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「空気調和機に使用する中性能フィルタの性能確認」共同研究報告書
「空気調和機に使用する中性能フィルタの性能確認」共同研究報告書 ～空調設備の運用及びライフサイクル CO2 削減で、地球温暖化防止を目指して～ 平成２３年３月１５日 ［財］東京都環境整備公社 東京都環境科学研究所 株式会社ユニパック 近藤工業株式会社 目次 １．件名・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・pg.4 ２．共同研究の目的・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・pg.4 ３．研究内容・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・pg.5 ・ フィルタ性能検証と洗浄回復検証 ・ フィルタ洗浄における殺菌効果の検証 ・ 低圧損による省エネルギー効果の検証 (フィールド試験) ・ LC(CO2)の検証 ４．研究期間・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・pg.5 ５．研究成果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・pg.5 ～ pg.55 5.1 フィルタ性能検証と洗浄回復検証試験・・・・・・ pg.5 ～ pg.16 5.1.1 目的 5.1.2 供試フィルタ 5.1.3 試験項目及び方法 5.1.4 検証結果 5.1.5 考察 5.2 フィルタ洗浄における殺菌効果の検証・・・・・・ pg.17 ～ pg.25 5.2.1 目的 5.2.2 試験機関 5.2.3 評価工程 5.2.4 試験期間 5.2.5 検討項目 5.2.6 評価方法 5.2.7 結果 5.2.8 考察 pg. 2 5.3 フィールド試験・・・・・・・・・・・・・・・・ pg.26～ pg.41 5.3.1 目的 5.3.2 試験装置 5.3.3 試験方法 5.3.4 風量確認試験 5.3.5 測定結果 5.3.6 ファン動力（データ解析に基づくファン動力方程式） 5.3.7 省エネ試算（従来型フィルタと洗浄可能型フィルタの比較） 5.3.8 ポテンシャルの検討 5.3.9 考察 5.4 LC(CO2)の検証・・・・・・・・・・・・・・・ pg.42～ pg.54 5.4.1 目的 5.4.2 算定対象フィルタ 5.4.3 算定方法 5.4.4 算定結果 5.4.5 運用モデルにおける CO2 排出量 5.4.6 フィルタ処理時における回収エネルギー 5.4.7 考察 ６．まとめ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ pg.55～ pg.57 参考文献・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ pg.58 pg. 3 １．件名 「空気調和機に使用する中性能フィルタの性能確認」共同研究報告書 ～空調設備の運用及びライフサイクル CO2 削減で、地球温暖化防止を目指して ２．共同研究の目的 地球温暖化防止対策は、国や東京都を中心に削減目標を明確にし、強力に進められている。とりわけ、民 生部門の中の事業所建築物の CO2 排出量の増加が際立っており、その削減対策が喫緊の課題となっている。 その中でも空調設備の CO2 排出量は、ビル全体の排出量に占めるウエイトも大きく、熱源機器はもとより換気 システムも CO2 削減の対策が求められている。一般ビルに使われる空調用フィルタは、「建築物における衛生 的環境の確保に関する法律」（通称：ビル衛生管理法）により 3,000 ㎡以上の建築物において室内空気の CO2 濃度や、単位容積に含まれる粉じんの重量で規定している。このためオフィスで働く人の健康を維持するため に粒子捕集率の高いフィルタ（中性能フィルタ）が多用されるようになった。 中性能フィルタの使用現状は、通常１年間使用した後使い捨てとなっており、廃棄物増大の一因ともなって いる。ゼロエミッション対応としてビル用のフィルタに対しても解決策が求められている。 このようなニーズに対応する目的で洗浄可能型フィルタが近年複数社により開発された。再生可能な洗浄可 能型フィルタについては、フィルタの基本的性能はもとより、衛生上の課題など確認する必要がある。特に洗浄 可能型フィルタ（プレ・メイン一体）は、運転由来の CO2 削減効果及び LC（CO2）削減効果が見込めることから、 洗浄後の性能回復について検証試験を行い、製造から運用、廃棄に至るまでの二酸化炭素排出量の計算手 法 LC(CO2)について検証・考察し、洗浄可能型フィルタの有効性を確認することを当共同研究の目的とする。 本年３月１１日に発生した、東日本大震災は、津波による大災害に加えて、福島第１原子力発電所が被災し、 原子炉が危機状態に陥った。その結果、大幅な電力不足が発生し、計画停電が経済活動や交通手段など国 民生活に大きな影響を与える結果となった。このことは、当面この夏の電力をどのように対処するかという大きな 課題を突き付けている。当然節電や省エネの推進は、喫緊の課題である。 一般ビルにおいても、エネルギー消費の半分近くを占める空調用エネルギーの節約は重要である。熱源機 器の省エネ対策は当然であるが、空気調和機はフィルタの圧力損失を少なくすることにより熱搬送動力を大幅 に削減できる可能性を有している。 本委託研究では、低圧力損失のフィルタによる実験も目的の一つである。その結果、軸動力の低減効果が 確認され、省エネに大きく寄与すると期待される。 －ビル衛生管理法 空気環境の管理基準値－ 項目 管理基準値 3 1 浮遊粉じん 0.15mg/m 以下 2 二酸化炭素 1,000ppm 以下 3 一酸化炭素 10ppm 以下 4 温度 17 度以上 28 度以下 ※冷房時、外気温との差を著しくしない 5 相対湿度 40％以上 70％以下 6 気流 0.5m/秒以下 7 ホルムアルデヒド 0.1mg/m3 以下 （0.08ppm 以下） －折り込み型エアフィルタの性能 （東京都機械設備工事標準仕様書）－ 形式 高性能 パネル型 標準型 薄型 標準型 薄型 厚さ [ｍｍ以下] 300 150 300 150 - 面風速 [m/s] 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 初期圧力損失 [Pa 以下] 140 100 170 130 120 最終圧力損失 [Pa 以下] 280 200 340 260 240 60 60 90 90 50 1100 440 900 350 615 ※ 粒子捕集率 [％以上] 単位面積粉じん保持容量 [g/㎡以上] ※ 中性能 平均粒子捕集率 プレフィルタ 中性能・高性能フィルタ…比色法又は光散乱積算法、パネル型プレフィルタ…質量法 pg. 4 ３．研究内容 ・ フィルタ性能検証と洗浄回復検証 ・ フィルタ洗浄における殺菌効果の検証 ・ 低圧損による省エネルギー効果の検証(フィールド試験) ・ LC(CO2)の検証 ４．研究期間 第一期：平成 22 年 1 月 8 日から平成 22 年 3 月 24 日まで 第二期：平成 22 年 8 月 9 日から平成 23 年 3 月 15 日まで ５．研究成果 5.1 フィルタ性能検証と洗浄回復検証 5.1.1 目的 フィルタ洗浄という再生手段において、洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）が有する性能を維持し(構 造的要因含む)、性能が回復されることを検証する。 ビル空調用に使用される中性能フィルタ及びプレフィルタの性能については東京都機械設備工事標準 仕様書（4 頁表）に示した通り、主に定格処理風量における圧力損失，粒子捕集率及び粉じん保持容量の 値を定めている。 上記に加え、構造的な変形有無を確認するために寸法測定も行い、洗浄再生を繰り返し行ってもこれら の性能が維持されるかを検証する。 5.1.2 供試フィルタ 名称 ： 洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）(型式：CM-56-60F) サイズ ： 600ｍｍ×600ｍｍ×150ｍｍ 定格流量 ： 56m3/min 平均粒子捕集率 ： 60％以上(JIS B 9908 形式 2 比色法) 初期圧力損失 ： 110Pa 以下 最終圧力損失 ： 280Pa 5.1.3 試験項目及び方法 （1）試験項目 ① 圧力損失及び圧力損失回復率 圧力損失は、フィルタに風を流すのに必要な動力に影響を与え、フィルタ上流側と下流側の静圧差で ある。洗浄再生を繰返しても、使用時にフィルタに付着したじん埃を洗浄工程で落とせ、静圧差が増幅 していないかを測定する。 東京都機械設備工事標準仕様書（4 頁表）の中性能薄型 100Pa とパネル型プレフィルタ 120Pa を併せ た 220Pa 以下となること及びメーカ仕様値 110Pa 以下となることを確認する。 また、空気清浄協会委員会報告“中高性能エアフィルタの洗浄再使用に関する研究会” 1)により定め られた圧力損失回復率算定式（後述 （2）式）より、90％以上の回復率が維持されるか確認する。 ② 平均粒子捕集率 粒子捕集率はフィルタがじん埃を除去する能力である。捕集率が高いほど高性能となり、フィルタ性能 を確認する指標となる。試験用ダスト(JIS-11 種) を一定の濃度でフィルタに供給し、粉じん濃度計によ ってフィルタ上流側濃度と下流側濃度を測定し求めるものである。 pg. 5 東京都機械設備工事標準仕様書（4 頁表）にはプレフィルタ、メインフィルタそれぞれの値が示されて おり、洗浄型フィルタのプレ・メイン一体タイプの仕様は定められていないが、メーカ仕様値である平均 粒子捕集率 60％以上を維持できていることを確認する。 ③ フィルタ重量及び粉じん保持容量 粉じん保持容量はフィルタが初期圧力損失から最終圧力損失までの間に捕集(保持)したじん埃の量 である。試験用ダスト(JIS-15 種 表 5.1.3-1）を一定濃度でフィルタに供給し、フィルタ圧力損失を増大さ せる。 東京都機械設備工事標準仕様書（4 頁表）にはプレフィルタ、メインフィルタそれぞれの値が示されて おり、洗浄型フィルタのプレ・メイン一体タイプの仕様は定められていないが、メーカ仕様値 800g/m2 以 上であることを確認する。 ④ 寸法測定 寸法公差等の基準は特に定められていないが、構造的に洗浄再生に耐えうる素材及び構造かを確 認する。 (2)試験方法 JIS B 9908-2001“換気用エアフィルタユニット・換気用電気集じん器の性能試験方法”の形式 2（比色 法）に準拠して、日本ケンブリッジフィルター(株)の所有する大型水平性能試験装置により試験項目①～ ③の圧力損失測定、粒子捕集率測定及び粉じん保持容量の測定を行う。 上記試験は、計 10 回繰り返し行い、その間に 9 回のフィルタ洗浄を行う。 その後、各性能試験開始前に金直尺にて④供試フィルタの寸法測定を行う。 （2）-1 ①～③の圧力損失測定、粒子捕集率測定及び粉じん保持容量について ～JIS B 9908 形式 2 比色法 手順 1）フィルタに定格流量を流す。定格流量は、本研究では 56m3/min。 手順 2）フィルタの上流側より試験用ダスト(JIS-11 種)を 3±2mg/m3 の濃度で供給し、粉じん濃度計(じん埃 計)によってフィルタ上流側濃度と下流側濃度を測定する。 粒子捕集率は，(１)式により算出する。 じん埃計） 吸引ポンプにより濾紙上に粉じんを採取し、その濾紙の光学 E＝(１－C2/C１)×100 …(1) 密度を JIS Z 8813 に規定する吸光光度測定法によって測定 し、測定された光学密度を粉じん濃度とする。 E：粒子捕集率（％） C1：フィルタの上流側粉じん濃度 C2：フィルタの下流側粉じん濃度 OD ＝ －log（Ｉ/Ｉo） OＤ：光学密度「Optical Density」 Ｉo Ｉ ：粉じん採取前の濾紙の透過光の強さ ：粉じん採取後の濾紙の透過光の強さ 手順 3）粒子捕集率測定後、試験用ダスト(JIS-11 種)の供給を停止する。 「試験用ダスト JIS-11 種」：関東ローム 中位径の範囲：1.6～2.3μｍ 手順 4）試験用ダスト(JIS-15 種）を 70±30mg/m3 で供給し、フィルタ圧力損失を増大させる。 pg. 6 表 5.1.3-1 試験用ダスト JIS-15 種 混合ダスト成分割合 粒径分布 混合ダスト 質量百分率 [％] 粒径 [μｍ] ふるい上 [％] 5 10 20 30 40 74 61±5 43±3 27±3 15±3 9±3 3 以下 試験用ダスト 8 種 （関東ローム） 72 試験用ダスト 12 種 （カーボンブラック） 23 0.03～0.2μｍ コットンリンタ 5 直径約 1.5μｍ，長さ 1mm 以下 ＜①圧力損失回復率算定式＞ 洗浄後、日本ケンブリッジフィルター(株) 開発部の所有する大型水平性能試験装置（図 5.1.3-2 にて 測定する。 新品フィルタの圧力損失をもとに洗浄後の圧力損失を以下圧力損失回復率の計算式にて求める。 空気清浄協会委員会報告“中高性能エアフィルタの洗浄再使用に関する研究会”※1 による下記（2）式を 用いる。 圧力損失回復率= ( 1－ 洗浄後圧力損失値｢実測値｣－初期圧力損失値｢新品実測値｣ 最終圧力損失値｢カタログ値｣－初期圧力損失値｢新品実測値｣ ) ×100 …(2) ＜②平均粒子捕集率算定式＞ 平均粒子捕集率は、フィルタの初期圧力損失から最終圧力損失まで 2）～4）を繰り返し、数点の圧 力損失時における粒子捕集率を測定し、(3)式により求める。 Ｅave.＝｛W1(E1+E2)+W2(E2+E3)+ … Wn-1(En-1+En)｝/2W …（3) （供給した粉じん量による加重平均値） Ｅave. W W1 Wn E1 En ：平均粒子捕集率 [％] ：全供給粉じん量 [ｇ] ：１回目と 2 回目の間に供給した粉じん量 [ｇ] ：n-1 回目と n 回目の間に供給した粉じん量 [ｇ] ：１回目に測定された捕集効率値 [％] ：n 回目に測定された捕集効率値 [％] pg. 7 粒子捕集率（ ％） Ｅｎ Ｅ１ Ｅ２ Ｅ３ Ｗ１ Ｗｎ-1 Ｗ２ 初期圧力損失 最終圧力損失 圧力損失（Ｐａ） 図 5.1.3-1 粒子捕集率の測定方法 ＜③粉じん保持容量の求め方＞ フィルタの粉じん保持容量は、通常フィルタの圧力損失が最終圧力損失に達するまでに保持した 粉じん量で表す。 粉じん保持容量試験は前項の平均粒子捕集率試験と同時に行い、(4)式により求める。 Ｗc＝Wc1－Wc2 …（4) Ｗc ：粉じん保持容量 [ｇ/ユニット] Wc1 ：粉じん保持容量試験終了時のフィルタユニットの重量 [ｇ] Wc2 ：粉じん保持容量試験開始時のフィルタユニットの重量 [ｇ] ＜試験装置＞ 日本ケンブリッジフィルター(株)が所有する大型水平性能試験装置は、下記の規格に準拠して いる。 構 造 ： JIS B 9908 “換気用エアフィルタユニット・換気用電気集じん器の性能試験方法” JIS B 8330“送風機の試験及び検査方法” 流量系統 ： JIS Z 8762“絞り機構による流量測定方法” また試験で扱う試験粉体は、JIS Z 8901“試験用ダスト”に使用されているもの粉体 を使用。 