【大型シーリングファン】HVLSファンとは？

THE FIRST FANのような大型のシーリングファンは

正式にはHVLSファンというジャンルにカテゴライズされます。

日本ではシーリングファンですら若干馴染みの薄いものですが、HVLSファンとなるとおおらくほとんどの人が知らないのではないでしょうか？

そもそもHVLSファンとはなんなのか？英語版wikipediaの内容を見ていきたいと思います。

大風量低速回転ファン

High-Volume Low-Speed の略です。直径2.1メートルよりも大きいファンを指します。
HVLSファンは天井吊り下げ式が一般的ですが、一部にはポールマウントタイプもあります。
HVLSファンは低速回転により多量の気流を発生させることができます。そのため「High-Volume、Low-Speed」という名前が付けられました。

HVLSファンの一般的な用途は、産業用と商用の2種に分かれます。産業用途では空気調和工学のコスト/実用面の観点から現実的ではなく、通常は冷蔵倉庫や冷凍食品の製造現場においてのみ使用されます。

倉庫、納屋、格納庫、物流センターなどに設置される商用向けファンは、熱ストレスを防ぎ、職場環境の改善や、労働者と家畜の両方の生産性を向上させることができます。

またHVLSファンは、空調が設置されているスペースにおいても使用されますが、シーリングファンによる空気循環で空調による温度調節を効率よく行い、居住者の快適性を向上させます。主にショッピングモール、教会、オフィスビル、空港ターミナルビル、フィットネスセンター、学校などで多く使用されます。

歴史

1990年代後半、カリフォルニア大学リバーサイド校の教授であるウィリアム・フェアバンク氏（William Fairbank）とマクロエアテクノロジー社（Macro AirTechnologies）の創設者であるウォルター・ボイド氏（WalterK Boyd）によって開発されました。
ボイド氏は当初、大容量（High-Volume）かつ大径（Large-Diameter）のHVLDファンを発明し特許を取得しました。このタイプのファンはもともと農業用途向けに開発されたものであり、当初ファンがもたらすメリットは、乳製品生産向上に焦点を当て研究が進められました。

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HVLSファンのしくみ

HVLSファンは、冷たい気流が体を取り巻く湿気で飽和した境界層を破壊し、蒸発を加速して冷却効果を生み出すという原理に基づいて動作します。シーリングファンは、回転すると空気の柱を生成します。この空気の柱は床に沿って下へ移動します。水平フロアジェットと呼ばれるこの水平方向に移動する空気の深い壁は、ファンの直径に比例し、程度は低いものの、ファンの速度に比例します。フロアジェットがそのポテンシャルに達すると、側壁または他の垂直面に接触するまで外側に移動します。

理想的な条件下では、直径8フィート（2.4 m）のファンが、深さ約36インチ（910 mm）の床ジェットを生成します。直径24フィート（7.3 m）のファンでは、当初の開発目的であった、床に立っている人間や牛をカバーするのに十分な高さ、深さ108インチ（2,700 mm）のフロアジェットを生成します。

HVLSファンは、直径、回転速度、および性能の点において一般家庭用のシーリングファンと異なります。ファンは最新のブレードを使用して空気を動がすものもありますが、一部では翼型を使用するなどの方法により空気をより効率的に動かしているものもあります。

大型ファンと小型ファン

同じ速度でファンを回した時、直径の大きいファンは小さいファンよりも多くの空気を動かすことができます。乱流の高速エアジェットは非常に速く消散します。ただし、回転する際に生成される空気の柱は、移動する空気と静止した空気の間の摩擦により、大きな空気の柱は小さなものよりも遠くに「移動」します。

気柱の周囲は、柱の直径によってダイレクトに影響します。断面積は直径の2乗で変化しますが、大きな柱はそれに比例して周辺部が少なくなるため、抗力が少なくなります。したがって、直径3フィート（0.91 m）のファンから生成された気柱は、直径20フィート（6.1 m）のファンからの気柱と比べて、移動する空気の体積あたり6倍以上の摩擦界面を持ちます。

HVLSファンからの下降気柱が床に到達すると、空気は水平方向に回転し、すべての方向に分散します。外向きに流れる空気を「水平フロアジェット」（horizontal floor jet）と呼びます。フロアジェットの高さは気柱の直径によるため、当然直径の大きいファンはより大きな気柱を生成し、より高いフロアジェットを生成します。

同等の排気量の小型の高速ファンは、同じ効果を生み出すことができません。

ファンを駆動させる電力は、ファンを通過する平均対気速度の3乗にほぼ比例し増加します。時速20マイル（mph）で空気を送る商用ファンは、5mphで空気を送る同様のサイズのファンの約64倍の電力を必要とします。

対気速度とファンの「有効性」の組み合わせは、人や動物の体感温度を下げることが目的の場合、大きく低速なファンの方が、小さく高速なファンよりも効率的かつ効果的であることを意味します。

ファン性能の測定

一般に、Air Movement and Control Association Standard 230は、シーリングファンの性能を決定するための統一されたテスト手順を設定しています。

AMCA 230は、規格、認証、または保証の目的で推力の観点から性能を判断するために、空気循環ファンの統一された試験方法を確立します。1999年版では、測定された推力を気流に変換する為に簡単な方程式が使用されました。しかし定期的なレビューの中で、計算された気流が高すぎると判断されました。したがって、このバージョンでは、気流を人為的に算出することはなくなりましたが、測定されたパフォーマンスは推力そのままの単位になります。

現在のバージョンであるAMCA230-12は、修正された方程式と新しい効率メトリックを使用して気流速度を再導入しました。この規格の公式の範囲は、直径6フィート（1.8 m）未満のシーリングファンに限定されていました。したがって、現在の基準はHVLSファンには適用されません。この基準の新しいバージョンは現在検討されております。

冷暖房の利点

空気の動きは、人間の熱的快適性に大きく影響を与える可能性があります。寒い環境下においての風冷えは有害であると考えられていますが、常温から暖かい環境下においての空気の動きは有益であると考えられています。これは、通常、気温が約23.3℃を超える条件下では、一定の内部温度を維持するために体が熱を失う必要があるためです。

部屋を冷やすエアコンとは異なり、ファンは人の体感温度を下げる。天井ファンは、乗員レベルで対気速度を上げます。これにより、スペースではなく、より効率的な熱除去が容易になり、乗員が冷却されます。対気速度が上がると、体からの対流および蒸発による熱損失の割合が増えるため、空気の乾球温度を変えることなく、居住者は涼しく感じることができます。

熱気は冷気よりも密度が低いため、対流と呼ばれる現象によって熱気は自然に天井位まで上昇します。静止空気では、一定温度の層が形成され、下部が最も冷たく、上部が最も暖かくなります。これは層別化と呼ばれます。層状空間で空気を混合する最も効率的で効果的な方法は、熱風を乗員レベルまで押し下げることです。これにより、建物の壁や屋根からの熱損失と建物のエネルギー消費の両方を減らしながら、空間内の空気を完全に混合することができます。ドラフトが発生しないようにするには、ファンをゆっくりと回転させて、乗員レベルの対気速度が毎分40フィート（12 m /分）を超えないようにする必要があります。

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