建築熱・空気環境 2【CT#02】

 ▶ 粉じん対策

1. 分煙対策として喫煙室を設ける場合、禁煙領域と分ける間仕切りが必要であり、禁煙領域から喫煙領域に向かって【 0.2 】m/s以上の気流が必要である。

2. 建築基準法における粉じんの許容濃度は【 0.15 】mg/m³である。

※ 建築基準法では粉じんに関する許容濃度を0.15 mg/m3に設定している。但し、粉じんの粒径は10 μm以下の粉じんとする。 濃度 [mg/m3] 影響 0.025 ~ 0.050 バックグラウンド濃度 0.075 ~ 0.100 多くの人に満足される濃度 0.100 ~ 0.140 視程減少 0.150 ~ 0.200 多くの人に「汚い」と思われる濃度 0.200 以上 多くの人に「全く汚い」と思われる濃度

3. 一般外気用のエアフィルタとしては巻き取り型と【 プレフィルタ 】がある。

※ エアーフィルタの分類は大きく分け、下記のように区分される。 (1) 一般外気用フィルタ  a. プレフィルタ：押さえ金物でろ材を支えたパネル型  b. 巻き取り型：ロール状のろ材を通過させて巻き取る方式 (2) 中性能フィルタ  a. ユニット型：ろ材をユニット型の枠に収めたもの  b. 袋型：袋状にろ材を縫製加工して枠内に連結したもの  c. 電気集塵式：通過粒子を荷電させる電離部と、荷電粒子を電極に引き寄せて捕集する集じん部で構成 (3) 高性能フィルタ  a. HEPAフィルタ：0.3μm粒子の捕集率（計数法）99.97%以上  b. ULPAフィルタ：0.15μm粒子の捕集率（計数法）99.9995%以上

4. 高性能フィルタの粉じん捕集率の試験法には【 計数法 】が用いられる。

※ エアフィルタの性能試験法は大きく分け、下記のように区分される。 (1) 質量法（一般外気用フィルタなど）：フィルタ通過前に散布した粉じん質量と通過後に高性能フィルタで捕集した粉じん質量の差 (2) 比色法（中性能フィルタ）：フィルタ通過前後の空気をろ紙を通して吸引し、ろ紙上の粉じん濃度を比色計でそれぞれ測定 (3) 計数法（高性能フィルタ：フィルタ通過前後の空気を吸引し、光散乱式計数機で粉じん粒子の個数を測定

5. HEPAフィルタとは、【 0.3 】μmの粉じん捕集率が【 99.97 】%以上のものをいう。

※ HEPAフィルタ（High Efficiency Particulate Air Filter）は、日本工業規格「JIS Z 8122：コンタミネーションコントロール用語」によって「定格風量で粒径が0.3 µmの粒子に対して99.97％以上の粒子捕集率をもち、かつ初期圧力損失が245 Pa以下の性能を持つエアフィルタ」と規定されている。

6. 在室者10名を想定した喫煙室の粉じん濃度を許容濃度以下に保つのに必要な換気量を求めよ。但し、タバコ1本あたりの発じん量は10 mg、喫煙者一人あたりの喫煙頻度は毎時3本、外気の粉じん濃度は0 mg/m³とする。

※ この問題は、下記に示す粉じんの質量収支式を用いて計算する。 \def\arraystretch{2.0}\begin{array}{cc}\begin{aligned} Q & = \frac{M}{(C_{\mathrm{i}}-C_{\mathrm{o}})} \\\ &= \frac{10 \times 3 \times 10}{0.15-0.00}\end{aligned}\end{array} \def\arraystretch{1.0}\begin{array}{cc}\begin{aligned} \therefore \; Q = 2,000 \; [\mathrm{m^{3}/h}]\end{aligned}\end{array}

7. 取り入れ外気量600 m³/h、外気濃度0.2 mg/m³、プレフィルタの粉じん捕集率60%の条件で1,000 m³/hの吹き出し風量で換気を行っている室がある。室の発じん量を120 mg/hとした場合に、室の粉じん濃度を許容の濃度に保つの要する主フィルタの粉じん捕集率を求めなさい。