pg. 8 JIS-15種発生器 ｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞ箇所 流量測定部 供試フィルタ JIS-11種発生器 比色計 図 5.1.3-2 大型水平性能試験装置 （2）-2 フィルタ洗浄方法について フィルタの洗浄は、環境配慮の観点より洗剤を使わない手法を模索し、アインズ・ERC 株式会社の洗浄ラ インを使用した。 本研究では、フィルタを専用の槽に浸漬させた状態で、槽にマイクロバブルを含むランダムなサイズのバ ブルを充填し、その水流とキャビテーション効果でじん挨を除去する洗浄方式を検討した。 …手動によるシャワー洗浄 予備洗浄 …ランダムバブル洗浄 洗浄1 （水流形成による脱塵埃の分離） …ランダムバブル洗浄及びリンシング 洗浄2 （水流形成による脱塵埃の分離） オゾン殺菌洗浄 …オゾン水による殺菌洗浄 （浸漬） 脱水 …遠心分離機による脱水 乾燥 …乾燥装置内にて温風乾燥 図 5.1.3-3 フィルタ洗浄工程 pg. 9 5.1.4 検証結果 ①圧力損失及び圧力損失回復率 新品から洗浄 9 回後の初期圧力損失及び圧力損失回復率結果を表 5.1.4-1、図 5.1.4-1 及び図 5.1.4-2 に示す。 表 5.1.4-1 初期圧力損失及び圧力損失回復率結果 試験日 洗浄回数 圧力損失 [Pa] 圧力損失 回復率 [％] 2010年1月18日 新品 94 － 2010年1月25日 洗浄1回目品 98 97.8 2010年2月1日 洗浄2回目品 101 96.2 2010年2月15日 洗浄3回目品 101 96.2 2010年3月1日 洗浄4回目品 101 96.2 2010年3月11日 洗浄5回目品 104 94.6 2010年11月15日 洗浄6回目品 104 94.6 2010年11月18日 洗浄7回目品 104 94.6 2010年11月22日 洗浄8回目品 105 94.1 2010年11月25日 洗浄9回目品 105 94.1 東京都機械設備工事標準仕様書 ： 中性能+プレ=2 20 Pa 250 圧力損失 [Pa] 200 150 メーカ仕様値 ：110Pa 100 94 98 101 101 101 104 104 104 105 105 50 図 5.1.4-1 初期圧力損失の変化 pg. 10 9 洗浄回数 [回] 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 圧力損失回復率 [％] 150 100 100 97.8 96.2 96.2 96.2 94.6 94.6 94.6 94.1 94.1 空気清浄協会規定値：90％ 50 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 洗浄回数 [回] 図 5.1.4-2 圧力損失回復率の変化 ②平均粒子捕集率 新品から洗浄 9 回後の平均捕集率測定結果を表 5.1.4-2、図 5.1.4-3 に示す。 表 5.1.4-2 平均粒子捕集率結果 ※ 試験日 洗浄回数 平均粒子捕集率 [％] 2010年1月18日 新品 72.9 2010年1月25日 洗浄1回目品 74.6 2010年2月1日 洗浄2回目品 76.7 2010年2月15日 洗浄3回目品 75.1 2010年3月1日 洗浄4回目品 74.3 2010年3月11日 洗浄5回目品 73.7 2010年11月15日 洗浄6回目品 78.0 2010年11月18日 洗浄7回目品 - ※ 2010年11月22日 洗浄8回目品 - ※ 2010年11月25日 洗浄9回目品 74.7 洗浄 7、8 回目品は粉じん負荷のみを実施し、粒子捕集率の測定は未実施 pg. 11 100 90 平均捕集率 [％] 78.0 76.7 75.1 74.3 73.7 80 72.9 74.6 74.7 70 60 50 40 東京都機械設備工事標準仕様書 メイン：60％（比色法又は光散乱積算法） プレ：50％（質量法） 30 20 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 洗浄回数 [回] 図 5.1.4-3 平均粒子捕集率の変化 ここで東京都機械設備工事標準仕様書（4 頁表）の粒子捕集率（平均粒子捕集率）は中性能フィルタ 60％、パネル型プレフィルタ 50％と定められている。本製品はプレ・メイン一体型であり、この数値と単純 に比較できるものではないため、参考までに洗浄型メインフィルタ及び洗浄型プレフィルタそれぞれの平 均粒子捕集率測定データを表 5.1.4-3 に示す。 表 5.1.4-3 プレフィルタ及びメインフィルタの平均粒子捕集率 平均粒子捕集率 プレフィルタ （質量法） メインフィルタ （比色法） 78.8％ 77.1％ pg. 12 ③フィルタ重量及び粉じん保持容量 新品から洗浄 9 回後のフィルタ重量及び粉じん保持容量結果を表 5.1.4-4、図 5.1.4-4 から図 5.1.4-5 に示す。 表 5.1.4-4 粉じん保持容量結果 フィルタ重量 試験日 洗浄回数 粉塵保持容量 2 試験前 [g] ① 試験後 [g] ② [g] （②-①） [g/m ] （②-①）/600mm×600mm 2010年1月18日 新品 3405 3787 382 1061 2010年1月25日 洗浄1回目品 3420 3790 370 1028 2010年2月1日 洗浄2回目品 3440 3795 355 986 2010年2月15日 洗浄3回目品 3435 3801 366 1017 2010年3月1日 洗浄4回目品 3440 3805 365 1014 2010年3月11日 洗浄5回目品 3446 3798 352 978 2010年11月15日 洗浄6回目品 3435 3785 350 972 2010年11月18日 洗浄7回目品 3440 3777 337 936 2010年11月22日 洗浄8回目品 3447 3782 335 931 2010年11月25日 洗浄9回目品 3460 3797 337 936 3500 3,460 3,440 3,435 3,440 フィルタ重量 [ｇ] 3450 3,446 3,435 3,440 3,447 3,420 3,405 3400 3350 pg. 13 9 図 5.1.4-4 5.1.3-6 フィルタ重量の変化 フィルタ重量の変化 図 8 洗浄回数 [回] 7 6 5 4 3 2 1 0 3300 400 粉じん保持容量 [ｇ/枚] 382 380 367 360 347 352 347 352 341 347 340 340 327 320 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 300 洗浄回数 [回] 図 5.1.4-5（1） フィルタ 1 枚当たりの粉じん保持容量の変化 粉じん保持容量 [ｇ/m2] 1400 1200 東京都機械設備工事標準仕様書：1,055g/m 2 以上 1000 1061 1019 964 978 964 947 978 964 944 800 908 600 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 400 洗浄回数 [回] 図 5.1.4-5（2） 単位面積当たりの粉じん保持容量の変化 ここで東京都機械設備工事標準仕様書（4 頁表）の単位面積粉じん保持容量は中性能フィルタ 440g/m2、パネル型プレフィルタ 615g/m2 と定められている。この数値を合算すると 1,055g/m2 となるが、 中性能フィルタとプレフィルタの試験方法は異なり、単純に合算したものが洗浄型フィルタ（プレ・メイン 一体）の指標になるとは言えない。 最も粉じん保持容量の少なかった洗浄 9 回後の 908g/m2 でも仕様書値の約 85％を保持しており、問 題ない値である。 pg. 14 ④寸法測定 図 5.1.4-6 に寸法測定ポイントを示し、新品から洗浄 9 回後のフィルタ寸法測定結果を表 5.1.4-5 に示 す。 図 5.1.4-6 寸法測定ポイント 表 5.1.4-5 寸法測定結果 単位： mm 洗浄回数 横1 横2 縦 対角1 対角2 新品 597.0 597.0 599.0 843.0 849.5 洗浄1回目品 597.0 597.0 599.0 843.0 849.5 洗浄2回目品 597.0 597.0 599.0 843.0 849.5 洗浄3回目品 597.0 597.0 599.0 843.0 849.5 洗浄4回目品 597.0 597.0 599.0 843.0 849.5 洗浄5回目品 597.0 597.0 599.0 843.0 849.5 洗浄6回目品 597.0 597.0 598.5 843.0 849.5 洗浄7回目品 597.0 597.0 598.5 843.0 848.5 洗浄8回目品 597.0 597.0 598.5 843.0 848.5 洗浄9回目品 597.0 597.0 598.5 843.0 848.5 pg. 15 5.1.5 考察 JIS B 9908-2001 形式 2（比色法)に基づき行ったフィルタ性能試験（間に 9 回のフィルタ洗浄を含む）の繰り返し 検証では下記のことが確認及び推測された。 ① 圧力損失及び圧力損失回復率 洗浄後の圧力損失回復率は、日本空気清浄協会（JACA）委員会報告“中高性能エアフィルタの洗浄再 使用に関する研究会”にて協議された 90％以上という判定値を満足する内容であった。 洗浄 9 回目のフィルタにおいても 94.1％の回復率が得られている。 ② 平均粒子捕集率 東京都機械設備工事標準仕様書（4 頁表）で定める中性能フィルタの平均粒子捕集率は、中性能フィル タ 60％、パネル型プレフィルタ 50％以上を維持することとされている。 洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）は、初期（新品)から洗浄 9 回目までの繰り返し検証において平均 粒子捕集率 70%以上を維持することが確認された（メーカ仕様値は 60％以上）。 フィルタ洗浄を 9 回行った後でもフィルタの捕集性能が維持される結果を得た。 洗浄 7，8 回目品は、粉じん負荷のみを実施し，粒子捕集率の測定は未実施。 ③ 粉じん保持容量及びフィルタ重量 フィルタ洗浄を繰り返し行う毎に、フィルタ重量が増加する傾向にあることが推測された。洗浄 9 回後では、 約 55g 増加（初期と比較して 1.6％増）となったが、これは、洗浄や通風では離脱しないサブミクロン粒子によ る影響と推測される。 フィルタ洗浄を繰り返し行う毎に、粉じん保持容量が減少（試験ばらつきはあるものの）する傾向が見られ た。これはサブミクロン粒子の残留が影響しているものと推測される。 フィルタ洗浄を 9 回行った後でもメーカ仕様値 800g/m2 を満足する結果であった。 ④ 寸法測定 9 回 洗浄後のフィルタ寸法測定では、新品時と比較しても差がなく、洗浄に耐えうる十分な強度を有して いる。 pg. 16 5.2 フィルタ洗浄における殺菌効果の検証 5.2.1 目的 フィルタ上の各種微生物に対してオゾン水の殺菌性能を確認すること、ならびにオゾン水を用いフィルタ 洗浄装置の実機による殺菌性能を検証することを目的とした。 5.2.2 試験機関 名称：財団法人北里環境科学センター 所在地：〒252-0329 神奈川県相模原市南区北里 1-15-1 担当者：微生物部バイオ技術課 5.2.3 評価工程 名称：アインズ・ERC 社 所在地：〒329-1233 栃木県塩谷郡高根沢町大字宝積寺 2316-21 5.2.4 試験期間 平成 22 年 8 月 20 日～平成 23 年 2 月 28 日 5.2.5 検討項目 (1) オゾン水による殺菌効果測定 (2) 使用済みフィルタのオゾン水シャワーによる殺菌効果測定 (3) 使用済みフィルタのオゾン水浸漬による殺菌効果測定 (4) 洗浄装置によるフィルタ再生能の検討 (5) 再生フィルタの清浄度確認 5.2.6 評価方法 (1) オゾン水による殺菌効果測定 ①試験品 オゾン水発生器 HOW-2005(ハマネツ)を当センター水道水蛇口に直結して使用した。 ②試験片 フィルタを構成するメインフィルタとプレフィルタの 2 種類をそれぞれ 5×5cm に切り出したものを試験片とし た。 ③試験菌 空気環境中に存在し、フィルタに付着する可能性が高い細菌 2 種と真菌（かびおよび酵母）3 種の計 5 菌 種を対象とした。 以下に試験菌名を示す。 ・Staphylococcus aureus NBRC 12732 (黄色ぶどう球菌) 院内感染症指標菌 ・Bacillus subtilis IFO3134 (枯草菌：芽胞) ・Aspergillus niger NBRC 6341 (クロコウジカビ) ・Penicillium citrinum NBRC 6352 (アオカビ) ・Rhodotorula mucilaginosa NBRC909 (赤色酵母) ④試験条件 作用時間 ； 1 分、3 分 オゾン濃度；4 ppm pg. 17 ⑤試験方法 ＜試験菌液の調製＞ 凍結保存された菌株を前培養し、発育した集落をかき取り約10６CFU/ mLに調製したものを試験菌液と した。各試験菌の培養条件を表5.2.6-1に示した。 ＜試験片の前処理＞ 前処理は洗浄後のフィルタを想定し、各試験片を滅菌イオン交換水に浸漬して湿らせた。メインフィル タは親水性にするために、0.05％ポリソルベート80溶液に浸漬後、滅菌イオン交換水に浸漬させた。 ＜殺菌性能評価試験＞ 前処理を行った各試験片に試験菌液0.05 mLを接種したものを試験に使用した。約5 ppmのオゾン水を シャワー水として試験片に所定時間作用させた。所定時間作用後の試験片をSCDLPブイヨン培地10 mLに 入れて、試験片に残存したオゾン水を不活性化した。この液を試料原液として菌数を測定した。 ＜菌数測定＞ 試料原液を希釈液で10倍段階希釈し、試料原液または希釈液の各1 mLを無菌的にシャーレに移し、寒 天培地約20 mLと混合して所定の条件で培養した。培養後の発育集落を数えて、試験液 1 mL あたりの試 験菌数を求めた。 ＜オゾン濃度測定＞ オゾン濃度測定にはポータブル溶存オゾン計（アプリクス社製，型式 OM-101P-30）を用いた。 （アインズ・ERC 株式会社測定） 表 5.2.6-1 各試験菌の培養条件 試験菌 前培養条件 Staphylococcus aureus Tryptic Soy Agar （Difco、以下TSA） 36℃,24時間 Bacillus subtilis 自家調製 芽胞液 Aspergillus niger ポテトデキストロース 寒天培地 （日水製薬,以下PDA） 27℃,1週間 Penicillium citrinum PDA 27℃,2週間 Rhodotorula mucilaginosa PDA 27℃,3日間 菌液調製液 菌数測定条件 希釈液 滅菌イオン交換水 TSA 36℃,48時間 （混釈法） 滅菌 生理食塩液 0.005％ エーロゾルOT溶液 PDA 27℃,1週間 （混釈法） 滅菌イオン交換水 pg. 18 0.005％ エーロゾルOT 加生理食塩液 滅菌 生理食塩液 （2） 使用済みフィルタのオゾン水シャワーによる殺菌効果測定 実使用後のフィルタ 10 枚を用意し、洗浄装置による各工程における菌数の増減を調べた。