局所排気装置の設計から完成までの実務手順｜現場調査・必要排風量・圧力損失・排風機選定・性能確認

局所排気装置を新しく設置するとき、「どのくらいの風量が必要なのか」「ダクトの太さはどう決めるのか」「どのような排風機を選べばよいのか」といった疑問が生じます。

局所排気装置は、フード、ダクト、排風機を組み合わせるだけでは完成しません。

有害物質の発生状況を調査し、必要な排風量を計算し、その空気を運ぶダクトを設計します。さらに、ダクトや機器で発生する圧力損失を計算し、必要な性能を発揮できる排風機を選ばなければなりません。

そして、設備を設置した後には、実際に風速や排風量を測定して性能を確認します。

この記事では、一つの具体的な設備を例にして、現場調査から完成時の性能確認までを順番に解説します。

計算には、できるだけ分かりやすい掛け算、割り算、足し算を使用します。

専門的な計算が初めての方でも理解できるように、計算の意味と途中の数値を省略せず説明します。

1．局所排気装置の設計から完成までの7段階

局所排気装置の設計から完成までは、次の7段階で進めます。

1. 現場調査：有害物質、発散源、作業方法などを調べる。
2. フード設計：有害物質を吸引するフードの形式と寸法を決める。
3. 必要排風量の計算：吸引に必要な空気量を求める。
4. ダクト設計：ダクト径と経路を決める。
5. 圧力損失計算・排風機選定：空気の流れに対する抵抗を計算し、排風機を選ぶ。
6. 施工・試運転：設備を設置し、正常に作動するか確認する。
7. 完成時の性能確認：制御風速、排風量、圧力などを測定する。

この順番が重要です。

例えば、必要排風量が決まっていなければ、適切なダクト径を決めることはできません。

また、ダクト径や経路が決まらなければ、圧力損失を計算できません。

局所排気装置は、それぞれの設備を個別に選ぶのではなく、フードから屋外排気口までを一つの系統として考える必要があります。

2．今回設計する局所排気装置の条件

2-1．作業内容

今回の例では、製造工場でアセトンを使用して小型金属部品を洗浄する作業を想定します。

アセトンは、有機溶剤中毒予防規則で第二種有機溶剤等に該当する物質です。

作業者は、ドラフトチャンバー型の囲い式フードを使用し、フード内部に設置した容器で洗浄作業を行います。

アセトンには引火性があるため、実際の設備設計では換気性能だけでなく、火災・爆発防止対策も必要です。

今回は、局所排気装置の設計計算を理解することを主な目的とします。

2-2．設計条件

今回使用する数値は、すべて説明のために設定した仮定値です。

実在する設備の測定結果ではありません。

項目	設定条件
使用物質	アセトン
作業	小型部品の洗浄
フード形式	囲い式フード
フード台数	1台
サッシ開口幅	0.80 m
サッシ開口高さ	0.40 m
法令上の原則的な制御風速	0.40 m/秒
自主的な設計目標の最小風速	0.50 m/秒
平均風速と最小風速の比	1.25（仮定値）
ダクト形式	円形ダクト
ダクト直管合計長さ	12 m
90度エルボ	3個
排ガス処理装置	活性炭吸着装置
排ガス処理装置の初期圧力損失	180 Pa
圧力損失増加後の想定値	230 Pa
空気密度	1.20 kg/m³

