【図解・計算式あり】ガラリ開口と送風機から算出する室圧シミュレーション｜エアバランスが重要な理由
工場、クリーンルーム、研究施設から商業ビルの空調設計まで。手戻りのないスムーズな施工とバリアフリーな扉開閉力を両立させるための理論計算式と、即座に試せる無料Webシミュレーターを大公開。
【本記事の要点】
部屋の給排気風量バランス（エアバランス）が崩れると、室内に不要な差圧が発生します。この差圧はドアの開閉を極端に重くし、風切り音や気流リークを招く原因となります。本稿ではこれらを定量化する計算式を紐解き、最後にそのまま設計検討に使えるWebシミュレーターをご提供します。
01 なぜ部屋の圧力（差圧）が崩れるのか？放置すると起きる3つのトラブル
建物内部の給気量と排気量のバランスが崩れると、室内の気圧が外気圧よりも高くなる「陽圧（正圧）」、あるいは低くなる「陰圧（負圧）」の状態になります。目的に沿って制御されていれば問題ありませんが、想定外の過剰な圧力が生じると、現場で以下の深刻なトラブルを引き起こします。
① 扉の開閉障害
室外と室内の気圧差がドアを押し戻す大きな壁となり、引張力が増大。子供や高齢者にとって「開かない重い扉」になってしまいます。
② 不快な風切り音
圧力差が限界を超えると、ドアの隙間やアンダーカット、パッキンの隙間を空気が高速で通り抜け、「ピー」「ヒュー」とうるさい音が鳴り響きます。
③ 環境保全の破綻
クリーンルームで十分な陽圧を維持できず異物が混入したり、逆に対象室を陰圧に保てず外部に臭気や有害気体がリークする原因になります。
02 室圧・扉の圧力計算に必要な「3つの基本条件」
当てずっぽうの設計を防ぎ、施工前検討で問題点を洗い出すためには、以下の3要素を定量的に把握する必要があります。
| 分類 | 必要なパラメータ | 実務設計上の重要チェックポイント |
|---|---|---|
| 1. 送風機スペック | 給気ファンの風量、排気ファンの風量 | 最大能力値ではなく、ダクト圧損やフィルター汚れを見込んだ「実動作点」での風量を用います。 |
| 2. 開口部・隙間 | ガラリ寸法、有効開口率、部屋の構造（気密性） | ガラリの外寸法だけで計算しては不十分。羽根による抵抗（有効開口率50%等）や、天井・壁継ぎ目の隙間（リーク）を合算します。 |
| 3. 扉仕様 | ドア幅、高さ、クローザーの閉止力、ハンドル位置 | ドアクローザーの閉じバネ力（一般に15〜25 N）に、差圧が引き込む（あるいは押し出す）モーメントが加算されます。 |
03 【実務設計基準】部屋の差圧・扉開閉力を求める２つの計算公式
開口部を通過する風量と、それによって部屋の前後に生じる圧力損失（差圧）は、以下の流体力学の基礎式から導かれます。
・通過風量 (m³/s): 一般的な換気風量 (m³/h) を 3600 で除して算出します。
・合計開口面積 (㎡): ガラリの有効面積 ＋ 部屋の気密的な隙間面積の合計。
・流量係数: 一般的なガラリや隙間の場合、およそ「0.6」として計算します。
・空気の密度: 標準環境下では「1.2 kg/m³」を基準値とします。
扉にかかる等分布な差圧荷重は、ヒンジを支点とするモーメントの釣り合いから、ハンドル位置において約「1/2」に軽減されます。
・ドア面積 (㎡): ドアの幅 (m) × 高さ (m)。
・ドア幅 / ( 2 × ハンドル位置 ): てこの原理に基づく補正比率（ハンドルが最外端にある場合、ほぼ0.5となります）。
・符号（±）の判定: 室圧がドアを開ける動作を押して「アシスト」する場合は『マイナス（軽くなる）』、逆にドアを閉じる向きに気圧が働く場合は『プラス（重くなる）』となります。
04 送風機とガラリから算出するステップ計算の実例
実務設計例：風速・風量を落とさずに室圧を下げたい場合
例えば、給排気差が 200 m³/h あり、部屋の隙間面積が 0.015 ㎡（標準室） の場合、ガラリがないと部屋の差圧は 51.5 Pa に跳ね上がります。この時、ドアを開けるのに必要な引張力は 61.2 N（約 6.2 kgf） となり、一般的な推奨値である「40 N以下（快適な範囲）」を大きく超過して不適合となります。
ここに、有効面積 0.05 ㎡ のガラリを1枚設置して合計面積を 0.065 ㎡ に拡張するだけで、差圧は一気に 2.7 Pa に激減し、必要な開閉力も 22.2 N まで低下。安全かつ快適なドアに改善することができます。
05 設備設計で手戻りを引き起こすよくある2大失敗ケース
! 失敗1: ガラリの外形寸法だけで計算し、差圧の異常上昇を招く
製品呼称サイズ（例: 400mm角 = 0.16 ㎡）をそのまま隙間面積として計算すると、実際の現場ではガラリ羽根の傾き（有効開口率50%）により面積が半分となり、差圧が想定の**4倍**も高く発生してドアが重くなる事態が発生します。
! 失敗2: フィルターの目詰まりによる風量の変動を考慮していない
初期は適正な室圧が維持されていても、中性能フィルターが数ヶ月の稼働で埃を吸うことでファンの送風能力が減退し、知らぬ間にクリーンルームの陽圧が落ちて外部から虫や粉塵を吸い込んでしまう設計ミスが多発します。設計初期段階で静圧への「マージン」をとることが大切です。