バブル洗浄 後の工程は、オゾン水シャワーによる方法とし、シャワーの直接あたる上面部分は、プレフィルタ側 5 枚、メイ ンフィルタ側 5 枚に設置した。 フィルタ(600mm×600mm×150mm)全体の付着菌数を把握するために、フィルタユニット全体から洗い出 して菌を回収する方法を用いた。洗浄装置内の水槽（約 1,200Ｌ容量）に井戸水を満たし、各工程処理後の フィルタ 10 枚を浸漬して、付着菌を洗浄水中に洗い出した。 洗い出し後の液を 200 mL 採取菌数を測定した。菌数測定条件は、TSA 培地を使用、36℃で 7 日間培養 とした。 （3） 使用済みフィルタユニットのオゾン水浸漬による殺菌効果測定 オゾン水シャワーによる殺菌工程では、作業環境の空気中に気化したオゾンガスに作業者が暴露される ため、環境の改善が必要である。そこで、オゾンが空気中に漏れることが少ない殺菌方法としてフィルタをオ ゾン水に浸漬する方法についても検討した。 試験方法は、フィルタをオゾン水槽に浸漬する方法に変更した他は、上記（2）項の条件と同様とした。 （4） 洗浄装置によるフィルタ再生能の検討 水資源を節約する目的で洗浄水を再利用し、多数のフィルタユニットを洗浄した場合の影響について検 討した。 水槽に満たした洗浄水を再利用し、最大 100 枚のフィルタユニットを洗浄した場合の殺菌効果を測定し た。 （5） 再生フィルタの清浄度確認 オゾン水洗浄によるフィルタの清浄度を確認するため、オゾン水シャワー殺菌、乾燥工程終了後のフィ ルタ表面の一部を滅菌プースで拭き取り、残存菌数を測定した。測定対象は、一般細菌と真菌とした。 5.2.7 結果 （1） オゾン水による殺菌効果測定 メインフィルタ、プレフィルタそれぞれの結果を図 5.2.7-1 および 5.2.7-2 に示した。実験では、実装置を 想定した水量とシャワー方式の装置を用いた。フィルタ試験片に対し、3 分間オゾン水をシャワーした後の フィルタ上の試験菌数を測定した結果、オゾン水シャワー3 分後、B.subtilis(枯草菌：芽胞)を除く試験菌に ついて、いずれも 3 桁の菌数減少が認められた。 B.subtilis(枯草菌：芽胞)は、各種の殺菌剤に対して耐性を有する菌であり、オゾンに対する耐性があると いわれているが、最も殺菌効果が低かったメインフィルタの場合でも約 2 桁の菌数減少が認められた。 これらの結果からフィルタ表面に付着させた菌に対してオゾン水シャワーの殺菌効果が認められた。 pg. 19 図 5.2.7-1 オゾン水による殺菌性（メインフィルタ） 図 5.2.7-2 オゾン水による殺菌性（プレフィルタ） （2） 使用済みフィルタユニットのオゾン水シャワーによる殺菌効果測定 試験結果を表 5.2.7-1 に示した。試験に用いた井戸水は、1mL あたりに菌が検出されず清浄な水であること が確認された。未使用品 10 枚を浸漬した洗浄水中の菌数は、550CFU/mL であった。オゾン水シャワーによる 殺菌処理後では、バブル洗浄から 2 桁以上の菌数減少が、さらに乾燥後に 1 桁の減少と併せて 3 桁の殺菌 効果が確認された。 pg. 20 表 5.2.7-1 使用済みフィルタユニットから洗い出された細菌数（シャワー方式） 井戸水 （対照） 未使用フィルタ （新品浸漬） 本洗浄 （バブル） ＜1 550 2,800,000 再生フィルタ （乾燥後） オゾン水シャワー処理 プレフィルタ 側から洗浄 メインフィルタ 側から洗浄 プレフィルタ 側から洗浄 メインフィルタ 側から洗浄 6,700 6,400 780 910 *新品、本洗浄ではフィルタユニット10枚を洗い出した菌数を 単位：CFU/ｍL また、プレフィルタ、メインフィルタについては、各5枚を洗い出した菌数を示す。 （3） 使用済みフィルタユニットのオゾン浸漬による殺菌効果測定 水槽下部から新鮮なオゾン水を注入しながら浸漬した場合の効果を評価した。結果は表 5.2.7-2 に示した オゾン水浸漬による殺菌工程後の菌数は、1,000 CFU／mL であり、本試験に用いた使用済みフィルタユニッ トは、汚染程度が低くバブル洗浄時の菌数が、55,000 CFU／mL であった。 今回の試験結果からシャワー方式と浸漬方式による殺菌効果を比較すると、シャワー方式のほうが優れ ているように見受けられるが、作業環境中におけるオゾンガスの除去管理等を考慮すると、浸漬方式の方 が実用的であると推測した。 表 5.2.7-2 使用済みフィルタユニットから洗い出された細菌数（浸漬方式） 井戸水 （対照） 未使用フィルタ （新品浸漬） 本洗浄 （バブル） オゾン水浸漬処理 再生フィルタ （乾燥後） ＜1 550 55,000 1,000 1,200 *フィルタユニット10枚を洗い出した菌数を示す。 単位：CFU/ｍL （4） 洗浄装置によるフィルタ再生能の検討 バブル洗浄水を再利用し最大 100 枚のフィルタユニットを処理したが、オゾン水浸漬処理によって約 2 桁の 菌数減少があり、洗浄水を再利用してもオゾン水による殺菌効果に変動はなかった。 表 5.2.7-3 使用済みフィルタユニットの大量処理後の細菌数 井戸水 （対照） ＜1 本洗浄 （バブル） 未使用フィルタ （新品浸漬） 550 50枚 90枚 100枚＊ 100,000 220,000 280,000 *本洗浄91-100枚目フィルタをオゾン水浸漬処理、乾燥を行った結果を示す。 pg. 21 オゾン水 浸漬処理 ＊ 再生フィルタ （乾燥後） ＊ 1,900 2,100 単位：CFU/ｍL （5） オゾン水洗浄後フィルタの清浄度確認 再生フィルタの菌数測定結果を表 5.2.7-4 に示した。細菌数は、プレ側、メイン側ともに、約 100～2,000 CFU の範囲であり、真菌数はすべて 100 CFU 未満であった。これらの菌数は、未使用品と同程度であり、本 装置によって再生処理したフィルタユニットは、未使用品と同程度の細菌数まで回復していると推測できた。 表 5.2.7-4 拭き取り検査によるフィルタの細菌数・真菌数 未使用フィルタ ＜100 再生フィルタ ＜100※1 100 細菌数 1,200 平均 ＜100 470 ＜100 ＜100 真菌数 ＜100 ＜100 平均 ＜100 ＜100 単位：CFU/拭き取り面積50×15cm ※1 ＜100は平均値の計算に100として計算 5.2.8 考察 （1）オゾン水による殺菌効果測定 フィルタユニットの再生を目的に設計されたオゾン水による洗浄槽における殺菌効果を検討した。その結果、 供試微生物は 5 菌種ともに効率良く殺菌された。オゾンによる殺菌メカニズムは、オゾンが持つ強い酸化力 で細菌類の細胞成分に損傷を与え感染性を失活させるとされている。したがって、今回の基礎実験でも試験 に使用した 5 菌種がオゾンの強い酸化力によって効率良く殺菌されたものと考えた。 オゾンがわが国における水処理に使用された歴史は古く、1930 年代には尼崎市の浄水場で異臭味の除去 を目的として使用された記録がある。オゾンは酸化力が強く、水中の物質と直接反応するのみならず、オゾン から生じる化学物質である OH ラジカルや過酸化水素水が殺菌効果を更に高めるといわれている。オゾンによ る殺菌条件は、一定のオゾン濃度とその接触時間の積が指標になる。 文献によれば、濁質のない試料水で細菌類を 99.99％殺菌するには、5 分間の接触で 0.6 mg/L のオゾン 濃度を必要とする。オゾンによる微生物の殺菌・不活化実験の一部を表 5.2.7-5 に示した（金子：水の消毒）。 pg. 22 表 5.2.7-5 オゾンによる微生物の殺菌・不活化実験例 微生物種 大腸菌 サルモネラ マイコバクテリウム ポリオウイルス1型 ポリオウイルス1型 ロタウイルス ロタウイルス ジアルジア原虫 実験水 残留濃度mg/L 水温℃ pH 時間（分） 不活化率（％） 下水処理水 0.29－0.36 24 7.4 0.6 99.94 下水処理水 0.25－0.36 24 7.4 0.6 99.9998 下水処理水 0.29－0.36 24 7.4 0.6 89 下水処理水 0.29－0.36 24 7.4 0.6 99.5 塩素要求無 0.15－0.2 5 7.2 0.4 99 塩素要求無し 0.1－0.3 4 6 0.12 99 下水処理水 0.26 15 7.2 15 96 塩素要求無し 0.15－0.7 5 7 2.8 99 これらのデータによると、実験に使用した水が異なっても殺菌効力に大きな変動がないことが分かった。す なわち、有機物の混入があると思われる下水処理水と有機物の混入がないと思われる塩素要求のない水でも 殺菌効力に大きな変動はなかった。しかし、過剰な有機物の存在は殺菌効力を低下させることが想定される ので、フィルタユニットのオゾン処理に際して有機物の存在に留意する必要がある。 オゾンのもつ殺菌力は塩素の 10 倍ほどであるということが Sobsey らによって報告されており、塩素や二酸化 塩素にも勝るとされている。このことを Ct 値の概念から推測すると、塩素処理の場合は反応槽における滞留時 間が数十分必要であっても、オゾンの場合は数分でよいことになる。 オゾンによる微生物の不活化は塩素の場合と異なり、細菌においては細胞膜に作用し細胞膜の酵素系を 酸化して活性を失わせる。塩素は主として細胞内酵素が標的だから、この表部と内部の違いが不活加速度の 違いの要因となっていて、酸化力が強くかつ細胞表部で作用するオゾンは効果が早く、濁質による影響が塩 素より少ないものと思われた。 （2）使用済みフィルタユニットのオゾン水シャワーによる殺菌効果測定 実施設で約 6 か月間（24h 運転×152 日≒3650h)使用したフィルタユニットを洗浄装置にセットし、オゾン水 をシャワーして殺菌効果を測定した。オゾン処理効果の測定方法には、さまざまな方法が考えられる。一般的 には、フィルタユニットの一部分を拭き取って、拭き取り材料から細菌類を回収して残存細菌数を定量する方 法がとられる。しかし、今回の試験に供したフィルタの材質は、親水性がある材質のものと親水性がない材質 のもので構成されており、拭き取りによる試験法は適切でないと判断された。そこで、洗浄槽に実施設におい て使用されたフィルタユニットをできる限り多く（本試験は 10 枚で試験した）セットし、実際と同様の洗浄操作に よって、洗浄槽水に洗い出される細菌数で評価することにした。なお、未使用品と一連の洗浄工程を終えて乾 燥させた再生品についても、実際の洗浄槽に 10 枚単位でフィルタをセットしてバブル洗浄（残存菌の洗い出 し）した洗浄液中の細菌数で評価した。 その結果、洗浄槽に浸漬したフィルタユニットをバブル洗浄することによって、効率よく付着菌が剥離される ことがわかった。また、バブル洗浄したフィルタをオゾン水でシャワーすることによって、洗い出される菌数は 2 桁（2 log10）程度減少することが分かった。この減少要因は、オゾン処理による殺菌効果であると判断できる。こ のフィルタユニットを乾燥させた再生フィルタユニットからの洗い出した菌数は更に減少していた。すなわち、 使用済みフィルタユニットを洗浄槽に浸漬したのち、バブル洗浄、オゾン水シャワーを経て乾燥させることによ って、未使用品と同レベルの細菌数まで殺菌（除菌）できることが推測された。 （3）オゾンガスがヒトに及ぼす健康影響 使用済みフィルタユニットにオゾン水をシャワーすることでフィルタ付着菌数を減少させる効果があることが 分かった。しかし、オゾンには、以下に示すような毒性等があり、作業環境における規制値の設定も行われて pg. 23 いる。 オゾンは自己分解してヒドロキシラジカル（OH）やヒドロペリオキシラジカル（HO2）などの活性化学種を生成 し核酸を攻撃することが知られている。核酸の変質は染色体異常や変異原性を引き起こしかねない。 しかし、このようなオゾン濃度は、臭気を感じる濃度とほぼ等しいといわれているので、臭気によって危険を 察知することが可能である。 オゾンの生体への影響は、オゾンによる直接的な作用や生物の生理作用の変化となって現れるほか、オゾ ンの反応によってできた過酸化物による間接的なもの、両者による複合的な影響もある。空気中に排出された オゾンガスは、ヒトが呼吸することによって気管支や肺胞など気道内部にも達するので、これらの部位が酸化さ れる可能性がある。その結果、場合によっては染色体異常や血球変化が起こる。オゾン濃度 0.3～0.8 mg/L で、鼻咽頭を刺激し、のどの渇きが生じるといわれている。最近の研究によると肺機能へ明らかな傷害を起こ す最低濃度は 0.15 mg/L 前後であるが個人差が大きく、運動によっても影響が強まることがわかっている。一 方では、0.08 mg/L、6 時間の暴露で肺機能に軽度な変化をきたすという報告もある。 表 5.2.7-6 には、オゾン濃度と人体影響についてまとめた。このような背景から労働環境条件としてオゾンの 規制値が定められている。わが国では、法的な規制値はないが、日本産業衛生協会が 0.1 mg/L を許容濃度 として勧告している。この濃度は、1 日 8 時間、週 40 時間程度の労働時間中に、肉体的に激しくない労働に従 事する場合の暴露濃度の算術平均値である。また、暴露濃度が最大になると予想される時間を含む 15 時間 の平均暴露濃度が、許容濃度の 1.5 倍を超えないことが望ましいとしている。 表 5.2.7-6 オゾンガスによる人体への影響（金子：水の消毒） オゾン濃度 (mg/L) 0.01-0.02 0.1 0.2－0.6 0.5 1～2 5～10 15～30 50 影 響 多少の臭気を覚えるが、やがて馴れる。 明らかな臭気があり、鼻や喉に刺激を感じる。 3～6時間暴露で視覚が低下する。 明らかに上部気道に刺激を感じる。 2時間暴露で頭痛、腕部痛、上部気道の渇きと咳 がおこり、暴露を繰り返せば慢性中毒になる。 脈拍増加、体痛、麻酔症状が現れ、暴露が長引 けば肺水腫を招く。 小動物は2時間以内に死亡する。 人間は１時間で生命が危険な状態になる。 オゾン洗浄槽から空気中に排出されるオゾンガスの処理方法には、熱分解（300～350℃、3 秒間）や触媒 法によるオゾンの分解と活性炭や薬剤による洗浄がある。一般的には、活性炭が多く使用されているが、排オ ゾンを反応槽に戻して循環させる方法が最も手軽である。 このような背景から、本試験に適用したオゾン水のシャワー方式は、殺菌効果が確保されても排ガス処理が 課題になる。そこで、排ガス処理の効率を考慮すると、オゾン洗浄工程は、シャワー方式よりもフィルタを洗浄 槽に浸漬しておき洗浄槽の下部からオゾン水を注入する方式が、作業環境中の排ガス濃度の抑制につなが ると推測された。 （4）使用済みフィルタユニットのオゾン水浸漬による殺菌効果測定 作業環境中の排オゾンガスを考慮して、フィルタのオゾン処理方式をシャワー方式から浸漬方式に変更し てオゾン処理による殺菌効果を測定した。その結果、実使用された使用済みフィルタを用いた試験であったた め、各工程で洗い出される細菌数は、シャワー方式の実験結果よりも少なかったが、菌数の減少傾向はシャワ pg. 24 ー方式と同程度であった。 したがって、オゾンの排ガス対策を考慮すると、シャワー方式よりも浸漬方式の方が優れていると判断され た。 （5）洗浄装置によるフィルタ再生能の検討 今回の試験は、空調機フィルタを再利用する目的で製作された実装置を用いて、実際の空調機で使用さ れたフィルタユニットを洗浄・殺菌・乾燥させて、細菌汚染の動向をみたものである。 