今回は、フード1台に対してダクト1系統、排風機1台を設けるものとします。

排風機は、活性炭吸着装置を通過した空気が流れる位置に設置します。

排気先は屋外です。

なお、活性炭吸着装置の圧力損失と処理能力は、実際の製品仕様を示したものではありません。

活性炭の吸着容量、破過、発熱、火災防止、交換条件などは、実設備では別途検討する必要があります。

3．第1段階：現場調査

設計計算を始める前に、現場でどのような作業が行われているかを調査します。

3-1．使用物質を確認する

最初に、使用する化学物質の安全データシート（SDS）を確認します。

主に確認する事項は、次のとおりです。

• 使用する物質の名称と成分
• 物質の有害性や引火性
• 使用量と使用頻度
• 作業温度
• 蒸気の発生状況
• 作業時の容器の開放状況
• 関係する法令

特に、使用量や温度によって有害物質の発散状況が変わる場合があります。

また、洗浄容器を常時開放している場合と、必要なときだけ開放する場合でも、発散条件は異なります。

3-2．発散源の位置を調べる

今回の発散源は、ドラフトチャンバー内部の洗浄容器です。

調査では、容器の大きさ、設置位置、作業者の手の動き、サッシの開口高さを確認します。

例えば、作業者がサッシを0.40 m開いて作業する場合と、0.60 m開いて作業する場合では、必要な排風量が異なります。

したがって、実際に作業する状態を確認し、設計に使用するサッシ開口高さを決めることが重要です。

3-3．周囲の気流を確認する

ドラフトチャンバーの吸引性能は、周囲の空気の動きにも影響されます。

例えば、空調設備からの横風がフードの開口面を横切ると、内部の有害物質が外側へ流出するおそれがあります。

また、排気した空気を補う給気が不足すると、室内が強い負圧になり、計画した排風量が得られなくなる場合があります。

そのため、フードの位置だけでなく、空調の吹出口、出入口、窓、給気設備なども確認します。

4．第2段階：フードの形式と寸法を決める

今回の作業では、洗浄容器を内部に設置できる囲い式フードを採用します。

囲い式フードは、発散源を囲い込み、開口部から内部へ空気を吸い込む構造です。

4-1．開口面積を計算する

まず、サッシの開口面積を求めます。

今回の開口寸法は次のとおりです。

• 開口幅：0.80 m
• 開口高さ：0.40 m

長方形の面積は、「横幅 × 高さ」で求められます。

計算①：開口面積を求める

0.80 × 0.40 ＝ 0.32

計算結果：開口面積は0.32 m²

つまり、空気がフード内部へ流れ込む開口部の面積は0.32平方メートルです。

ここで注意したいのは、サッシのガラスで閉じられている部分を開口面積に含めないことです。

計算に使用するのは、実際に空気が流れ込む開口部分だけです。

5．第3段階：必要排風量を計算する

ここからは、フードで吸引する空気の量を計算します。

5-1．必要排風量とは

必要排風量とは、有害物質を適切に捕捉するためにフードから排出する必要がある空気の量です。

排風量の単位には、m³/分を使用します。

例えば、排風量が12 m³/分であれば、1分間に12立方メートルの空気を吸引することを意味します。

5-2．制御風速を確認する

有機溶剤中毒予防規則第16条では、囲い式フードの原則的な制御風速として0.40 m/秒が定められています。

囲い式フードの制御風速は、開口面における最小風速です。

つまり、開口面の平均風速が0.40 m/秒あればよいという意味ではありません。

今回は、自主的な設計目標として、開口面の最小風速を0.50 m/秒に設定します。

ここで設定した0.50 m/秒は、法令上の一律の義務ではなく、今回の設計上の目標値です。

5-3．平均風速を求める

開口面では、すべての場所で同じ風速になるとは限りません。

一般に、場所によって風速が異なるため、最小風速と平均風速を区別します。

今回は、平均風速が最小風速の1.25倍になると仮定します。

この1.25を、今回の計算では補正係数と呼びます。

計算②：平均風速を求める

最小風速 × 補正係数

0.50 × 1.25 ＝ 0.625

計算結果：平均風速は0.625 m/秒

つまり、今回の設計では、開口面の平均風速を0.625 m/秒と仮定して計算します。

ただし、補正係数1.25は説明用の仮定値です。実際の設備では、フードの構造や風速分布によって変わります。

5-4．1秒間に吸引する空気量を求める

次に、開口面積と平均風速を掛けます。

なぜ掛け算するのでしょうか。

開口面積が0.32 m²で、そこを1秒間に0.625 m進む速さで空気が流れると考えます。

このとき、1秒間に通過する空気の体積は、面積と空気が進む距離を掛けることで求められます。

計算③：1秒間の空気量を求める

開口面積 × 平均風速

0.32 × 0.625 ＝ 0.20

計算結果：0.20 m³/秒

つまり、1秒間に0.20立方メートルの空気が開口面を通過する計算です。

5-5．1分間の排風量へ換算する

通常、局所排気装置の排風量は、m³/分で表すことが多いため、秒単位を分単位へ換算します。

1分間は60秒です。

そのため、1秒間の空気量に60を掛けます。

計算④：必要排風量を求める

0.20 × 60 ＝ 12.0

計算結果：必要排風量は12.0 m³/分

これが今回の設計に使用する必要排風量です。

計算の流れをまとめると、次のとおりです。

順番	計算内容	計算結果
①	0.80 × 0.40	開口面積0.32 m²
②	0.50 × 1.25	平均風速0.625 m/秒
③	0.32 × 0.625	0.20 m³/秒
④	0.20 × 60	12.0 m³/分

このように、複雑な関数を使用しなくても、必要排風量を計算できます。

ただし、開口面の風速分布が仮定どおりになるとは限りません。排風量12.0 m³/分で最小風速0.50 m/秒を確保できるかは、実際のフードで確認する必要があります。

