住宅HVAC設計事例：シカゴ 200m² 一戸建て住宅
シカゴの200m²二階建て住宅の完全なHVAC設計事例。暖房負荷計算（ASHRAE）、ダクトサイジング、放熱器選定を空調計算ツールProの無料計算機で段階的に解説。
1. プロジェクト概要
本ケーススタディはシカゴ（イリノイ州、気候帯5A）の200m²二階建て一戸建て住宅の完全な暖房システム設計をカバーします。建物は10m×10mの長方形で、合計200m²の空調面積です。設計はASHRAE 62.1/62.2（換気）およびASHRAE Fundamentals（暖房負荷計算）に準拠します。
シカゴの冬季暖房設計用室外温度はASHRAEにより-18°C、室内設定温度20°C、設計温度差38K。壁はR-15連続断熱（U=0.38W/m²K）、Low-E複層ガラス窓（U=1.6W/m²K）、気密性能目標0.35ACH（50Pa）。暖房システムはガスコンデンシングボイラーによる温水ラジエーター方式を採用します。
間取り：1階LDK（40m²、南向き）、キッチン（15m²、北向き）、2階に3寝室（各20m²、北・東・西向き）と浴室2室（各10m²）。地下は非空調で天井部に断熱。
2. ステップ1：暖房負荷計算
ASHRAE熱平衡法により室別に計算。hvaccalcpro暖房負荷計算機で自動化できます。
室別入力条件：
- LDK（40m²、南向き）：外壁2面（各8×2.7m）、窓6m²。
- 寝室1（20m²、北向き）：外壁1面（5×2.7m）、窓3m²。
- 寝室2（20m²、東向き）：外壁1面（5×2.7m）、窓3m²。
- 寝室3（20m²、西向き）：外壁1面（5×2.7m）、窓3m²。
- キッチン（15m²、北向き）：外壁1面（5×2.7m）、窓2.25m²。
結果まとめ（室別）：
- LDK（40m²）：2,800W
- 寝室1 — 北（20m²）：1,200W
- 寝室2 — 東（20m²）：1,100W
- 寝室3 — 西（20m²）：1,150W
- キッチン（15m²）：900W
- 浴室1（10m²）：400W
- 浴室2（10m²）：400W
総暖房負荷：6,950W（約23,700BTU/h）。設計用に7,000Wに丸めます。
3. ステップ2：放熱器選定
温水パネルラジエーター（75°C送水/65°C還水、ΔT=50K）。ASHRAE Standard 150基準で標準シングルパネルコンベクターラジエーターは1セクション当たり約150W出力。
室別セクション配分：
- LDK：2,800÷150≈19セクション（2台に分割：10+9）
- 寝室1：1,200÷150≈8セクション
- 寝室2：1,100÷150≈7セクション
- 寝室3：1,150÷150≈8セクション
- キッチン：900÷150≈6セクション
- 浴室1：400÷150≈3セクション（タオルウォーマー推奨）
- 浴室2：400÷150≈3セクション（タオルウォーマー推奨）
設置総セクション数：54セクション（約15%の余裕）。hvaccalcpro放熱器サイジング計算機で検証可能。
4. ステップ3：換気用ダクトサイジング
主暖房は温水ラジエーターですが、ASHRAE 62.2要件に基づき予熱外気を供給する最小限のダクト換気システムを設計。送風量：4人居住で300m³/h。
主ダクト設計風速5m/s時、断面積0.0167m²、相当円管径146mm→φ150mm採用。各寝室支管φ100mm（3m/s）、LDK支管φ125mm。最長経路（主幹＋LDK支管、相当長25m）総圧損約45Pa。送風機機外静圧75Paで余裕あり。hvaccalcproダクトサイジング計算機で検証。
5. 結果まとめ
| パラメータ | 記号 | 数値 | 単位 |
|---|---|---|---|
| 総空調面積 | A | 200 | m² |
| 室外設計温度 | Tout | −18 | °C |
| 室内設定温度 | Tin | 20 | °C |
| 総暖房負荷 | Qtotal | 7,000 | W |
| 壁U値 | Uwall | 0.38 | W/m²K |
| 窓U値 | Uwin | 1.6 | W/m²K |
| 換気回数 | ACH | 0.35 | h⁻¹ |
| ラジエーター出力/セクション | — | 150 | W/セクション |
| 総セクション数 | — | 54 | セクション |
| 換気送風量 | V̇ | 300 | m³/h |
| 主ダクト径 | D | 150 | mm |
| 設計風速 | v | 5 | m/s |
| 総圧力損失 | ΔP | 45 | Pa |
6. 使用した計算機へのリンク
本設計事例で使用したhvaccalcpro.comの無料計算機。
- 暖房負荷計算機 — ASHRAE Fundamentalsに基づく室別熱損失計算。
- 放熱器サイジング計算機 — 各室の必要ラジエーターセクション数を算出。
- ダクトサイジング計算機 — 風量と風速から円形・矩形ダクト寸法を計算。
- ボイラー容量計算機 — 総負荷に基づくコンデンシングボイラー選定。
免責事項：本ケーススタディは教育目的の参考資料です。実際のHVAC設計は資格を有する専門技術者が行い、地域の条例等に適合させる必要があります。