実使用されたフィルタは、環境中のじん埃等を捕捉しているため洗浄槽に浸漬してバブル洗浄すると、洗 浄槽内の洗浄水は激しく汚濁する。 汚濁の激しい水をオゾン処理する場合は、オゾン消費量が多くなるから一定量のオゾン残留量を得るには、 高濃度のオゾンを注入しなければならないと考えられる。 しかし、オゾンは、その強い酸化力によって微生物を不活化するので濁質の影響は、塩素ほど顕著ではな いともいわれている。オゾンによる微生物の不活化は塩素の場合と異なり、細菌においては細胞膜に作用し 細胞膜の酵素系を酸化して活性を失わせる。塩素は主として細胞内酵素が標的だから、この作用部位（表部 と内部）の違いが殺菌速度の違いとなっており、殺菌速度が速いオゾンは、塩素に比較して汚濁の影響が少 ないものと推測できる。 ちなみに、オゾンによる殺菌効果は、活性汚泥が 1 mg/L 以上存在すると影響がでるといわれている。しか し、濁質に微生物が埋設された状態で凝集している場合は、殺菌効果が低下する可能性もあると考える。 今回の試験は、実装置（作成した洗浄装置）を用いて実試料（使用済みフィルタユニット）の洗浄・殺菌効果 をフィルタ洗い出し液中の細菌数の変動によって測定したものである。その結果、再生フィルタは未使用フィ ルタと同程度まで再生できることが判明した。 なお、再生フィルタの拭き取り試験においても、真菌（かび）は不検出であり、細菌数も未使用品と同程度で あったことが確認できている。 pg. 25 5.3 フィールド試験 5.3.1 目的 フィルタの LC(CO2)評価においてフィルタ圧損の違いによるエネルギー起源の CO2 が全体の 99％を 占める。（共同研究（その１）報告書） 今まで多くの文献で、運転由来の CO2 排出量の根拠となるファン動力の違いは理論式(1)にて算出さ れていた。 W= Q× ⊿P × T [kWh ] η × 1000 Q : ⊿P : T : η : 処理風量 [m3/s] 平均圧力損失 [Pa] 運転時間 [h] ファン効率 0.7 ……(1) 定格運転点におけるファン動力を算出するに(1)式は有効であるが、実際の空調機ではフィルタ圧損 等が変化するため風量も変動する。変風量方式が採用された空調機ではファンの回転数まで制御され る。ライフサイクルのような長期間の動力試算に(1)式にて風量、圧力の平均値を用いる方法は適正と は言い難い。 今回、東京都環境科学研究所の空調機に従来型フィルタと洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）を取 付けフィルタ圧損と回転数を変化させてファン動力を測定した。この測定結果によりフィルタ圧損、 ファン回転数とファン動力の関係を求め、運転由来の CO2 排出量を算出することとした。 5.3.2 試験装置 東京都環境科学研究所の 3 階系統空調機（図 5.3.1 参照）に供試用のフィルタ（従来型フィルタと 洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）を取付けフィルタ圧損とファン動力の関係を測定した。 (1) 供試フィルタ 従来型フィルタ 名 称 ：プレフィルタ サ イ ズ ：595ｍｍ×595ｍｍ×18ｍｍ 定 格 流 量 ：56m3/min 初期圧力損失 ：90 Pa 以下 最終圧力損失 ：200 Pa 以下 名 称 ：メインフィルタ サ イ ズ ：610ｍｍ×610ｍｍ×70ｍｍ 定 格 流 量 ：56m3/min 平均粒子捕集率：60％以上 (JIS B 9908 形式 2 比色法) 初期圧力損失 ：50 Pa 以下 最終圧力損失 ：294 Pa 以下 洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体） 名 称 ：洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体） (型式：CM-56-60F) サ イ ズ ：600ｍｍ×600ｍｍ×150ｍｍ 定 格 流 量 ：56m3/min 平均粒子捕集率：60％以上 (JIS B 9908 形式 2 比色法) 初期圧力損失 ：110Pa 以下 最終圧力損失 ：280Pa 以下 pg. 26 (2) 測定項目並びに測定器 フィルタ差圧測定：微差圧計（マノスターゲージ：300Pa） 空調機差圧測定 ：微差圧計（マノスターゲージ：3MPa） 風量検出器 ：複合式ピトー管センサー AE－600×500 ウエットマスター 圧力伝送器 ：EMT1B0FVD50 風量指示計 ：EMP3D010M（0～7,000m3/h） インバータ ：3ψ200V 5.5kW（周波数設定器、指示計付属） ファン回転数 ：デジタル回転計 TM-300 横河 M&C 給 気チャ ンバー 給気 ダクト 給気 ダクト 風量検出 器 × 還気ダ クト フィ ルタ差 圧測定 ΔP Δ PE 空調機 静圧測 定 ΔP AVI 圧力伝送 器 風 量指示 計 風量設 定器 外気 取入ダ クト × × × M INV インバ ータ FI 周波数 指示計 供試フ ィルタ 送風 機 モ ータ 3階実験室系統空調機 6,200m3/h 風量 5.5kW（軸動力 送風機 回転数 1,590rpm 1,079Pa 全静圧 冷却能力 82.6kW 加熱能力 47.7kW 蒸気加湿 40kg/h 3.62kW） 冷温 水コイル 図 5.3.１ 試験対象空調機 5.3.3 試験方法 新品の従来型フィルタと新品並びに事前に堆じん（負荷用粉じん：シリカ）させた洗浄可能型フィ ルタ（プレ・メイン一体）を使って測定した。 (1) 定点測定 供試フィルタ：新品の従来型フィルタ 風量設定：100%、75%、50%、25% 供試フィルタ：洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体） 新品、堆じんフィルタ 180Pa、240Pa、280Pa の 4 種類 風量設定：100%、75%、50%、25% (2) 洗浄可能フィルタの連続測定 供試フィルタ：新品の洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体） 風量設定：インバータによる定風量制御、定回転数運転 の 2 ケース実施 (3) 測定項目 測定項目を下記マップに示す。 pg. 27 ● ：測定ポイント 風量比 ％ 100 75 50 25 0 180 240 280 洗浄可能フィルタ 110 フィルタ 圧損 Pa 新品 シリカによる既知圧損 従来型新品 図 5.3.2 測定データマップ 風量確認試験 風量計（複合ピトー管センサー）を既存の空調機の出口側に十分な直管部を設けられずに取付けた ため風量測定結果の信頼性に不安があった。そこで、空調機の性能曲線を用いて、ファン静圧、ファ ン回転数とファン動力からも送風量を求めた。 その結果を図 5.3.3～6 に示す。 1,800 4.00 1,600 3.50 1,400 3.00 1,200 計算値 ｋ W ファン回転数 ｒｐ ｍ 5.3.4 y = 32.105x R² = 0.9998 1,000 800 600 2.50 1.50 400 1.00 200 0.50 0 y = 0.9962x R² = 0.9967 2.00 0.00 0 10 20 30 40 50 60 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 実測値 kW インバータ周波数 Ｈｚ 図 5.3.3 インバータ周波数とファン回転数 図 5.3. 4 ファン動力計算値と実測値 pg. 28 3.5 4 7,000 10,000 y = 3.8929x R² = 0.9932 6,000 9,000 従来型フィルター 測定風量 m3/h 8,000 5,000 試供品フィルター 4,000 7,000 h / 3 6,000 m ﾊ ･ 5,000 ･ Z v･ 4,000 ･ 洗浄可能フィルター ２８０Ｐa 3,000 洗浄可能フィルター ２４０Ｐａ 2,000 洗浄可能フィルター １８０Ｐａ 1,000 2,000 1,000 0 500 1,000 1,500 動力風量 Q2 3,000 線形 (洗浄可能フィルター １８０ Ｐａ) 0 PQ曲線風量 Q1 0 2,000 0 2,000 ファン回転数 ｒｐｍ 図 5.3. 5 4,000 6,000 8,000 10,000 測 定 風 量 m3/h ファン回転数と送風量 図 5.3. 6 測定風量と特性曲線から求まる計算風量 下記より、4,000m3/h 以上では測定風量の信頼性は高いと判断した。 ①ファンの回転数と測定風量の原点を通る回帰線の相関係数は高い。 ②複合ピトー管センサーの技術資料では風速 4m/s 以上の領域では精度が確保できる。 ③PQ 曲線から求まる風量は測定風量より 40%程度大きい。送風機の性能曲線は工場出荷時（昭和 60 年 3 月：26 年経過）のもので経年変化による性能低下があるものと考えて良い。 ④風速計の断面風速分布にムラがあれば指示値は大きくなる。 5.3.5 測定結果 測定結果の一部を表 5.3.1～5 に示す。測定日：平成 22 年 10 月 22 日、23 日 表 5.3.１ 新品の従来型フィルタ 設定風量 風量 測 定 値 電流 A 電圧 電力 力率 INV周波数 ﾌｨﾙﾀ圧損 ％ m 3/h m 3/h R T Ｖ ｋW Hz Pa 100% 6,180 6,150 13.5 12.8 208.3/206.7 3.56 0.747 50 110 pg. 29 75% 4,635 4,600 7.2 6.7 208.5/207.2 1.72 0.683 37.5 61 50% 3,090 3,000 3.6 3.2 208.2/207 0.75 0.6 25.4 30 25% 1,545 1,550 1.85 1.61 208.2/206.7 0.33 0.54 14.4 11 表 5.3.2 洗浄可能型フィルタ 設定風量 風量 測 定 値 電流 A 電圧 電力 力率 INV周波数 ﾌｨﾙﾀ圧損 ％ m 3/h m 3/h R T Ｖ ｋW Hz Pa 100% 6,180 6,180 12.3 11.6 209/207.7 3.2 0.74 47 73 新品 75% 4,635 4,630 6.7 6.1 208.6/207.1 1.6 0.678 35.5 46 50% 3,090 3,090 3.5 3 208.8/207.7 0.74 0.608 24.5 25 25% 1,545 1,540 1.8 1.4 208.8/207.7 0.32 0.548 13 9 表 5.3.3 洗浄可能型フィルタ 堆じん圧損 180Pa（定格風量） 設定風量 風量 測 定 値 電流 A 電圧 電力 力率 INV周波数 ﾌｨﾙﾀ圧損 ％ m 3/h m 3/h R T Ｖ ｋW Hz Pa 100% 6,180 6,180 12.6 12 209.2/207.8 3.3 0.741 48 121 75% 4,635 4,630 6.9 6.4 209.4/208.3 1.63 0.674 36.25 77 50% 3,090 3,090 3.6 3.2 209.2/207.8 0.75 0.608 25 42 25% 1,545 1,540 1.8 1.5 209.3/208.1 0.33 0.535 13.3 15 表 5.3.4 洗浄可能型フィルタ 堆じん圧損 240Pa（定格風量） 設定風量 風量 測 定 値 電流 A 電圧 電力 力率 INV周波数 ﾌｨﾙﾀ圧損 ％ m 3/h m 3/h R T Ｖ ｋW Hz Pa 100% 6,180 6,200 12.9 12.3 209.5/208.4 3.4 0.744 49 162 75% 4,635 4,600 7 6.5 210/208.4 1.65 0.677 36.9 102 50% 3,090 3,100 3.6 3.2 209.6/208.3 0.74 0.612 25.4 55 25% 1,545 1,550 1.84 1.54 209.8/208.7 0.34 0.55 13.85 21 表 5.3.5 洗浄可能型フィルタ 堆じん圧損 280Pa（定格風量） 設定風量 風量 測 定 値 電流 A 電圧 電力 力率 INV周波数 ﾌｨﾙﾀ圧損 ％ m 3/h m 3/h R T Ｖ ｋW Hz Pa 100% 6,180 6,200 13.5 12.8 209.4/208.2 3.6 0.743 50 197 pg. 30 75% 4,635 4,600 7 6.6 209.4/208.1 1.7 0.685 37.5 125 50% 3,090 3,090 3.7 3.2 210.2/208.6 0.78 0.621 26 71 25% 1,545 1,540 1.9 1.6 210.3/209 0.35 0.55 14.4 28 5.3.6 ファン動力（データ解析に基づくファン動力方程式） (1)式においてファン動力は Q･ΔP（m3Pa/s）に比例する。よって、測定値の Q･ΔP とファン動力 W（kW）の 関係を散布図で整理した。（図 5.3.7 参照） 4 3.5 ファン動力 kW 3 2.5 2 Q>4,000m3/h 1.5 Q<4,000m3/h 1 0.5 0 0 100 200 300 400 Q･ΔP m3Pa/ｓ 図 5.3.7 Q･ΔP とファン動力の関係 風量 4,000m3/h 以下のデータに付いては信頼性が劣る可能性があるので、それ以上の風量と識別してい る。 データが 4 つのグループに分かれたのは設定風量を設計値の 100,75,50,25％としたため。どのグループ も右上がりの傾向は顕著ではない。バラツキは回転数の違いによる。各グループの固定動力はフィルタ以外 の管路抵抗に起因する。 次に Excel を使った重回帰分析により求めた回帰方程式を(2)式に示す。 W＝a×Q･ΔP＋b×（r/r0）d＋c ……(2) ここで W ：ファン動力 kW Q･ΔP ：風量×フィルタ圧損 m3Pa/s r ：ファン回転数 rpm ：定格回転数 r0 a：－0.000222 b：3.296 c：0.238 d：2.8 第 1 項の係数 a（－0.000222）が理論式(1)の 1/700＝0.0014 とならない理由として、Q･ΔP の低下に伴う 軸動力の低下よりも、ファン、モータ、インバータの効率低下の影響が大きいためと思われる。 第 2 項の係数 b（3.296）は定格運転時のファン軸動力 3.62kW の影響が大きく、回転数の 3 乗で動力が 低減しない理由として、第 1 項と同じ要因が想定される。 重回帰分析 （次の線形方程式による） ……(3) 従属変数 W＝a×QP＋b×R＋c 独立変数 QP ： Q･ΔP R ： （r/r0）d 図 5.3.7 の実測データで、ファンの回転数比に対する乗率 d を 2.0 から 3.0 まで変化させた場合の決定係 数 r2 の値を図 5.3.8 に示す。 pg. 31 図 5.3.8 ファン回転数比の乗率 d と決定係数 r2 の関係 図より d が 2.8 の時に決定係数 r2 が最大となることが分る。よって、d＝2.8 とし回帰方程式(2) を求めた。 実測値と(2)式を使った計算によるファン動力の誤差を図 5.3.9 に示す。一部誤差のあるデータ も見られるが、総じて(2)式にて近似できることが分る。