5-6．サッシを大きく開けた場合

サッシを0.40 mから0.60 mに開いた場合を考えてみます。

計算①：新しい開口面積

0.80 × 0.60 ＝ 0.48 m²

計算②：1秒間の空気量

排風量12.0 m³/分を秒単位へ換算します。

12.0 ÷ 60 ＝ 0.20 m³/秒

計算③：平均風速

0.20 ÷ 0.48 ＝ 約0.417 m/秒

開口高さを0.60 mまで大きくすると、排風量が同じ場合、平均風速は約0.417 m/秒となります。

ただし、これは平均風速です。

最小風速が0.40 m/秒以上であるとは判断できません。

開口面積が変われば、風速も変化するため、サッシを開く高さを適切に管理することが重要です。

6．第4段階：ダクト径を決める

必要排風量12.0 m³/分が決まったため、次にダクトを設計します。

ダクトは、フードで吸引した空気を排ガス処理装置や排風機へ運ぶ通路です。

ダクトが細すぎると空気の流れる速さが大きくなり、圧力損失が増えることがあります。

反対に、太くすれば圧力損失は小さくなる傾向がありますが、設置スペースや施工費が増える場合があります。

6-1．今回使用するダクト径

今回は、円形ダクトの内径を160 mmと仮定します。

まず、mmをmへ換算します。

160 ÷ 1,000 ＝ 0.160 m

つまり、ダクト内径は0.160 mです。

6-2．ダクトの断面積を求める

円形の断面積は、次の順番で求められます。

① 直径を2で割って半径を求める。

② 半径と半径を掛ける。

③ 円周率3.1416を掛ける。

計算①：半径を求める

0.160 ÷ 2 ＝ 0.080 m

計算②：半径同士を掛ける

0.080 × 0.080 ＝ 0.0064

計算③：円周率を掛ける

0.0064 × 3.1416 ＝ 0.02010624

計算結果：ダクト断面積は約0.020106 m²

このように、円形ダクトの断面積は、半径と円周率から求められます。

6-3．ダクト内風速を計算する

ダクト内風速は、ダクト内部を流れる空気の平均的な速さです。

今回の排風量は12.0 m³/分です。

まず、1秒間の空気量に換算します。

計算①：排風量を秒単位へ換算

12.0 ÷ 60 ＝ 0.20 m³/秒

次に、1秒間の空気量をダクト断面積で割ります。

計算②：ダクト内風速を求める

0.20 ÷ 0.020106 ＝ 約9.95

計算結果：ダクト内平均風速は約9.95 m/秒

つまり、ダクト内部では空気が平均して1秒間に約9.95 m進む計算です。

この9.95 m/秒は、今回のダクト径と排風量から求めた値です。

法令で一律に定められているダクト内風速ではありません。

ダクト径を最終決定する際には、圧力損失、騒音、設置条件なども考慮します。

7．第5段階：圧力損失を計算する

ダクトの中を空気が流れると、管の内壁との摩擦や曲がり部分などによって抵抗が発生します。

この空気の流れに対する抵抗を、圧力損失と呼びます。

圧力損失が大きいほど、一般に排風機には大きな圧力を発生させる能力が必要になります。

今回は、次の5つの圧力損失を計算します。

1. フード接続部
2. ダクト直管部分
3. 90度エルボ
4. 活性炭吸着装置
5. 屋外排気口

7-1．最初に速度圧を求める

圧力損失を求めるには、まずダクト内の速度圧を計算します。

速度圧とは、流れている空気の運動エネルギーに対応する圧力です。

単位にはPa（パスカル）を使用します。

今回の条件は次のとおりです。

• 空気密度：1.20 kg/m³
• ダクト内平均風速：約9.947 m/秒

速度圧は、次の順番で求めます。

① ダクト内風速を2回掛ける。

② 空気密度を掛ける。

③ 最後に2で割る。

計算①：風速を2回掛ける

9.947 × 9.947 ＝ 約98.94

計算②：空気密度を掛ける

98.94 × 1.20 ＝ 約118.73

計算③：2で割る

118.73 ÷ 2 ＝ 約59.37

計算結果：速度圧は約59.37 Pa

以降の計算では、丸めによる誤差を小さくするため、速度圧の丸める前の値59.3679 Paを使用します。

7-2．フード接続部の圧力損失

フードからダクトへ空気が流れ込む際には、接続部の形状などによって圧力損失が発生します。

今回は、フード接続部の損失係数を1.50と仮定します。

損失係数とは、形状によって発生する抵抗の大きさを表すための数値です。

計算：フード接続部の圧力損失

59.3679 × 1.50 ＝ 89.05185

計算結果：約89.05 Pa

これは仮定した損失係数による計算結果です。

実際には、接続部の形状に応じた損失係数を選ぶ必要があります。

7-3．直管部分の圧力損失

直管では、空気とダクト内壁の摩擦によって圧力損失が発生します。

今回は、次の条件を使用します。

• 直管合計長さ：12 m
• ダクト内径：0.160 m
• 摩擦係数：0.025（仮定値）
• 速度圧：59.3679 Pa

計算を順番に進めます。

計算①：ダクト長さを内径で割る

12 ÷ 0.160 ＝ 75

計算②：摩擦係数を掛ける

75 × 0.025 ＝ 1.875

計算③：速度圧を掛ける

