ADPI（空気拡散性能係数）

空調設計において、部屋全体を単に冷やしたり暖めたりするだけでなく、「温度のムラがないか」「不快な風（ドラフト）が直接当たらないか」といった気流分布の質が快適性を大きく左右する。このような室内の空気分布性能を定量的に評価するための指標が、ADPI（Air Diffusion Performance Index、空気拡散性能係数）であり、有効ドラフト温度（Effective Draft Temperature、略してEDT）を基にして計算される。

【1】不快感を統合する「有効ドラフト温度（EDT）」

ADPIを理解するために、まず有効ドラフト温度（EDT：Effective Draft Temperature）という概念を知る必要がある。EDT（有効ドラフト温度） は、人体周りの気流移動と空気温度による生理学影響を組み合わせ、室内の各ポイントでの快適さを定量化したものである。

① 冷房時におけるEDT（有効ドラフト温度）

冷却条件では式[1]を用いて計算されるが、Koestel and Tuve（1955）¹[1] Koestel, A., and G.L. Tuve : Performance and evaluation of room air distribution systems. ASHRAE Transactions 61:533, 1955.の論文によると、Rydberg and Norback（1949）²[2] Rydberg, J., and P. Norback : Air distribution and draft, ASHVE Transactions 55:225, 1949.によって提案され、Straub et al. （1956）³[3] Straub, H.E., S.F. Gilman, and S. Konzo : Distribution of air within a room for year-round air conditioning – Part I. University of Illinois Engineering Experiment Station Bulletin 435, 1956.、Straub and Chen（1957）⁴[4] Straub, H.E., and M.M. Chen : Distribution of air within a room for year-round air conditioning – Part II. University of Illinois Engineering Experiment Station Bulletin 442, 1957.によって修正されたと言われている。

{t}_{\textrm{ed}} = ({t}_{\textrm{x}}-{t}_{\textrm{c}})-8.0({v}_{\textrm{x}}-0.15) \; \cdots \; [1]

ここで、t_ed は有効ドラフト温度 [°C]、t_x はx地点における局所空気温度 [°C]、t_c は室内平均温度（又は設定温度） [°C]、v_x はx地点における局所気流速度 [m/s]である。

▶ 数式[1]が持つ物理的な意味 式[1]において、注目すべきは風速（vx）にマイナスの係数（-8.0）がかけられている点である。これは「風速が大きいほど、体感温度が下がる（より涼しく、あるいは寒く感じる）」という物理現象を表している。 つまり、実際の局所温度（tx）が設定温度より少し高くても、適度な気流があれば人間は快適に感じるし、逆に温度が適正でも風が当たりすぎると不快な寒さ（ドラフト）を感じるという人間の複雑な温冷感を一つの式で表現している。

② 暖房時におけるEDT（有効ドラフト温度）

Liu and Novoselac（2015）⁵[5] Liu, S., and A. Novoselac : Air diffusion performance index (ADPI) of diffusers for heating mode. Building and Environment 87:215-223, 2015.は、ASHRAE Standard 55で指定された予想平均温冷感申告（PMV）モデルに基づいて、暖房条件に適した有効ドラフト温度を提案した。暖房された空気の拡散が不十分で、高い垂直温度勾配が発生すると、給気流が停滞し、呼吸領域の許容換気量も確保できなくなる。

{t}_{\textrm{ed}} = ({t}_{\textrm{x}}-{t}_{\textrm{c}})-9.1({v}_{\textrm{x}}-0.15) \; \cdots \; [2]

▶ 数式[2]が持つ物理的な意味 式[2]において、風速（vx）にかけられる係数が（-9.1）と式[1]と比べて大きいのは、人間が暖房時において冷たい風（ドラフト）をより不快に感じやすいという生理学的な特性を反映しているためである。

【2】ADPIの定義と計算方法

EDTを用いて、「空間内のどれくらいの範囲が快適に保たれているか」をパーセンテージ [％]で表したものがADPI（Air Diffusion Performance Index、空気拡散性能係数）である。

① 快適とみなされる条件

居住域内の測定点において、以下の条件を満たす場所は「ドラフトによる不快感がない（=快適である）」と判定される。冷房・暖房で許容される温度範囲が異なる点に注意が必要である。

・冷房時におけるADPI：式[1]によって計算されるEDTが-1.7～+1.1 [°C]の範囲内であるパーセンテージ [%]。

・暖房時におけるADPI：式[2]によって計算されるEDTが-2.2～+2.0 [°C]の範囲内であるパーセンテージ [%]。

・許容気流速度：0.36 m/s以下であること（v_x < 0.36 m/s）。

さらに、暖房時は温かい空気が天井に滞留しやすいため、「垂直温度勾配（上下温度差）が3 K/m未満であること」も快適性の重要な追加条件とされている。

② ADPIの算出

対象となる居住域内の全測定点の内、上記の「快適条件」を満たす点の割合を計算する。

{ADPI} = \left(  \frac{快適条件を満たす測定点の数}{居住域内の全測定点の数}\right)\times 100 \; \cdots \; [2]

【3】実務における目標値

ADPIが何%になれば優秀な空調システムと言えるのか？という疑問に対し、ASHRAEのガイドライン⁶[6] ASHRAE Handbooks 2023 : HVAC Applications – Chapter 58. Room air distribution, 2023.^{, 7}[7] ASHRAE Standard 113-2022 : Method of Testing for Room Air Diffusion, 2022.では、一般的にADPIが80%以上となるような吹出口（ディフューザー）の選定や配置が推奨されている。

[1] Koestel, A., and G.L. Tuve : Performance and evaluation of room air distribution systems. ASHRAE Transactions 61:533, 1955.
[2] Rydberg, J., and P. Norback : Air distribution and draft, ASHVE Transactions 55:225, 1949.
[3] Straub, H.E., S.F. Gilman, and S. Konzo : Distribution of air within a room for year-round air conditioning – Part I. University of Illinois Engineering Experiment Station Bulletin 435, 1956.
[4] Straub, H.E., and M.M. Chen : Distribution of air within a room for year-round air conditioning – Part II. University of Illinois Engineering Experiment Station Bulletin 442, 1957.
[5] Liu, S., and A. Novoselac : Air diffusion performance index (ADPI) of diffusers for heating mode. Building and Environment 87:215-223, 2015.【LINK】
[6] ASHRAE Handbooks 2023 : HVAC Applications – Chapter 58. Room air distribution, 2023.
[7] ASHRAE Standard 113-2022 : Method of Testing for Room Air Diffusion, 2022.

Written by Sihwan Lee
[Associate Professor, Tokyo University of Science]