よって、以降の省エネ計算に(2)式を用い る。 図 5.3.９ (2)式による計算ファン動力の誤差 pg. 32 5.3.7 省エネ試算（従来型フィルタと洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）の比較） 東京都環境科学研究所の空調機をモデルとし、従来型フィルタと洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一 体）の圧損の違いによるファン動力の差を定風量方式と変風量方式の 2 ケースについて算出した。 (1) 試算モデル 事務所ビルで空調機を設ける場合、定風量もしくは変風量方式が採用される。 ①定回転方式（定風量方式） ファンの回転数を固定した系でフィルタ圧損が変化した場合、風量が変動するので定回転方式 と呼ぶこととした。ファンの回転数を一定とし、フィルタ圧損などの静圧変化に伴う風量変化 をファン能力の余裕で吸収する方式。 ②変風量方式 室内負荷の変動に対して送風量を変えることにより対応する制御方式。省エネルギー性が高い。 一般的には換気量を確保するために風量下限値を設定する。 (2) 前提条件 設計風量 103m3/min（1.72m3/s） 比較するフィルタ（51.6 m3/min×2 枚使用） 従来型フィルタ 初期圧損：128Pa 最終圧損：451Pa 平均圧損：257Pa 洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体） 初期圧損：100Pa 最終圧損：255Pa 平均圧損：185Pa （定格風量 56 m3/min のフィルタ圧損は p.26 参照、実抵抗は風量比の 1.1 乗に比例す るものして補正した） フィルタ圧損以外の管路抵抗は一定とする。 管路抵抗は風量の 2 乗に比例するものとする。 最終フィルタ圧損時に設計風量が確保できる能力を有するものとする。 空調負荷率：期間成績係数 IPVL（Integrated Part Load Value）の手法を利用する。 100%負荷の発生率 1% 75%負荷の発生率 42% 50%負荷の発生率 45% 25%負荷の発生率 12% 変風量方式の下限風量を定格の 60%とし、空調負荷に対して風量は比例するものとし 100%風量の発生率 1% 75%風量の発生率 42% 60%風量の発生率 57% とした。 (3) 空調機の性能曲線（PQ 曲線） 試験対象の 3 階系統空調機の性能曲線を用いた（図 5.3.10 に性能曲線を示す）。サージングを 起こさない安定領域で運転されるので、100m3/min（1.67m3/s）以上の PQ 曲線を次の 2 次式に 近似する。 ……(4) P=－185.95×Q2＋470.85×Q＋819.28 2 r ＝0.9994 回転数を r/r0＝R に変更した場合、送風機の比例法則（P’＝P×R2、Q’＝Q×R）より、ファンの PQ 曲線を(5)式にて近似する。 P=－186×Q2＋470.9×Q×R＋819.3×R2 ……(5) pg. 33 性能曲線と近似式の計算結果を図 5.3.10 に示す。定格回転数 R=1 の近似曲線は性能曲線に隠れ ている。 図 5.3.10 空調機の性能曲線 (4) 管路抵抗曲線 空調機の性能曲線で設計風量 103m3/min（1.72m3/s）に対応する静圧は 1,079Pa。 従来型フィルタの最終圧損 451Pa を含むので、管路固定抵抗を 1,079－451＝628Pa とする。 よって、フィルタ圧損 ΔP における管路抵抗曲線は ……(6) P=（628＋ΔP）×（Q/1.72）2 (5) ファンの運転ポイント ①定回転方式（定風量方式） 定回転方式における、ファンの運転ポイントの変位を図 5.3.11（従来型フィルタ）、図 5.3.12（洗 浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体））に示す。 pg. 34 図 5.3.11 定回転方式（従来型フィルタ）のファン運転 フィルタの最終圧損時に設計風量を確保できる能力では、初期、平均圧損時には過剰風量となる。 図 5.3.12 定回転方式（洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体））のファン運転 pg. 35 フィルタの最終圧損が従来型より小さいのでファンの回転数を 0.918 まで落とせる。フィルタの 圧損幅が小さいので過剰風量も小さい。 ②変風量方式 変風量方式における、ファンの運転ポイントの変位を図 5.3.13 に示す。運転点の違いはあるが、 どちらのフィルタもファンの回転数を変化させながら管路抵抗線上を移動する。 図 5.3.13 変風量方式のファン運転 （洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）の場合） (6) 試算結果 ①定回転方式（定風量方式） 定回転方式における従来型フィルタと洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）のファン動力の違いを 表 5.3.6 に示す。平均圧損で比較すると洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）のファン動力は従来型 の 80.5％と低い。表 5.3.7 に理論式(1)にて算出した動力比率を示す。ファン動力比率は表 5.3.6 よ りも大きい。理論式(1)では運転ポイントのずれによる風量増加を見込んでいないためである。 表 5.3.6 の動力が理論式(1)にて算出した動力より大きいのは、ファン効率が 70％より低く、イン バータ損失が加算されるためと思われる。 表 5.3.6 定回転方式におけるファン動力 フィルタ圧損 レベル ΔPH ΔPM ΔPL 従来フィルタ ファン回転数比 R= 運転風量 m3/s 1.72 1.87 2.00 1.00 運転静圧 ファン動力 Ｐａ kW 1,079 3.36 1,046 3.43 1,022 3.48 洗浄可能プレ・メイン一体型フィルタ ファン回転数比 R= 0.918 運転風量 m3/s 1.72 1.78 1.86 pg. 36 運転静圧 ファン動力 Ｐａ kW 883 2.73 871 2.76 851 2.79 動力比率 ％ 81.3 80.5 80.3 表 5.3.7 理論式(1)から求めたファン動力 フィルタ圧損 レベル ΔPH 従来型フィルタ 運転風量 m3/s 1.72 洗浄可能プレ・メイン一体型フィルタ 運転静圧 ファン動力 Ｐａ kW 1,079 2.65 運転風量 m3/s 1.72 運転静圧 ファン動力 Ｐａ kW 883 2.17 動力比率 ％ 81.8 表 5.3.6 の計算方法 ・従来型フィルタは定格回転数、洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）の回転数は式(5)に設計風量と 最終圧損を代入し算出した。 ・初期（ΔPL）、平均（ΔPM）、最終（ΔPH）のフィルタ圧損における運転点は式(5)（ファン の PQ 曲線）と式(6)（管路抵抗曲線）の交点より求めた。（連立方程式の解による） ・それぞれのファン動力は式(2)にて算出した。 ②変風量方式 変風量方式における従来型フィルタと洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）のファン動力の違いを 表 5.3.8 に示す。従来型フィルタの初期と最終の圧力差が洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）より も大きいが、ファンの回転数制御にて要求風量に維持できるため、ファン動力の差が小さくなって いる。 表 5.3.8 変風量方式のおけるファン動力 フィルタ圧 損レベル 負荷率 ％ ΔPH ΔPM ΔPL 従来型フィルタ 洗浄可能プレ・メイン一体型フィルタ 運転風量 運転静圧 ファン回転 ファン動力 運転風量 運転静圧 ファン回転 ファン動力 数比 R= 数比 R= m3/s Ｐａ kW m3/s Ｐａ kW 動力比率 ％ 100 1.72 1,079 1.000 3.36 1.72 883 0.918 2.73 81.3 75 1.29 607 0.750 1.64 1.29 497 0.688 1.36 82.7 60 1.03 387 0.599 0.99 1.03 317 0.550 0.83 84.6 100 1.72 885 0.919 2.74 1.72 813 0.887 2.52 92.2 75 1.29 498 0.689 1.36 1.29 457 0.665 1.26 92.9 60 1.03 317 0.550 0.84 1.03 292 0.531 0.78 93.8 100 1.72 756 0.862 2.36 1.72 728 0.849 2.28 96.7 75 1.29 425 0.646 1.19 1.29 410 0.637 1.15 97.1 60 1.03 271 0.516 0.74 1.03 261 0.508 0.73 97.5 表 5.3.8 の計算方法 ・フィルタの圧損毎に、運転風量（空調負荷率に比例）から運転静圧を求めた。式(6)（管路抵抗 曲線）を利用 ・運転風量、運転静圧よりそれぞれのファン回転数を求めた。式(5)（ファンの PQ 曲線）を利用 ・それぞれのファン動力は式(2)にて算出した。 フィルタの平均圧損時のファン動力を空調負荷発生頻度で加重平均し、年平均のファン動力を算出 した。洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）のファン動力は従来型の 92.6％となった。 理論式(1)より求めた動力比率（表 5.3.10 参照：動力比率 91.9%）より大きくなる理由としてインバ ータ等の損失の影響が考えられる。 pg. 37 表 5.3.9 変風量方式のおける年平均ファン動力 フィルタ圧 損レベル ΔPM フィルタ圧 損レベル ΔPM 負荷率 発生率 ％ % 従来フィルタ 運転風量 運転静圧 ファン回転 ファン動力 平均ファン動力 数比 R= m3/s Ｐａ kW kW 100 1 1.72 885 0.919 2.74 75 42 1.29 498 0.689 1.36 60 57 1.03 317 0.550 0.84 負荷率 発生率 1.08 洗浄可能プレ・メイン一体型フィルタ 運転風量 運転静圧 ファン回転 ファン動力 平均ファン動力 数比 R= m3/s Ｐａ kW kW ％ % 100 1 1.72 813 0.887 2.52 75 42 1.29 457 0.665 1.26 60 57 1.03 292 0.531 0.78 動力比率 ％ 1.00 92.6 表 5.3.10 理論式(1)から求めたファン動力 フィルタ圧 損レベル ΔPM フィルタ圧 損レベル ΔPM 負荷率 発生率 ％ % 従来フィルタ 運転風量 運転静圧 ファン動力 平均ファン動力 m3/s Ｐａ kW 100 1 1.72 885 2.17 75 42 1.29 498 0.92 60 57 1.03 317 0.47 負荷率 発生率 ％ % kW 0.67 洗浄可能プレ・メイン一体型フィルタ 運転風量 運転静圧 ファン動力 平均ファン動力 m3/s Ｐａ kW 100 1 1.72 813 2.00 75 42 1.29 457 0.84 60 57 1.03 292 0.43 動力比率 kW ％ 0.62 91.9 5.3.8 ポテンシャルの検討 今回の「中性能フィルタの性能確認試験」の結果を基に、従来型フィルタを洗浄可能型フィルタ（プレ・ メイン一体）へ変更した場合の CO2 削減効果を算出する。東京都内の建物を想定し電力の二酸化炭素排 出係数を 0.324kg-CO2/kWh とした。 (1) 東京都環境科学研究所の場合 ＜前提条件＞ ・3 階系統空調機と同じ仕様の空調機が 5 台設置 ・定回転方式（定風量方式） ・洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）採用による省エネ効果 従来型フィルタの平均ファン動力：3.43kW 洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）の平均ファン動力：2.76kW （表 5.3.６ ΔPM 参照） ・年間空調運転時間：2,850h/年（PAL,ECE 事務所ビルの計算基準） pg. 38 ＜CO2 排出量削減効果＞ ・削減電力量：(3.43－2.76kW)×5 台×2,850h/年＝9,548kWh/年 ・CO2 削減量：9,548kWh/年×0.324kg-CO2/kWh＝3.1t-CO2/年 (2) (3) 東京国際フォーラム ＜前提条件＞ ・延べ床面積：145,076 ㎡ ・空調機に組み込まれた中性能フィルタのみを対象とする ・中性能フィルタ枚数：956 枚（610×610 相当） ・フィルタ一枚当たりの処理風量：50m3/min ・定回転方式（定風量方式） ・洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）採用による省エネ効果 東京都環境科学研究所のフィールド試験では 51.6m3/min×2 枚 省エネ効果は風量に比例するものとすると、 1 枚当たりの平均ファン動力は 従来型フィルタ：3.43kW/2×（50/51.6）＝1.66kW 洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）：2.76kW/2×（50/51.6）＝1.34kW ・年間空調運転時間：2,500h/年 ＜CO2 排出量削減効果＞ ・削減電力量：(1.66－1.34kW)×956 枚×2,500h/年＝764,800kWh/年 ・CO2 削減量：764,800kWh/年×0.324kg-CO2/kWh＝247.8t-CO2/年 東京都内事務所ビル ＜前提条件＞ ・都区部非木造家屋 事務所・店舗等床面積：107,411,341 ㎡ （都統計年鑑 平 21.1.1 現在） ・空調対象面積：70% 想定 ・都区部非木造家屋 事務所・店舗等空調対象床面積：75,187,939 ㎡ （延床面積×空調対称面積率） ・空調機採用比率：55％（佐藤他（2008 建築学会）より想定） ・空調面積：41,353,366 ㎡（空調対象床面積×空調機採用比率） ・空調機１台当たり空調面積：500 ㎡（想定） ・空調機の平均風量：12,000m3/h（単位風量：24m3/h ㎡） ・空調機のファン動力：5.6kW（想定） ・空調機台数：82,707 台（空調面積/500 ㎡） ・中性能フィルタ枚数：331,000 枚 82,707 台×12,000m3/h/（50m3/min 枚×60min/h） ・洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）採用による省エネ効果 定回転方式と変風量方式の採用比を 60:40（想定）とすると ファン動力比：80.5%（表 5.3.6 ΔPM）×60%＋92.6%（表 5.3.9）×40% ＝85.3％（省エネ率 100－85.3＝14.7%） ・年間空調運転時間：2,850h/年（PAL,ECE 事務所ビルの計算基準） ＜CO2 排出量削減効果＞ ○空調機の運転時間で算出 ・削減電力量：5.6kW×82,707 台×2,850h/年×14.7%＝194,000MWh/年 ・CO2 削減量：194,000MWh/年×0.324kg-CO2/kWh＝62,900t-CO2/年 pg. 39 ○事務所ビルのエネルギー消費原単位にて算出 ・事務所ビルのエネルギー消費原単位：1,717MJ/㎡年 ・内、空調機搬送動力：9.4% 延べ床面積当たり（省エネルギーセンター、熱源有りの事務所ビル） ・一次エネルギー換算係数：9.97MJ/kWh ・削減電力量：75,187,939 ㎡×1,717MJ/㎡年×9.4%÷9.97MJ/kWh×14.7% ＝179,000MWh/年 ・CO2 削減量：179,000MWh/年×0.324kg-CO2/kWh＝58,000t-CO2/年 5.3.9 考察 フィールド試験データの解析により次のファン動力式（2）を得た。 