1.875 × 59.3679 ＝ 約111.31

計算結果：直管部分の圧力損失は約111.31 Pa

直管部分の圧力損失は、ダクトの長さ、内径、内面の状態、風速などによって変わります。

今回は摩擦係数0.025を仮定していますが、実設計ではダクトの材質や流れの条件に応じて適切な値を使用します。

7-4．90度エルボの圧力損失

エルボとは、ダクトの向きを変えるために使用する曲がり部分です。

エルボでは空気の流れが曲がるため、圧力損失が発生します。

今回は次の条件を使用します。

• 90度エルボ：3個
• エルボ1個の損失係数：0.75（仮定値）
• 速度圧：59.3679 Pa

計算①：エルボ1個の圧力損失

59.3679 × 0.75 ＝ 約44.53 Pa

計算②：エルボ3個の圧力損失

44.5259 × 3 ＝ 約133.58 Pa

計算結果：エルボ3個の圧力損失は約133.58 Pa

ただし、すべての90度エルボの損失係数が0.75になるわけではありません。

曲がり半径、断面形状、施工状態などによって異なります。

7-5．活性炭吸着装置の圧力損失

今回の設備では、有機溶剤蒸気の排ガス処理装置として活性炭吸着装置を想定しています。

活性炭吸着装置の内部を空気が通過する際にも圧力損失が発生します。

今回は、設計排風量12.0 m³/分における初期圧力損失を180 Paと仮定します。

活性炭吸着装置の圧力損失：180.00 Pa

この数値は仮定値です。

実設備では、メーカーの性能資料などから、使用する風量に対応した圧力損失を確認する必要があります。

7-6．屋外排気口の圧力損失

今回の計算では、ダクト出口から屋外へ排気する単純化した条件を想定します。

排気口から空気が出ると、その空気が持つ運動エネルギーは、通常、系統内で回収できません。

今回は、この出口損失を速度圧1個分として扱います。

計算：屋外排気口の圧力損失

59.3679 × 1.00 ＝ 約59.37 Pa

計算結果：約59.37 Pa

なお、出口の速度圧を損失として含めているため、同じ速度圧を別の項目として再度加算してはいけません。

雨よけ、排気筒、消音器などによって追加の損失が発生する場合は、別途計算します。

7-7．圧力損失を合計する

各部分の計算結果をまとめます。

部分	圧力損失
フード接続部	89.05 Pa
直管12 m	111.31 Pa
90度エルボ3個	133.58 Pa
活性炭吸着装置	180.00 Pa
屋外排気口	59.37 Pa
合計	573.31 Pa

計算は単純な足し算です。

89.05 ＋ 111.31 ＋ 133.58 ＋ 180.00 ＋ 59.37

＝ 573.31 Pa

これが今回の設計排風量12.0 m³/分における初期状態の系統圧力損失です。

8．圧力損失が増加した場合

排ガス処理装置の状態が変化すると、圧力損失が増加する場合があります。

今回は、活性炭吸着装置の圧力損失が180 Paから230 Paまで増加すると仮定します。

計算①：圧力損失の増加量

230 − 180 ＝ 50 Pa

計算②：増加後の系統圧力損失

573.31 ＋ 50 ＝ 623.31 Pa

計算結果：圧力損失増加後は623.31 Pa

ここでの623.31 Paは、排風量が12.0 m³/分に保たれている場合の計算値です。

実際には、圧力損失が増えると排風量が減少することがあります。

そのため、排風機の性能曲線を使い、圧力損失が増加した状態でも必要な排風量が得られるかを確認します。

なお、活性炭吸着装置の交換時期や処理能力は、圧力損失だけで判断できるものではありません。吸着性能や破過状況などを別途評価する必要があります。

9．第5段階の続き：排風機を選定する

9-1．排風機は風量だけで選べない

今回の設計条件は次のとおりです。

項目	数値
必要排風量	12.0 m³/分
初期状態の圧力損失	573.31 Pa
圧力損失増加後の値	623.31 Pa

排風機を選ぶ場合、必要排風量だけを確認しても十分ではありません。

排風機は、風量によって発生できる圧力が変わります。

例えば、空気の通り道に大きな抵抗があると、排風機が十分な風量を出せない場合があります。

そこで、排風機の性能曲線と系統抵抗曲線を比較します。

9-2．排風機の性能曲線とは

排風機の性能曲線とは、風量と排風機が発生できる圧力の関係を示したグラフです。

今回は、説明のために仮想の排風機を設定します。

実在するメーカーの製品ではありません。

この排風機の全圧は、今回の計算範囲では次のように求められるものとします。

排風機全圧（Pa）＝1,250 − 50 × 排風量（m³/分）

例えば、排風量が10 m³/分の場合は、

50 × 10 ＝ 500

1,250 − 500 ＝ 750 Pa

となります。

排風量が12 m³/分の場合は、

50 × 12 ＝ 600

1,250 − 600 ＝ 650 Pa

となります。

同じように計算すると、次の表になります。

排風量	排風機が発生する全圧
8 m³/分	850 Pa
10 m³/分	750 Pa
12 m³/分	650 Pa
14 m³/分	550 Pa
16 m³/分	450 Pa