※ この問題は、プレフィルタの粉じん通過率をPf、主フィルタの粉じん通過率をPとして扱い、下記に示すフィルタを用いた粉じんの質量収支式を用いて計算する。 (1) プレフィルタの粉じん通過率 \def\arraystretch{1.0}\begin{array}{cc}\begin{aligned} P_{\mathrm{f}} = 1-\eta_{\mathrm{f}} = 0.4 \end{aligned}\end{array} (2) 主フィルタの粉じん通過率 \def\arraystretch{1.0}\begin{array}{cc}\begin{aligned} P = 1-\eta \end{aligned}\end{array} (3) フィルタを用いた粉じんの質量収支式 \def\arraystretch{1.0}\begin{array}{cc}\begin{aligned} (C_{\mathrm{o}}Q_{\mathrm{o}}P_{\mathrm{f}}+CRQ) \cdot P = CQ-M \end{aligned}\end{array} (4) 計算過程 \def\arraystretch{2.0}\begin{array}{cc}\begin{aligned} P &= \frac{CQ-M}{C_{\mathrm{o}}Q_{\mathrm{o}}P_{\mathrm{f}}+CRQ} \\\ &= \frac{0.15 \cdot 1,000 - 120}{0.2 \cdot 600 \cdot 0.4 + 0.15 \cdot 400} \\\ &\approx 0.277\end{aligned}\end{array} \def\arraystretch{1.0}\begin{array}{cc}\begin{aligned}\therefore \; \eta = 1-0.277≒0.72 \; [-]\end{aligned}\end{array}

[例題1] 在室者2人が、それぞれ毎時0.5本ずつ喫煙する場合に、室の粉じん濃度を0.15 mg/m³に維持するのに要する必要換気量を求めなさい。ただし、たばこ一本あたりの発じん量は15 mg、外気の粉じん濃度は0.0 mg/m³としなさい。

※ この問題は、下記に示す粉じんの質量収支式を用いて計算する。 \def\arraystretch{2.0}\begin{array}{cc}\begin{aligned} Q & = \frac{M}{C_{\mathrm{i}}-C_{\mathrm{o}}} \\\ &= \frac{2 \times 0.5 \times 15}{0.15-0.00}\end{aligned}\end{array} \def\arraystretch{1.0}\begin{array}{cc}\begin{aligned} \therefore \; Q = 100 \; [\mathrm{m^{3}/h}]\end{aligned}\end{array}

[例題2] C_o＝0.2 mg/m³で、Q_o＝1,000 m³/h、η_f＝0.5とする。Q＝2,000 m³/hでM＝200 mg/hとする。室内粉じん濃度をC＝0.15 mg/m³とすると主フィルタの粉じん捕集率はいくらか。一方、主フィルタの粉じん捕集率を0.8とすると室内粉じん濃度はいくらとなるか。

※ この問題は、プレフィルタの粉じん通過率をPf、主フィルタの粉じん通過率をPとして扱い、下記に示すフィルタを用いた粉じんの質量収支式を用いて計算する。 (1) プレフィルタの粉じん通過率 \def\arraystretch{1.0}\begin{array}{cc}\begin{aligned} P_{\mathrm{f}} = 1-\eta_{\mathrm{f}} = 0.5 \end{aligned}\end{array} (2) 主フィルタの粉じん通過率 \def\arraystretch{1.0}\begin{array}{cc}\begin{aligned} P = 1-\eta \end{aligned}\end{array} (3) フィルタを用いた粉じんの質量収支式 \def\arraystretch{1.0}\begin{array}{cc}\begin{aligned} (C_{\mathrm{o}}Q_{\mathrm{o}}P_{\mathrm{f}}+CRQ) \cdot P = CQ-M \end{aligned}\end{array} (4) 計算過程 \def\arraystretch{2.0}\begin{array}{cc}\begin{aligned} P &= \frac{CQ-M}{C_{\mathrm{o}}Q_{\mathrm{o}}P_{\mathrm{f}}+CRQ} \\\ &= \frac{0.15 \cdot 2,000 - 200}{0.2 \cdot 1,000 \cdot 0.5 + 0.15 \cdot 1,000}\\\ &\approx 0.4 \end{aligned}\end{array} \def\arraystretch{1.0}\begin{array}{cc}\begin{aligned}\therefore \; \eta = 1-0.4≒0.6 \; [-]\end{aligned}\end{array} (5) 主フィルタの粉じん捕集率 ηを0.8とすると Pは0.2となり、室内粉じん濃度 Cは下式によって求められる。 \def\arraystretch{2.0}\begin{array}{cc}\begin{aligned} C &= \frac{M+C_{\mathrm{o}}Q_{\mathrm{o}}P_{\mathrm{f}}P}{Q-PRQ} \\\ &= \frac{200+0.2 \cdot 1,000 \cdot 0.5 \cdot 0.2}{2,000 -0.2 \cdot 1,000}\\\ &\approx 0.122 \end{aligned}\end{array} \def\arraystretch{1.0}\begin{array}{cc}\begin{aligned}\therefore \; C = 0.122 \; [\mathrm{mg/m^{3}}]\end{aligned}\end{array}

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