W＝－0.000222×Q･ΔP＋3.296×（r/r0）2.8＋0.238 ここで W ：ファン動力 kW Q･ΔP ：風量×フィルタ圧損 m3Pa/s r ：ファン回転数 rpm ：定格回転数 r0 ……(2) この特性式は東京都環境科学研究所の空調機固有のものであり、一般式ではない。しかし、風量 （2）式を用いて、絶 （6,200m3/h）、静圧（1,079Pa)は事務所ビルにおける標準的なスペックであり、 対値としてのファン動力でなく、フィルタ圧損の違いによる省エネ率を試算することは間違ってはい ない。 このファン動力式（2）を用いて、従来型フィルタを洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）に更新した 場合の省エネ率を、定回転方式（定風量方式）と変風量方式の空調機について算出した。（表 5.3.11 参照） フィールド試験では、この省エネ率を連続測定でも確認する準備をしていたが、研究所の空調工事 と重なり、十分なデータが得られなかった。 ファン動力式（2）を用いた省エネ率の信頼性を確認するために、理論式（1）で算出した省エネ率 も算出した。定回転方式では洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）による省エネ率は理論式より実験式 を用いた計算結果の方が大きく、変風量方式では理論式より実験式を用いた計算結果の方が小さくな った。この違いは、理論式では定回転方式における風量変化を、変風量方式におけるインバータやフ ァンの効率変化を見込んでいないところに原因がある。 さらに、この省エネ率により東京都内の事務所ビルに洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）を展開し た場合の CO2 削減効果も試算した。空調方式によるが、従来型フィルタを洗浄可能型フィルタ（プレ・メ イン一体）に更新することにより事務所ビルの CO2 排出量を 1.5～1.6％削減できることが分った。（表 5.3.12 参照） pg. 40 表 5.3.11 従来フィルタから洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）に 更新した場合の省エネ率 kW 洗浄可能型フィルタ （プレ・メイン一体） 省エネ率 3.43kW 2.76kW 19.5％ 1.08kW 1.00kW 7.4% ファン動力 空調方式 定回転方式 （定風量方式） 変風量方式 従来型フィルタ 表 5.3.12 従来フィルタから洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）に 更新した場合の CO2 削減ポテンシャル 対 象 東京都環境科学研究所 東京国際フォーラム 東京都内事務所ビル CO2 削減量 削減率 備考 3.1t-CO2/年 同仕様の空調機 5台 247.8t-CO2/年 1.7% 610×610 相当中性能フィルタ 956 枚 CO2 排出量 14,378t-CO2/年 （平成 21 年度エネルギー使用状況届出書） 1.5～ 1.6％ 定回転方式 60% 変風量方式 40% テナントを含む事務所ビル排出量 385 万 t-CO2/年（東京都環境局） 58,000～ 62,900t-CO2/年 pg. 41 5.4 LC(CO2)の検証 5.4.1 目的 製造から廃棄に至るまでの CO2 排出量の計算手法について検証及び考察をし、大規模施設における CO2 排出量、電力消費量及びライフサイクルアセスメントを試算し洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）の LC(CO2)の評価を行う。 5.4.2 算定対象フィルタ ・ 洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体） ・ 従来型中性能フィルタ：木枠品／アルミ枠品 ・ プレフィルタ(従来型中性能フィルタと同時使用) 表 5.4.2 算定対象フィルタ仕様 従来型フィルタ 項 目 洗浄可能型フィルタ （プレ・メイン一体） メインフィルタ 木枠／アルミ枠品 （日本ｹﾝﾌﾞﾘｯｼﾞﾌｨﾙﾀｰ製） プレフィルタ （他社製） フィルタサイズ [mm] 600H×600W×150D 610 H×610 W×70 D 595 H×595 W×18 D 定格流量 [m3/min] 56 56 56 初期圧力損失 [Pa] 110 50 90 最終圧力損失 [Pa] 280 294 200 平均圧力損失 [Pa]※1 203 155 127 平均捕集効率[％以上] 60※2 60※2 82※3 ※1：JIS B 9908 形式 2 に基づく平均粒子捕集率式を引用して算出 ※2：JIS B 9908 形式 2(比色法)に基づく平均粒子捕集率 ※3：JIS B 9908 形式 3(質量法)に基づく平均粒子捕集率 5.4.3 算定方法 環境負荷を定量化する手法の 1 つである LCA（Life Cycle Assessment）手法に基づき、フィルタ製造から 廃棄までの CO2 排出量を算定する。算定は以下のマニュアルガイドラインを参考に行う。 ・ 環境省、経済産業省「温室効果ガス排出量算定・報告マニュアル Ver2.4, 3.1」 ・ 経済産業省、国土交通省「ロジスティック分野における CO2 排出量算定方法共通ガイドライン Ver2.0」 (1)基本的な排出量算定の考え方 温室効果ガス排出量は活動量に原単位（排出係数）を乗じて計算される。 温室効果ガス排出量[t ガス]＝活動量×排出係数（活動量当たりの排出量） 排出係数は実測が望ましいが、不可能な場合は排出係数のデフォルト値を用いる。 上記式で算出した結果は温室効果ガスごとの単位で表した数値となっており、この排出量を次式により CO2 に換算する。 pg. 42 温室効果ガス総排出量 [tCO2] ＝∑（各温室効果ガス排出量[t ガス]×地球温暖化係数） ここで地球温暖化係数とは温室効果ガスごとに地球温暖化をもたらす程度を示す数値であり、国際的に 認められた知見に基づき地球温暖化対策推進法施行令で規定されている係数である。 表 5.4.3 算定対象ガス及び地球温暖化係数 地球温暖化係数 二酸化炭素 メタン 一酸化二窒素 1 21 310 輸送時の排出量に関しては燃料法、燃費法など算出方法がいくつかあるが、本件では改良トンキロ法を 用いる。算出式は以下となる。 CO2 排出量[tCO2]＝最大積載重量[t]×平均積載率[%]/100×輸送距離[km]×トンキロ法燃料使用 原単位 L/t・km] ×単位発熱量[GJ/kL]×排出係数[tC/GJ]×44/12 輸送トンキロ当たり燃料使用量算出式 ln(輸送トンキロ当たり燃料使用量 [L] ) =2.71－0.812×ln((積載率 [%])/100)－0.654×ln(最大積載量 [kg]) (2)排出係数 上記記載の通り、CO2 排出量の算定は通常、活動量に原単位（排出係数）を乗じて計算される。この排出 係数は実測により求めることが望ましいが、それが困難な場合は全国の平均的な値を用いて算定する。 本研究においても排出係数の実測は難しく、以下データより抜粋した。 （環境省『温室効果ガス「見える化」における温室効果ガス排出量の算定・表示・活用方法について』の算定 方法で指定されているデータを選定） ・ 南斉規介，森口祐一 (2009)産業連関表による環境負荷原単位データブック(3EID): 2005 年表（β版）, 独立行政法人国立環境研究所 地球環境研究センター， http://www-cger.nies.go.jp/publication/D031/index-j.html ・ 環境省「平成 21 年度の電気事業者ごとの実排出係数・調整後排出係数の公表について（お知らせ）」 (3)算定範囲 それぞれの対象フィルタについて材料使用から廃棄までを算定範囲とする。 pg. 43 5.4.4 算定結果 (1)LCA 手法に基づく CO2 排出量算出結果 材料 材料 調達 製造 製品 輸送 使用 洗浄 輸送 廃棄 輸送 洗浄 廃棄 表 5.4.4 LCA 手法による製品 1 枚当たりの CO2 排出量 単位： kgCO2/枚 洗浄可能型フィルタ （プレ・メイン一体型） 材料・製造 プレフィルタ 0.48 （表5.4.4-2） 0.7 （表5.4.4-2） 0.1 （推定値※1） 材料使用によるCO2排出量 4.2 （表5.4.6-1） 1.3 （表5.4.6-2） 2.6 （表5.4.6-2） 0.5 （表5.4.6-3） 1.6 （表5.4.7） 0.57 （表5.4.7） 0.57 （表5.4.7） - 6.5 2.4 3.9 0.6 客先納品輸送時のCO2排出量 1.2 （表5.4.5-1） 0.65 （表5.4.5-2） 0.65 （表5.4.5-2） 0.31 (2年目以降0.16) （表5.4.5-3） 輸送時のCO2排出量 1.7 （表5.4.5-1） 洗浄時のCO2排出量 1.8 洗浄合計 使用済み品輸送時のCO2排出量 廃棄 アルミ枠フィルタ 0.69 （表5.4.4-1） 材料・製造合計 洗浄 木枠フィルタ 材料調達によるCO2排出量 製造時のCO2排出量 製品輸送 従来品 焼却処理時のCO2排出量 廃棄合計 合計 - - ※2 0.001※1 3.5 - - 0.001 0.41 （表5.4.5-1） 0.21 （表5.4.5-2） 0.21 （表5.4.5-2） 0.036 （表5.4.5-3） 8.0 （表5.4.8） 5.7 （表5.4.8） 2.9 （表5.4.8） 0.17 （表5.4.8） 8.4 5.9 3.1 0.21 19.6 8.9 7.6 1.1 （2年目以降0.97） ※1 プレフィルタの製造工程において材料調達時及び製造時の排出量は推定値 ※2 洗浄型フィルタの洗浄時 CO2 排出量は洗浄メーカ算出値 pg. 44 (2)工程別 CO2 排出量内訳 ①材料調達による CO2 排出量内訳 4t トラック、軽油使用と仮定する。 各材料メーカからフィルタ製造工場までの距離は MapFan より算出。 材料 材料 調達 製造 製品 輸送 使用 洗浄 輸送 洗浄 廃棄 輸送 廃棄 表 5.4.4-1 材料調達による CO2 排出量内訳_洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体） 洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体） 輸送内容 プレ濾材 メイン濾材 樹脂フレーム シール剤 移動距離 [km] 1372 570 1026 498 軽油単位発熱量 [GJ/KL] 37.7 37.7 37.7 37.7 軽油排出係数[tC/GJ] 0.019 0.019 0.019 0.019 0.68 0.94 0.93 0.53 CO2 貨物重量 [kg] 平均積載率 [%] 62 輸送トンキロ当たり燃料使用量 原単位 [L/t・km] 輸送時排出量 [kgCH4] 62 0.098 0.098 0.098 0.24 0.13 0.24 0.07 1.5E-05 1.5E-05 1.5E-05 1.5E-05 0.041 0.017 0.031 0.015 21 21 21 21 0.86 0.36 0.65 0.31 CH4 地球温暖化係数 排出量_CO2換算値 [kgCO2] [kgCO2/枚] 62 0.098 CO2排出量 [kgCO2/枚] 軽油CH4排出係数 [kgCH4/km] 62 2.4E-04 1.4E-04 2.4E-04 6.7E-05 1.4E-05 1.4E-05 1.4E-05 1.4E-05 0.038 0.016 0.029 0.014 310 310 310 310 排出量_CO2換算値 [kgCO2] 12 4.9 8.9 4.3 [kgCO2/枚] 0.0033 0.0019 0.0033 0.0009 軽油N2O排出係数 [kgN2O/km] 輸送時排出量[kgN2O] N2O 地球温暖化係数 合計 [kgCO2/枚] 0.69 pg. 45 表 5.4.4-2 材料調達による CO2 排出量内訳_従来型メインフィルタ 従来型木枠フィルタ 輸送内容 シール剤 アルミ フレーム 濾材 シール剤 移動距離 [km] 1914 1.4 498 1914 958 498 軽油単位発熱量 [GJ/KL] 37.7 37.7 37.7 37.7 37.7 37.7 軽油排出係数[tC/GJ] CO2 木枠 フレーム 濾材 従来型アルミ枠フィルタ 貨物重量 [kg] 平均積載率 [%] 0.019 0.019 0.019 0.019 0.019 0.019 0.94 1.1 0.18 0.94 0.87 0.18 62 輸送トンキロ当たり燃料使用量 原単位 [L/t・km] CO2排出量 [kgCO2/枚] 軽油CH4排出係数 [kgCH4/km] 輸送時排出量 [kgCH4] CH4 地球温暖化係数 62 62 62 62 62 0.098 0.098 0.098 0.098 0.098 0.098 0.45 3.9E-04 0.02 0.45 0.21 0.02 1.5E-05 1.5E-05 1.5E-05 1.5E-05 1.5E-05 1.5E-05 0.057 4.2E-05 0.015 0.057 0.029 0.015 21 21 21 21 21 21 排出量_CO2換算値 [kgCO2] 1.2 0.001 0.31 1.2 0.60 0.31 [kgCO2/枚] 4.6E-04 3.9E-07 2.3E-05 4.6E-04 2.1E-04 2.3E-05 1.4E-05 1.4E-05 1.4E-05 1.4E-05 1.4E-05 1.4E-05 0.054 3.9E-05 0.014 0.054 0.027 0.014 軽油N2O排出係数 [kgN2O/km] 輸送時排出量[kgN2O] N2O 地球温暖化係数 310 310 310 310 310 310 排出量_CO2換算値 [kgCO2] 17 0.01 4.3 17 8.3 4.3 [kgCO2/枚] 0.0063 0.0063 0.0029 合計 [kgCO2/枚] 5.4E-06 0.48 pg. 46 3.2E-04 0.70 3.2E-04 ②製品・洗浄・廃棄輸送時の CO2 排出量内訳 2t トラック、軽油使用と仮定する。 移動距離は MapFan より算出。 