今回の仮想排風機では、風量が増えるほど発生できる圧力が小さくなります。

ただし、実際の排風機の性能曲線は必ずしも直線になるわけではありません。

9-3．系統抵抗曲線とは

系統抵抗曲線とは、風量が変化したときにダクトや機器の圧力損失がどのように変化するかを示したグラフです。

今回の例では、圧力損失が風量の2乗に比例すると仮定します。

これは計算を簡単にするための近似です。

初期状態で、排風量12.0 m³/分のときに圧力損失が573.31 Paとなる条件を使用します。

例えば、排風量が10 m³/分になった場合を考えます。

計算①：排風量の比を求める

10 ÷ 12 ＝ 約0.83333

計算②：その数値を2回掛ける

0.83333 × 0.83333 ＝ 約0.69444

計算③：基準の圧力損失を掛ける

573.31 × 0.69444 ＝ 約398.13 Pa

計算結果：排風量10 m³/分では約398.13 Pa

同じ方法で、排風量ごとの圧力損失を計算します。

排風量	初期状態	圧力損失増加後
8 m³/分	254.81 Pa	277.03 Pa
10 m³/分	398.13 Pa	432.86 Pa
12 m³/分	573.31 Pa	623.31 Pa
14 m³/分	780.34 Pa	848.39 Pa
16 m³/分	1,019.22 Pa	1,108.11 Pa

