再び室外機が吸い込んでしまうことを指し、「室外機周辺の風通しが悪い」「自身または他の室外機の排熱が吸込口に流れ込む構造になっている」ケースで発生します。

 散水により解決は可能ですが、周囲には高温の水蒸気が溜まるため、日中を過ぎた後もなかなか周囲の温度が下がらず、散水時間が長時間化する傾向にあります
 時間帯を誤って行なう打ち水のイメージです。

{参考:『「打ち水」は東京の猛暑をさらに悪化させる可能性! 東大専門家らがガチ指摘|エキサイトニュース』

2. 外付け熱交換器

2-1. 外付け熱交換器の基本事項

 散水装置の競合品として、外付け熱交換器があります。熱交換器については前章にてご紹介しましたが、この熱交換器を外部に追加するオプション機材が外付け熱交換器となります。

外付け熱交換器イメージ

 散水装置が熱交換器(コンデンサー)を冷やして熱交換を進めるならば、外付け熱交換器は熱交換の表面積を増やす(熱交換の機会を増やす)ことで熱交換を進めます
 内外の温度差が小さくとも熱交換の頻度を増やしてカバーします。

 反面、室外機から室内機へと向かう冷媒を外付け熱交換器内に経由させる配管工事が必要となります
 以降ではこの外付け熱交換器のメリット・デメリットをお話しします。

2-2. 外付け熱交換器のメリット

 外付け熱交換器を導入するメリットは以下が挙げられます。順にお話しします。

①万全の高圧カット対策・ショートサーキット対策
②ランニングコストなし
③通年の省エネ効果
④ロケーション不問・メンテナンス不要



 まず外付け熱交換器の最たる特長は、①万全の高圧カット対策・ショートサーキット対策として機能する点になります。

 例えばショートサーキットの影響下では室外機周辺の温度が45℃を超えることもありますが、外付け熱交換器の導入以降は高圧カットの発生が確認されておりません
{参考:『外付け熱交換器BigCon資料ダウンロード|株式会社SHOTEC』

 同様に室内への人の出入りが激しく、室内機の過負荷によって高圧カットが起きるケースにも、室外機の熱処理性能を引き出すため効果的に働きます。


 そして外付け熱交換器は②ランニングコストなし、これは水も電気も使用しないためです。

 同時に散水装置と違い、外付け熱交換器は年間を通して働くため、③通年の省エネ効果ももたらします。(散水装置は稼働時のみ)
 残念ながら外付け熱交換器における春・秋・冬の省エネ効果は大きい数字ではありませんが、年単位となるとそれなりの数字になります。

{参考:『外付け熱交換器『BigCon』省エネシミュレーション|株式会社SHOTEC』


 また散水装置と異なり、④ロケーション不問・メンテナンス不要でご使用いただける点も強みです。

 外付け熱交換器は室外機外面に設置するためスペースを取らず、騒音や排水も発生しないため、導入場所を選びません。
 防さび加工を施しており、海辺の地域でもご使用いただけます。

 クリーニングもメンテナンスも不要です。(もし粉塵などが発生する環境であれば定期的に放水で洗浄してください)

2-3. 外付け熱交換器のデメリット

 逆に外付け熱交換器を導入するデメリットは以下が挙げられます。

①散水装置よりも導入コストが高額
②購入時のメーカー保証は失効


 外付け熱交換器は①散水装置よりも導入コストが高額となります。これは外付け熱交換器の設置に配管工事を行なうためです。
 (散水量の多くなる現場においては、通年の省エネ効果を加味することで、1.5~2.5年で散水装置よりも総コストが低くなります)


 また配管に手を加える関係から購入時のメーカー保証は失効します。(室外機を改造するわけではありませんが引き渡し時の状況と異なるためです)
 有償修理は引き続き可能ですが、保証期間内の場合はご注意ください。
{参考:『業務用空調機・冷機向け外付け熱交換器「BigCon」|株式会社SHOTEC』

3. 散水装置VS外付け熱交換器~比較まとめ

3-1. 散水装置をお勧めするケース

散水装置VS外付け熱交換器~比較まとめ

 これまでの内容を上表にまとめました。散水装置と外付け熱交換器の長短所を踏まえ、お客様自らが状況に応じて使い分けられるとより良い結果に繋がると考えます。

 まず散水装置をお勧めするケースを以下にまとめます。

・軽度の高圧カット対策の場合
・初期費用をできる限り抑えたい場合
・メーカーやサービス会社の意向を尊重して高圧カットの解決を図る場合

 例えば年に2,3回しか異常停止しないケースで高圧カット対策を考えるのであれば、散水装置で十分とも考えられます。
 また現設備をどこまで使用するか分からないなどの状況下では、初期費用を抑えるため散水装置に軍配が上がります。

 ほかにも現在お付き合いしているサービス会社の意向を尊重するのであれば、散水装置が選択肢として優先されるかと考えます。

3-2. 外付け熱交換器をお勧めするケース

 次に外付け熱交換器をお勧めするケースをまとめます。

・室外機設置場所が散水不可の場合
・ショートサーキットや重度の高圧カット対策の場合
・現機器を数年以上使用する予定、現場の負担を増やしたくない場合

 まず室外機設置場所に水を撒けない場合は外付け熱交換器しか選択肢がありません。
 またショートサーキットや、晴れた夏期は毎日異常停止するようなケースの高圧カットでは、ランニングコストの観点から外付け熱交換器をお勧めします。

 そのほか長く現機器を使用する予定の場合や、現場の負担を増やしたくない(扱いやすい)場合も、外付け熱交換器採用の理由となります。


 長くなりましたがご覧いただきありがとうございました。ご不明な点などございましたら、お問い合わせフォームよりご連絡をお願いいたします

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