材料 材料 調達 製造 製品 輸送 使用 洗浄 輸送 廃棄 輸送 洗浄 廃棄 表 5.4.5-1 製品・洗浄・廃棄輸送時 CO2 排出量内訳_洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体） 洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体） 輸送内容 新品製品輸送 移動距離 [km] 軽油単位発熱量 [GJ/KL] 軽油排出係数[tC/GJ] CO2 貨物重量 [kg] 平均積載率 [%] 輸送トンキロ当たり燃料使用量 原単位 [L/kg・km] CO2排出量 [kgCO2/枚] 軽油CH4排出係数 [kgCH4/km] 輸送時排出量 [kgCH4] CH4 地球温暖化係数 排出量_CO2換算値 [kgCO2] [kgCO2/枚] 軽油N2O排出係数 [kgN2O/km] 輸送時排出量[kgN2O] N2O 地球温暖化係数 排出量_CO2換算値 [kgCO2] [kgCO2/枚] 合計 [kgCO2/枚] pg. 47 洗浄輸送 廃棄輸送 256 710 83 37.7 37.7 37.7 0.019 0.019 0.019 455 455 455 11 10 11 0.61 0.68 0.61 1.2 1.7 0.40 1.5E-05 1.5E-05 1.5E-05 0.008 0.011 0.002 21 21 21 0.16 0.22 0.052 0.001 0.002 3.5E-04 1.4E-05 1.4E-05 1.4E-05 0.007 0.010 0.002 310 310 310 2.2 3.1 0.72 0.015 0.021 0.005 1.2 1.7 0.41 表 5.4.5-2 製品・洗浄・廃棄輸送時 CO2 排出量内訳_従来型メインフィルタ 従来型木枠フィルタ 輸送内容 新品製品輸送 移動距離 [km] 従来型アルミ枠フィルタ 廃棄輸送 新品製品輸送 廃棄輸送 256 92 256 92 37.7 37.7 37.7 37.7 0.019 0.019 0.019 0.019 682 853 676 765 17 15 17 13 輸送トンキロ当たり燃料使用量 原単位 [L/kg・km] 0.44 0.40 0.44 0.43 CO2排出量 [kgCO2/枚] 0.64 0.21 0.64 0.21 1.5E-05 1.5E-05 1.5E-05 1.5E-05 0.008 0.003 0.008 0.003 21 21 21 21 0.16 0.058 0.16 0.058 軽油単位発熱量 [GJ/KL] 軽油排出係数[tC/GJ] CO2 貨物重量 [kg] 平均積載率 [%] 軽油CH4排出係数 [kgCH4/km] 輸送時排出量 [kgCH4] CH4 地球温暖化係数 排出量_CO2換算値 [kgCO2] [kgCO2/枚] 0.0005 0.0002 0.0005 0.0002 軽油N2O排出係数 [kgN2O/km] 1.4E-05 1.4E-05 1.4E-05 1.4E-05 輸送時排出量[kgN2O] 7.2E-06 2.6E-06 7.2E-06 2.6E-06 310 310 310 310 2.2 0.80 2.2 0.80 0.007 0.002 0.007 0.002 0.65 0.21 0.65 0.21 N2O 地球温暖化係数 排出量_CO2換算値 [kgCO2] [kgCO2/枚] 合計 [kgCO2/枚] 表 5.4.5-3 製品・洗浄・廃棄輸送時 CO2 排出量内訳_従来型プレフィルタ 輸送内容 プレフィルタ プレフィルタ濾材のみ 2年目以降 プレ濾材 新品製品輸送 新品製品輸送 廃棄輸送 移動距離 [km] 474 474 92 37.7 37.7 37.7 0.019 0.019 0.019 3075 106 106 54 1.8 1.8 0.14 2.2 2.2 0.31 0.16 0.035 1.5E-05 1.5E-05 1.5E-05 0.014 0.014 0.003 21 21 21 0.30 0.30 0.058 軽油単位発熱量 [GJ/KL] 軽油排出係数[tC/GJ] CO2 貨物重量 [kg] 平均積載率 [%] 輸送トンキロ当たり燃料使用量 原単位 [L/kg・km] CO2排出量 [kgCO2/枚] 軽油CH4排出係数 [kgCH4/km] 輸送時排出量 [kgCH4] CH4 地球温暖化係数 排出量_CO2換算値 [kgCO2] [kgCO2/枚] 軽油N2O排出係数 [kgN2O/km] 0.0002 0.0002 0.00004 1.4E-05 1.4E-05 1.4E-05 0.013 0.013 0.003 310 310 310 輸送時排出量[kgN2O] N2O 地球温暖化係数 排出量_CO2換算値 [kgCO2] [kgCO2/枚] 合計 [kgCO2/枚] pg. 48 4.1 4.1 0.8 0.0023 0.0023 0.0005 0.31 0.16 0.036 ③材料使用による CO2 排出量内訳 材料 調達 材料 製品 輸送 製造 洗浄 輸送 使用 廃棄 輸送 洗浄 廃棄 表 5.4.6-1 材料使用による CO2 排出量内訳_洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体） 洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体） 構成部材 プレ濾材 メイン濾材 フレーム シーラ 素材 PET PET PP EVA 使用材料重量[kg/枚] 0.68 0.94 0.93 0.53 排出係数 [kgCO2/kg] 0.86 0.86 2.1 1.6 CO2排出量 [kgCO2/枚] 0.58 0.81 2.0 0.85 合計 [kgCO2/枚] 4.2 表 5.4.6-2 材料使用による CO2 排出量内訳_従来型木枠・アルミ枠メインフィルタ 従来型木枠フィルタ 従来型アルミ枠フィルタ 構成部材 濾材 フレーム シーラ 濾材 フレーム シーラ 素材 PET プライウッド EVA PET アルミ EVA 使用材料重量[kg/枚] 0.94 1.1 0.18 0.94 0.87 0.18 排出係数 [kgCO2/kg] 0.86 0.21 1.6 0.86 1.7 1.6 CO2排出量 [kgCO2/枚] 0.81 0.23 0.29 0.81 1.5 0.29 合計 [kgCO2/枚] 1.3 2.6 表 5.4.6-3 材料使用による CO2 排出量内訳_従来型プレフィルタ プレフィルタ 構成部材 濾材 フレーム 濾材押え材 金網 素材 PET アルミ 鉄線 鉄線 使用材料重量[kg/枚] 0.067 0.25 0.012 0.017 排出係数 [kgCO2/kg] 0.86 1.7 1.0 1.0 CO2排出量 [kgCO2/枚] 0.058 0.41 0.012 0.017 合計 [kgCO2/枚] 0.5 ※プレフィルタの製造工程において材料調達時及び製造時の排出量は推定値 pg. 49 ④製造工程における CO2 排出量内訳 材料 材料 調達 製品 輸送 製造 使用 洗浄 輸送 廃棄 輸送 洗浄 廃棄 表 5.4.7 製造工程における CO2 排出量内訳 洗浄可能型フィルタ （プレ・メイン一体） 製造工程 プリーティング シール剤塗布 プリーティング シール剤塗布 作業時間 [h/枚] 0.14 0.35 0.14 0.06 排出係数 [kgCO2/kWh] 0.32 0.32 0.32 0.32 CO2排出量 [kgCO2/枚] 0.36 1.2 0.36 0.21 1.6 合計 [kgCO2/枚] ⑤ 従来型 木枠・アルミ枠フィルタ 0.57 焼却処理工程における CO2 排出量内訳 材料 材料 調達 製造 製品 輸送 使用 洗浄 輸送 廃棄 輸送 洗浄 廃棄 表 5.4.8 廃棄（焼却処理）工程における CO2 排出量内訳 廃棄にまわる重量[kg/枚] 洗浄可能型フィルタ （プレ・メイン一体） 従来型木枠 フィルタ 従来型アルミ枠 フィルタ プレフィルタ 濾材 3.1 2.2 1.1 0.1 CO2 廃プラスチック排出係数 [kgCO2/kg] 2.6 CO2排出量 [kgCO2/枚] 7.8 5.6 2.8 0.17 廃棄にまわる重量[kg/枚] 3.1 1.1 木くず1.1 1.1 0.067 廃プラスチック 0.17 廃プラ0.17 木くず0.01 廃プラスチック 0.17 廃プラスチック 0.17 N2O 排出係数 [kgN2O/kg] 310 地球温暖化係数 排出量_CO2換算値[kgCO2/枚] 0.16 0.062 0.058 0.0035 合計 [kgCO2/枚] 8.0 5.7 2.9 0.17 pg. 50 5.4.5 運用モデルにおける CO2 排出量 洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）及び従来型フィルタについて運用モデルのシミュレーションを行っ た。 フィルタは 1 年で洗浄（廃棄）するとし、洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）を 3 回洗浄し、廃棄するまで のライフサイクルで試算した。 実際の運用では、予備フィルタを用い、運転と洗浄を交互に繰り返すことになるが、CO2 排出量シミュレー ションでは、使用後に行うフィルタ洗浄時間のタイムラグを無視した。 45 従来型木枠+プレ 40kgCO 2 /枚 従来型木枠+プレフィルタ CO2排出量_積算値 [kgCO2/枚] 40 従来型アルミ枠+プレフィルタ 4年目 洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体） 35 30 3年目 従来型アルミ枠+プレ 35kgCO 2 /枚 25 20 15 2年目 洗浄可能型 27kgCO 2 /枚 1年目 10 5 0 材 新 料 材 製 品 輸 料 造 輸 送 送 洗 廃 材 新 浄 洗 棄 廃 料 材 製 品 輸 浄 輸 棄 輸 料 造 輸 送 送 送 送 洗浄型 ○ ○ ○ ○ ○ ○ 従来型 ○ ○ ○ ○ 1年目 洗 廃 材 新 浄 洗 棄 廃 料 材 製 品 輸 浄 輸 棄 輸 料 造 輸 送 送 送 送 洗 廃 材 新 浄 洗 棄 廃 料 材 製 品 輸 浄 輸 棄 輸 料 造 輸 送 送 送 送 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 2年目 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 3年目 図 5.4.1 4 年間使用した場合の運用モデル（使用時含まない） pg. 51 洗 廃 浄 洗 棄 廃 輸 浄 輸 棄 送 送 4年目 ○ ○ （参考）運転由来の CO2 排出量加算 図 5.4.2 にフィルタ使用時の CO2 排出量を含めた運用モデルを示す。 5.3.8 ポテンシャルの検討で算出した東京都内事務所ビルモデルの結果を 4 年のライフサイクルに当て はめた。 使用時を含むCO2排出量_積算値 [kgCO2/枚] 6,000 4年目 従来木枠 5,213kgCO2/枚 従来型木枠+プレフィルタ 従来型アルミ枠＋プレフィルタ 5,000 洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体） 従来アルミ枠 5,208kgCO2/枚 3年目 4,000 洗浄可能型 4,440kgCO2/枚 2年目 3,000 2,000 1年目 1,000 図 5.4.2 フィールドテストによる場合の運用モデル（使用時含む） 条件 ～フィルタ運転時の CO2 排出量 ・ 計算のベースは東京都内事務所ビルの空調運時間 ・ 定回転方式と変流量方式の採用比を 60：40 とした場合 ・ 洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体） 1,293kg-CO2/枚年×（1－0.147（削減率））＝1,103kg-CO2/枚年 ・ 従来型フィルタ 5.6kW（標準的空調機のファン動力）÷4 枚（標準的空調機フィルタ枚数） ×2,850h/台（年間空調機運転時間）×0.324kg-CO2/kWh（二酸化炭素排出係数） ＝1,293kg-CO2/枚年 pg. 52 廃棄 洗浄工程 使用 材料 製造 廃棄 洗浄工程 使用 材料 製造 廃棄 洗浄工程 使用 材料 製造 廃棄 洗浄工程 使用 材料 製造 0 5.4.6 フィルタ処理時における回収エネルギー 洗浄可能フィルタ（プレ・メイン一体）を最終的に処理するオリックス資源循環株式会社寄居工場※は熱分 解ガス化改質方式を採用した施設であり、廃棄物は完全に再資源化される。 無酸素状態で乾燥・熱分解したのち、最大 2,000℃で溶融することにより、廃棄物はスラグ・メタル・金属水 酸化物などにマテリアルリサイクルされ、それぞれ再利用される。 溶融する過程で発生するガスは、洗浄・精製することによって、水素などで構成されるクリーンな精製ガス に変換される。 この精製ガスは、高効率発電システムに燃料として供され、余剰電力は電力会社に売電される。 実際に洗浄可能フィルタ（プレ・メイン一体）を寄居工場にて処理する場合、どの程度のエネルギーを回収 することができるか試算する。 表 5.4.9 に示す通り、構成部材から算出したフィルタ 1 枚の発熱量は 23,157kcal/枚であり、この値を寄居 工場 2008 年実績の諸条件を用いて算出すると約 3,100kcal/枚のエネルギーが回収できる結果になった。 表 5.4.10 に回収エネルギーの二酸化炭素削減量を算出した結果を示す。回収エネルギーを A 重油単 位発熱量 9,341kcal/L で除すと約 0.33L 分に相当し、単純計算ではあるが、約 0.90kgCO2 の二酸化炭素 を削減できる計算になる（A 重油燃料使用の排出係数 2.71）。 図 5.4.1 のように洗浄再生した後の 4 年後にフィルタを廃棄するライフサイクルで考えると 28kgCO2/枚の 二酸化炭素を排出するが、回収エネルギーを考慮すると結果的に 27.1kgCO2/枚となる。 ※ オリックス資源循環株式会社寄居工場 埼玉県が計画し、PFI（公共的施設に民間の資金やノウハウを活用して、民間主導で運営を行う手法）に より選定された公共関与の大規模リサイクル施設。 「事業基盤施設整備および公園・緑地施設整備」「大規模リサイクル施設（ガス化改質方式）の建設・運 営」から成り立っている。 表 5.4.9 洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）の回収エネルギー 1 枚当たりの発熱量 1 枚当たりの 回収エネルギー 23,157 [kcal/枚] 3,100 [kcal/枚] 条件 ～寄居工場 2008 年実績値 ・ 洗浄型フィルタのカロリー…7,719kcal/kg （23,157kcal/枚） ・ 寄居工場ごみ平均カロリー…2,305kcal/kg ・ 寄居工場はガス焚ボイラ及びボイラタービンにて発電しており、ここでのエネルギー効率（発 電効率）は約 13.4％。 洗浄可能フィルタを寄居工場にて処理する場合、 23,157kcal/枚×13.4％≒3,100kcal/枚のエネルギーが回収できる。 