圧力損失増加後も同じ考え方で計算しますが、基準となる圧力損失には623.31 Paを使用します。

実際の排ガス処理装置では、圧力損失が必ずしも風量の2乗に比例するとは限らないため、製品の抵抗特性を確認する必要があります。

9-4．運転点を求める

排風機の運転点は、排風機性能曲線と系統抵抗曲線が交わる位置です。

なぜ交わる位置が重要なのでしょうか。

排風機が発生する圧力と、ダクトなどによって失われる圧力が釣り合うことで、その設備の運転風量が決まるためです。

今回の計算では、排風機全圧と系統の全圧抵抗を比較しています。

初期状態の運転点

まず、排風量12.0 m³/分のときは、

• 排風機全圧：650 Pa
• 系統圧力損失：573.31 Pa

です。

排風機が発生できる圧力の方が大きいため、この条件では運転風量が12.0 m³/分より増える方向になります。

風量を少しずつ変えて、排風機全圧と系統圧力損失が一致する位置を探します。

計算すると、初期状態の運転点は約12.5195 m³/分となります。

このときの排風機全圧は、

50 × 12.5195 ＝ 625.975

1,250 − 625.975 ＝ 624.025 Pa

となります。

同じ風量での系統抵抗も約624.03 Paとなり、両者はほぼ一致します。

したがって、

初期状態の運転点

• 排風量：約12.52 m³/分
• 全圧：約624.03 Pa

です。

圧力損失増加後の運転点

次に、活性炭吸着装置の圧力損失が増えた場合を考えます。

同じ方法で、排風機全圧と系統抵抗が一致する位置を探します。

計算すると、運転排風量は約12.1726 m³/分となります。

このときの排風機全圧は、

50 × 12.1726 ＝ 608.63

1,250 − 608.63 ＝ 約641.37 Pa

となります。

同じ風量での系統抵抗も約641.37 Paとなります。

したがって、

圧力損失増加後の運転点

• 排風量：約12.17 m³/分
• 全圧：約641.37 Pa

です。

9-5．排風機選定の結果

今回の計算結果は次のとおりです。

運転条件	運転排風量	運転全圧
初期状態	12.52 m³/分	624.03 Pa
圧力損失増加後	12.17 m³/分	641.37 Pa

今回の仮想排風機では、いずれも設計排風量12.0 m³/分以上となりました。

ただし、これは計算上の結果です。

実際には、排風機メーカーの性能曲線を使用し、効率、電動機出力、運転範囲、騒音、振動なども考慮する必要があります。

また、圧力損失が増加しても必要排風量を維持できるかは、実際の運転条件に応じて確認します。

9-6．排風機に必要な動力を計算する

排風機を選ぶときには、必要な動力も確認します。

今回は、排風量12.0 m³/分、排風機全圧650 Paの条件で計算します。

これは仮想排風機性能曲線上の設計確認点です。

計算①：排風量を秒単位へ換算

12.0 ÷ 60 ＝ 0.20 m³/秒

計算②：空気動力を求める

0.20 × 650 ＝ 130 W

計算結果：空気動力は130 W

次に、排風機の全圧効率を55％と仮定します。

55％は小数で0.55です。

計算③：必要な軸動力を求める

130 ÷ 0.55 ＝ 約236.36 W

計算結果：必要軸動力は約236 W

これは設計確認点における計算結果であり、そのまま電動機の定格出力を決定するものではありません。

実際には、運転範囲全体の軸動力や電動機の特性、必要な安全対策などを確認して選定します。

なお、アセトンを使用する設備では、適切な防爆対策や静電気対策などについても検討する必要があります。

10．第6段階：設計図面を作成して施工する

10-1．設備配置図とダクト系統線図

計算が終わったら、設計図面を作成します。

主な図面には、設備配置図とダクト系統線図があります。

設備配置図は、設備がどこに設置されるのかを示す図です。

ダクト系統線図は、フードから屋外排気口まで、空気がどの経路を通って流れるのかを示す図です。

今回の設備では、次の内容を図面に記載します。

設備	主な記載内容
フード	型式、開口幅、開口高さ
ダクト	内径160 mm、長さ12 m
エルボ	90度エルボ3個の位置と形状
活性炭吸着装置	型式、設計風量、圧力損失
排風機	型式、性能曲線、運転条件
排気口	位置、形状、排気方向
測定箇所	風量測定位置、静圧測定位置など

また、実際の施工でダクト経路を変更した場合には、圧力損失への影響を再検討する必要があります。

10-2．施工時の注意点

施工では、設計図と実際の設備が一致しているかを確認します。

特に、次の事項が重要です。

• ダクト径や経路が設計どおりか。
• エルボの個数と形状が適切か。
• ダクト接続部に漏れがないか。
• 排風機の回転方向が正しいか。
• 排ガス処理装置が適切に接続されているか。
• 風速や静圧の測定位置を確保しているか。
• 設備の点検や清掃ができる構造か。
• 必要な火災・爆発防止措置が講じられているか。

例えば、施工上の都合でエルボを増やした場合、圧力損失が増加することがあります。

その結果、計画した排風量が得られなくなる可能性があります。

そのため、施工変更が発生した場合は、必要に応じて設計計算を見直します。

11．第7段階：完成時の性能を確認する

設備の施工が完了したら、実際に運転して性能を確認します。

ここで重要なのは、設計計算と測定結果を比較することです。

11-1．測定条件を決める

今回の設備では、次の条件で測定するものとします。

• サッシ開口幅：0.80 m
• サッシ開口高さ：0.40 m
• 開口面積：0.32 m²
• 給気設備：通常運転
• 周囲の作業条件：通常の状態

なお、先ほどの仮想排風機を設定回転数のまま運転した場合、初期運転風量は約12.52 m³/分でした。

以下の16点測定例は、排風量を12.0 m³/分に調整した別の仮定条件を想定します。

例えば、インバータで排風機の回転数を調整する場合です。

回転数を変更すると排風機性能曲線も変わるため、前述の運転点をそのまま適用することはできません。

また、風量を12.0 m³/分に調整した状態で、その後の圧力損失増加を考慮する場合は、新しい排風機性能曲線を使って再評価する必要があります。

11-2．開口面の風速を測定する

今回は開口面を4列×4行の16区画に分け、各区画の中心で風速を測定するものとします。

今回の開口寸法では、各区画は幅0.20 m、高さ0.10 mとなります。

厚生労働省の「局所排気装置の定期自主検査指針」では、囲い式フードの開口面を原則として等面積かつ一辺0.5 m以下の16以上の部分に分けるなどの測定位置の考え方が示されています。ただし、フード形状や開口部が著しく小さい場合の扱いなども定められているため、実際には指針に従って測定位置を設定します。

次の数値は、説明用に設定した仮想測定値です。

測定位置	左①	②	③	右④
上段	0.54	0.60	0.61	0.56
2段目	0.62	0.68	0.70	0.63
3段目	0.64	0.72	0.74	0.66
下段	0.52	0.59	0.64	0.55