表 5.4.10 回収エネルギーから算出した CO2 削減量 CO2 削減量 ～A 重油換算 A 重油量に換算した 回収エネルギー 0.33 [L/枚] 0.90 [kgCO2/枚] 燃料使用に関する排出係数 A 重油排出係数…2.71tCO2/kL A 重油単位発熱量…39.1MJ/L（9,341kcal/L） pg. 53 5.4.7 考察 ① 表 5.4.4 より、LCA 手法に基づくフィルタ 1 枚当たりの CO2 排出量は洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一 体）で 19.6kgCO2/枚となり、従来品（プレフィルタの値を加算した数値） 10.1 kgCO2/枚及び 8.8kgCO2/枚 より多い結果となった。本品は洗浄に耐え得るオール樹脂性を謳っているが、フレームに使用しているポリ プロピレン樹脂の排出係数が大きいため、材料を使用することによる排出量に差が生じた。また、廃棄時に おいて、従来木枠品の木枠は環境負荷が小さい即ち排出係数が小さく、従来アルミ品に関してもアルミ枠 はマテリアルリサイクルされ、廃棄に廻る重量は少ない。このため、全てがサーマルリサイクルされる洗浄可 能フィルタの排出量が多い結果となった。 AHU（エアハンドリングユニット）に使用されるフィルタは、アルミ枠や合板枠にプリーツ状に成形された濾 材をおさめた中性能フィルタと呼ばれるものが主流であり、実際の使用では、粗じん捕集を目的とした繊維 集合体のプレフィルタと併用される。今回開発された洗浄可能フィルタ（プレ・メイン一体）は、特殊 PP 発泡 樹脂の枠にプリーツ状に成形したプレフィルタ濾材（濾材表面積増）と、洗浄性に優れた非帯電型中性能 フィルタ濾材をおさめた一体型構造になっている。フィルタ開発の段階では、枠として廃樹脂材や二酸化炭 素の排出量がゼロ（カーボンフリー）とされる合板材の検討もおこなった。廃樹脂材は、フィルタ製造上の問 題があり、また製品重量が重く運用面でのハンドリングの悪さが懸念されたため断念した。合板は、フィルタ 洗浄という観点では、乾燥状態の判定が難しく、カビ発生等の二次的副産物が懸念されること及び材料の 調達においては、結果的に広葉樹の伐採につながるということで断念した経緯がある。 上記の結果を踏まえ、5.4.6 にてフィルタ処理時における回収エネルギーについて検証した。洗浄可能 型フィルタ（プレ・メイン一体）についてはフィルタ 1 枚当たり A 重油換算で約 0.9kgCO2 削減できる結果にな った。洗浄可能型フィルタ材料であるポリプロピレンの高い発熱量がサーマルリサイクルにおいて化石燃料 代替品として有用であり、尚且つ回収エネルギーによる二酸化炭素削減につながることが確認できた。 ② 本フィルタの最大の特徴が「洗浄再生可能」であることより、洗浄・使用を繰り返し廃棄するまでのライフ サイクルに着目した（5.4.5 運用モデルにおける CO2 排出量）。洗浄品は 3 回洗浄した後に廃棄（想定寿命 4 サイクル）となるが、その間に従来品の場合は材料調達、製造、廃棄等全ての工程を繰り返すことになるた め、その差は年々大きくなる。想定寿命の 4 年サイクルでは、従来品の 23～33％（8～13kg CO2/枚以 上)CO2 の排出量が抑制されることが検証された（図 5.4.1）。 初期排出量は従来品と比較してやや大きいが、使用年数を重ねるほど洗浄可能型の環境負荷低減効果 が表れると言える。 参考として運転由来の CO2 排出量データを記載した。 フィルタの LC(CO2）を評価するに、運転ファン動力に起因する CO2 を無視することはできない。5.3.8 ポテ ンシャルの検討項目にて東京都内事務所ビルに従来型フィルタから洗浄型フィルタに置き換えた場合の削 減率を算出した。 この結果を 4 年間のライフサイクルに当てはめると洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）の LC(CO2)は、 従来品の 15％（770kg CO2/枚以上）CO2 の排出量が抑制される結果になった（図 5.4.2）。 pg. 54 ６．まとめ 6.1 フィルタ性能検証と洗浄回復検証 JIS B 9908-2001 形式 2(比色法)に基づき行ったフィルタ性能試験(間に 9 回のフィルタ洗浄を含む)の繰り返し 検証では下記のことが確認及び推測された。 ① 平均粒子捕集率 東京都機械設備工事標準仕様書（4 頁表）の粒子捕集率（平均粒子捕集率）は中性能フィルタ 60％、パネ ル型プレフィルタ 50％以上を維持することとされている。 洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）は、初期(新品)から洗浄を 9 回繰り返したフィルタ検証試験におい て平均粒子捕集率 70%以上を維持することが確認された。 今回は、限界洗浄回数についても実験を行い、フィルタ洗浄を 9 回行った後でもフィルタの捕集性能が維 持される結果を得た。 ② フィルタ重量 フィルタ洗浄を繰り返し行う毎に、フィルタ重量が増加する傾向にあることが推測された。洗浄 9 回後では、 約 55g 増加（初期と比較して 1.6％増）となったが、これは、洗浄や通風では離脱しないサブミクロン粒子によ る影響と推測される。 ③ 粉じん保持容量 フィルタ洗浄を繰り返し行う毎に、粉じん保持容量が減少（試験ばらつきはあるものの)する傾向が見られた。 これは②で推測した、サブミクロン粒子の残留が影響しているものと推測される。 ④ フィルタの洗浄回数について 粉じん保持容量とは、フィルタが初期圧力損失から最終圧力損失までの間に捕集（保持）したじん埃の量 であり、エアフィルタ性能の指標の一つとなる。 東京都における大気じん濃度「SPM（浮遊粒子状物質）」の年平均値 30μｇ/m3 から、フィルタの寿命と洗浄 間隔について考察を行った。 フィルタ寿命(月)の計算値では、試験回数 10 回目(洗浄回数 9 回)においても、12 ヶ月以上という計算値が 得られた。 ただし注意すべきこととして、大型商業施設等で多数の人の出入りがある場所や高速道路に隣接した場 所では、じん埃量が多いため使用可能な期間が短くなることも考慮しなければならない。 ⑤ 圧力損失回復率 洗浄後の圧力損失回復率は、空気清浄協会委員会報告“中高性能エアフィルタの洗浄再使用に関する 研究会”にて協議された 90%以上という判定値を満足する内容であった。 ⑥ フィルタの洗浄耐久強度 9 回洗浄後のフィルタ寸法測定では、新品時と比較しても差がなく、洗浄に耐えうる十分な強度を有してい ることがわかった。 6.2 フィルタ洗浄における殺菌効果の検証 ①オゾン水による殺菌効果測定 フィルタユニットの再生を目的に設計されたオゾン水による洗浄槽における殺菌効果を検討した。その結 果、供試微生物は 5 菌種ともに効率良く殺菌された。 ②使用済みフィルタユニットのオゾン水シャワーによる殺菌効果測定 実施設で約 6 か月間（24h 運転×152 日≒3,650h）使用したフィルタユニットを洗浄装置にセットし、オゾン 水をシャワーして殺菌効果を測定した。 その結果、洗浄槽に浸漬したフィルタユニットをバブル洗浄することによって、効率よく付着菌が剥離され pg. 55 ることがわかった。 また、バブル洗浄したフィルタをオゾン水でシャワーすることによって、洗い出される菌数は 2 桁（2 log10） 程度減少することが分かった。この減少要因は、オゾン処理による殺菌効果であると判断できる。 このフィルタユニットを乾燥させた再生フィルタユニットからの洗い出した菌数は更に減少していた。すな わち、使用済みフィルタユニットを洗浄槽に浸漬したのち、バブル洗浄、オゾン水シャワーを経て乾燥させる ことによって、未使用品と同レベルの細菌数まで殺菌（除菌）できることが推測された。 ③オゾンガスがヒトに及ぼす健康影響 オゾン洗浄工程は、シャワー方式よりもフィルタを洗浄槽に浸漬しておき洗浄槽の下部からオゾン水を注入 する方式が、作業環境中の排ガス濃度の抑制につながると推測された。 ④使用済みフィルタユニットのオゾン水浸漬による殺菌効果測定 作業環境中の排オゾンガスを考慮して、フィルタのオゾン処理方式をシャワー方式から浸漬方式に変更し てオゾン処理による殺菌効果を測定した。その結果、菌数の減少傾向はシャワー方式と同程度であった。 オゾンの排ガス対策を考慮すると、シャワー方式よりも浸漬方式の方が優れていると判断された。 ⑤洗浄装置によるフィルタ再生能の検討 今回の試験は、空調機フィルタを再利用する目的で製作された実装置を用いて、実際の空調機で使用さ れたフィルタユニットを洗浄・殺菌・乾燥させて、細菌汚染の動向をみたものである。その結果、再生フィルタ は未使用フィルタと同程度まで再生できることが判明した。 6.3 低圧損による省エネルギー効果の検証(フィールド試験) 東京都環境科学研究所の空調機に従来型フィルタと洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）を取付けフィ ルタ圧損と回転数を変化させてファン動力を測定した。この測定結果によりフィルタ圧損、ファン回転数とファ ン動力の関係を求め、運転由来の CO2 排出量を算出した。 当研究所の空調機をモデルとし、従来型フィルタと洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）の圧損の違い によるファン動力の差を定風量方式と変風量方式の 2 ケースについて算出した。 定風量方式と変風量方式では効果に差があるが、洗浄可能型フィルタの低圧損による軸動力の低減効果 が確認され、省エネ並びに CO2 排出量削減に大きく寄与することが分かった。 ① 定回転方式（定風量方式） 定回転方式における従来型フィルタと洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）のファン動力の違いを表 5.3.6 に示す。平均圧損で比較すると洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）のファン動力は従来型の 80.5％ と低い。 ② 変風量方式 変風量方式における従来型フィルタと洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）のファン動力の違いを表 5.3.8 に示す。従来型フィルタの初期と最終の圧力差が洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）よりも大きいが、 ファンの回転数制御にて要求風量に維持できるため、ファン動力の差が小さくなっている。 洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）のファン動力は従来型の 92.6％となった。 ③ 二酸化炭素排出量削減シミュレーション 今回の「中性能フィルタの性能確認試験」の結果を基に、従来型フィルタを洗浄可能型フィルタ（プレ・メイ ン一体）へ変更した場合の CO2 削減効果を算出した。 フィールド試験では、この省エネ率を連続測定でも確認する準備をしていたが、研究所の空調工事と重なり、 十分なデータが得られなかった。 pg. 56 従来フィルタから洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）に更新した場合の CO2 削減ポテンシャル算出した結 果以下のようになる。 東京国際フォーラムで 247.8t-CO2/年 フォーラム全体に対する削減率 1.7% 削減率 1.5～1.6％ 東京都内事務所ビル 58,000～62,900t-CO2/年 6.4 LC(CO2)の検証 製造から廃棄に至るまでの CO2 排出量の計算手法について検証及び考察をし、大規模施設における CO2 排 出量、電力消費量及びライフサイクルアセスメントを試算し、洗浄可能型フィルタ（プレ・メイン一体）の LC(CO２) の評価を行った。 ① LCA 手法に基づくフィルタ 1 枚当たりの CO2 排出量は従来品（プレフィルタの値を加算した数値）に比べ、 本研究対象フィルタである洗浄可能型の方が多い結果となった。本フィルタは、洗浄に耐え得るオール樹脂 性を謳っているが、フレームに使用しているポリプロピレン樹脂の排出係数が大きいため、材料を使用すること による排出量に差が生じた。その結果、製造時には従来品の 1.4～2.3 倍の CO2 を排出する値が出た。 枠の検討として廃樹脂材や二酸化炭素の排出量がゼロ（カーボンフリー）とされる合板材の検討もおこなった が、廃樹脂材はフィルタ製造上の問題や製品重量が重く運用面でのハンドリングの悪さが懸念され、合板は フィルタ洗浄という観点で乾燥状態の判定が難しく、カビ発生等の二次的副産物が懸念されること及び材料 の調達において結果的に広葉樹の伐採につながるということで断念した経緯がある。 ② 本フィルタの最大の特徴が「洗浄再生可能」であることより、洗浄・使用を繰り返し廃棄するまでのライフサ イクルに着目した。 共同研究での想定寿命の 4 年サイクルでは、従来品の従来品の 23～33％（8～13kg CO2/枚以上の差が生 じる)にまで CO2 の排出量が抑制されることが検証された。更なる効果を向上させるためには、フレーム材の見 直しにより更なる CO2 削減効果が期待されるので今後の研究課題としたい。 6.5 サーマルリサイクル処理における省エネルギー評価 今回の洗浄可能フィルタの廃棄は、最終処理するオリックス資源循環（株）寄居工場でありガス化改質方式（サ ーモセレクト方式）を採用した施設である。廃棄物中の可燃物をクリーンな燃料ガスに変換して再利用するという 特徴を持つ。寄居工場はガス焚ボイラ及びボイラタービンにて発電しており、ここでのエネルギー効率（発電効 率）は約 13.4％である。 洗浄可能フィルタを寄居工場にて処理する場合、約 3,100kcal/枚のエネルギーが回収できる。 回収エネルギーを単純に A 重油単位発熱量 9,341kcal/L で除すと約 0.33L 分に相当し、単純計算ではあるが、 約 0.90ｋgCO2 の二酸化炭素を削減できる計算になった（A 重油燃料使用の排出係数 2.71）。 pg. 57 参考文献 1) 空気清浄協会委員会報告：空気清浄第 39 巻第 4 号，中高性能エアフィルタの洗浄再使用に関する研究 会 （2001,11,30） 2）オゾン水処理研究会：上水処理におけるオゾン処理技術、オゾン水処理研究 （1986） 3）Sobsey, M. D. ：Inactivation of healtherelated microorganisme in water by disinfection process, Wat. Sci. Tech., 21(3), pp.179-196 (1989) 4）U. S. E. P. A. ：Guidance manual for compliance with the filtration and deisinfection requirement for public water systems using surface water sources. E. P. A. 6801-6989, Washington, D. C. ：U. S. E. P. A., Office of Drinking Water (1989) 5）金子光美 著：水の消毒、財）日本環境整備教育センター、東京（1997） pg. 58