単位：m/秒

11-3．平均風速を求める

平均風速は、16か所の測定値をすべて足して、16で割ることで求められます。

まず、各段の合計を求めます。

上段

0.54 ＋ 0.60 ＋ 0.61 ＋ 0.56 ＝ 2.31

2段目

0.62 ＋ 0.68 ＋ 0.70 ＋ 0.63 ＝ 2.63

3段目

0.64 ＋ 0.72 ＋ 0.74 ＋ 0.66 ＝ 2.76

下段

0.52 ＋ 0.59 ＋ 0.64 ＋ 0.55 ＝ 2.30

次に、4段の合計を求めます。

2.31 ＋ 2.63 ＋ 2.76 ＋ 2.30 ＝ 10.00

最後に、測定点数16で割ります。

10.00 ÷ 16 ＝ 0.625

計算結果：平均風速は0.625 m/秒

この計算は、等面積に分割した16点の測定値を平均するものです。

11-4．最小風速を確認する

今回の16点の中で、最も小さい数値は0.52 m/秒です。

したがって、

最小風速は0.52 m/秒

となります。

今回の仮想測定値では、次のように比較できます。

評価項目	数値
法令上の原則的な制御風速	0.40 m/秒
今回の自主的な設計目標	0.50 m/秒
仮想測定結果の最小風速	0.52 m/秒

今回の仮想測定結果では、最小風速が両方の値を上回っています。

ただし、これだけで有害物質の漏出や作業者のばく露に問題がないことまで保証するものではありません。

実際の設備では、適切な測定方法での確認に加え、作業中の気流や有害物質の発散状況も評価する必要があります。

【図解⑩挿入：ドラフトチャンバーの開口面16点測定と最小風速0.52 m/秒の位置】

11-5．排風量を確認する

次に、開口面の平均風速から排風量を計算します。

開口面積は0.32 m²です。

平均風速は0.625 m/秒でした。

計算①：1秒間の空気量

0.32 × 0.625 ＝ 0.20 m³/秒

計算②：1分間の排風量

0.20 × 60 ＝ 12.0 m³/分

計算結果：排風量は12.0 m³/分

今回の仮想測定条件では、設計排風量12.0 m³/分と一致しました。

ただし、開口面以外から空気が流入する場合や、測定点の代表性に問題がある場合などは、開口面から求めた排風量とダクト内の排風量が一致しないことがあります。

そのため、必要に応じてダクト内の風量測定も行います。

11-6．静圧と差圧を記録する

完成時には、風速や排風量だけでなく、静圧や排ガス処理装置の差圧も記録すると、その後の維持管理に役立ちます。

例えば、排ガス処理装置の差圧が増加すると、排風量が低下する場合があります。

しかし、静圧の絶対値が大きくなったことだけで吸引性能が向上したとは判断できません。

ダクトの閉塞や排ガス処理装置の抵抗増加によっても、測定位置によっては負圧の絶対値が大きくなる場合があるためです。

静圧、排風量、制御風速、運転条件などを組み合わせて評価することが重要です。

12．法令上の要求事項を確認する

今回の例では、アセトンを使用する有機溶剤業務を想定しているため、有機溶剤中毒予防規則などを確認します。

12-1．主な関係法令

法令	主な確認事項
有機溶剤中毒予防規則第5条	対象業務における設備
同規則第14条	フード・ダクトの構造
同規則第15条	排風機の配置
同規則第15条の2	排気口
同規則第16条	制御風速
同規則第20条	定期自主検査
同規則第21条	検査記録
同規則第22条	初使用時等の点検
同規則第23条	異常時の補修

今回の囲い式フードでは、第16条の原則的な制御風速0.40 m/秒を確認する必要があります。

ただし、対象業務や特例・適用除外の有無によって適用関係が異なる場合があります。

12-2．設置時の計画届出

局所排気装置の設置等では、労働安全衛生法第88条、労働安全衛生規則などに基づく計画届出が必要となる場合があります。

届出対象に該当する場合には、原則として工事開始の日の30日前までに所轄労働基準監督署長へ届け出る必要があります。

ただし、設備の種類や適用除外・認定等によって取扱いが異なるため、設計の初期段階で届出の要否を確認してください。

12-3．定期自主検査

有機溶剤中毒予防規則第20条の対象となる局所排気装置については、原則として1年以内ごとに1回の定期自主検査が必要です。

また、第21条により、所定の検査記録を3年間保存しなければなりません。

初めて使用するときや分解して改造・修理を行ったときには、第22条に基づく点検も必要です。

定期自主検査の具体的な方法については、「局所排気装置の定期自主検査指針」が参考になります。

12-4．今回の計算値と法令上の基準を区別する

今回の記事で使用した次の数値は、法令がすべての局所排気装置に一律に定めたものではありません。

• 最小風速の設計目標：0.50 m/秒
• 平均風速と最小風速の比：1.25
• ダクト内平均風速：9.95 m/秒
• 摩擦係数：0.025
• 各部の局部損失係数
• 初期圧力損失：573.31 Pa

これらは、今回の条件を基にした設計値または仮定値です。

法令の基準、実際の設計目標、計算上の仮定を混同しないようにしてください。

13．設計から完成までの実務チェックリスト

現場調査

• 使用する化学物質とSDSを確認した。
• 作業方法と使用量を確認した。
• 発散源と作業者の位置を確認した。
• 空調や給気の影響を確認した。
• 適用法令と必要な届出を確認した。

フード・ダクト設計

• 適切なフード形式を選定した。
• サッシの使用開口高さを決めた。
• 開口面積を計算した。
• 必要排風量を計算した。
• ダクト径とダクト内風速を計算した。
• ダクトの長さとエルボの個数を確認した。

排風機選定

• 各部分の圧力損失を計算した。
• 排ガス処理装置の圧力損失を確認した。
• 圧力損失が増加した状態を検討した。
• 排風機性能曲線と系統抵抗曲線を比較した。
• 必要な電動機出力や運転条件を確認した。
• 必要な火災・爆発防止対策を検討した。

施工・完成時確認

• 設備が設計図どおりに施工されている。
• ダクト接続部の漏れや異常がない。
• 排風機が正常に運転している。
• 開口面の最小風速を確認した。
• 排風量を確認した。
• 静圧や差圧を記録した。
• 通常作業時の吸引状況を確認した。
• 完成図面と測定記録を整理した。

14．よくある質問

Q1．排風量の計算で60を掛けるのはなぜですか？

秒単位の空気量を、分単位へ換算するためです。

1分間は60秒なので、1秒間に流れる空気量を60倍すれば、1分間の空気量になります。

例えば、

0.20 m³/秒 × 60秒 ＝ 12.0 m³/分

となります。

Q2．必要排風量が計算できれば、制御風速も満たすと判断できますか？

できません。

囲い式フードでは、開口面の位置によって風速が異なる場合があります。

今回の計算では、平均風速と最小風速の比を1.25と仮定しました。

しかし、実際の風速分布がそのとおりになるとは限りません。

そのため、完成後には最小風速を測定する必要があります。

Q3．ダクト径を大きくすれば、圧力損失は必ず減りますか？

同じ風量を流す場合、一般にダクト径が大きいほどダクト内風速が低下し、直管部分の圧力損失は小さくなる傾向があります。

ただし、接続部の形状なども影響します。

また、粉じんを搬送する設備では、搬送速度が不足するとダクト内に粉じんが堆積する可能性があります。

そのため、対象物質や設備条件に応じて設計します。

Q4．排風機は最大風量だけを見て選べばよいですか？

最大風量だけでは判断できません。

必要な排風量に対して、どのくらいの圧力を発生できるかを確認する必要があります。

排風機性能曲線と系統抵抗曲線を比較し、実際の運転点を求めることが重要です。

Q5．圧力損失が増加すると、必ず排風量が減りますか？

回転数一定の排風機と、通常の抵抗特性を持つ系統では、一般に圧力損失の増加によって運転排風量は減少します。

ただし、インバータによる風量制御などが行われている場合には、その制御条件によって運転状態が異なります。

Q6．完成時には何を測定すればよいですか？

今回の設備では、開口面の制御風速と排風量を確認することが重要です。

また、静圧、排ガス処理装置の差圧、排風機の運転条件なども記録しておくと、その後の性能管理に役立ちます。

法令上の点検・検査事項については、対象設備に適用される規定を確認してください。

15．まとめ：局所排気装置の設計は計算結果をつなげて考える

今回は、アセトンを使用する小型部品洗浄作業を例に、局所排気装置の設計から完成までを解説しました。

主な計算結果を整理すると、次のとおりです。

計算項目	結果
フード開口面積	0.32 m²
自主的な設計目標の最小風速	0.50 m/秒
平均風速の仮定値	0.625 m/秒
必要排風量	12.0 m³/分
ダクト内径	160 mm
ダクト内平均風速	9.95 m/秒
速度圧	59.37 Pa
初期状態の圧力損失	573.31 Pa
圧力損失増加後	623.31 Pa
仮想排風機の初期運転排風量	12.52 m³/分
仮想排風機の損失増加後の運転排風量	12.17 m³/分
排風量調整後の仮想測定における最小風速	0.52 m/秒

局所排気装置の設計では、必要排風量だけでなく、ダクト径、圧力損失、排風機性能を一つの系統として検討することが重要です。

さらに、設置した後には、実際の風速や排風量を測定して性能を確認する必要があります。

設計計算によって求めた性能が、実際の作業条件でも得られていることを確認し、その状態を継続して管理することが、局所排気装置を適切に運用するための基本となります。

参考資料

1. 有機溶剤中毒予防規則｜e-Gov法令検索
2. 労働安全衛生法｜e-Gov法令検索
3. 労働安全衛生規則｜e-Gov法令検索
4. 労働安全衛生法施行令｜e-Gov法令検索
5. 「局所排気装置の定期自主検査指針」等の周知等について｜厚生労働省
6. 有機溶剤中毒予防規則｜厚生労働省法令等データベース

※本文中の設計計算例は、技術的な考え方を理解するために設定した仮定条件によるものです。実際の設備の設計・施工にそのまま使用できることを保証するものではありません。