HVAC単位換算ガイド
HVACエンジニアのための実践的な単位換算リファレンスです。電力、風量、圧力、温度、効率の各単位について、換算係数、機器選定やダクト設計における実務上の適用例を詳しく解説します。
1. HVAC単位換算の概要
HVAC工学では、複数の単位系が併用されています。米国ではヤード・ポンド法（IP単位）が標準ですが、それ以外の地域では国際単位系（SI）が主流です。SI系の中でも、地域によって異なる派生単位が好まれます。日本ではSHASE-S規格に基づき、冷房負荷計算にW/m²とkJ/hの両方が使用され、圧力にはkPaやmmH₂Oが用いられます。
正確な単位換算は単なる事務作業ではなく、重要な工学的スキルです。換算係数を誤ると、ダクトの過小設計、チラーの過大選定、ポンプの誤選定につながる可能性があります。例えば、CFMとm³/hを1.7倍の係数で誤って使用すると、ダクトが小さすぎてファンエネルギーが増加したり、大きすぎて材料コストが無駄になったりします。
このガイドでは、HVAC専門家に必要な換算係数を物理量ごとに整理し、各単位が使用される実務上の背景とともに提供します。
2. 電力単位——ワット（W）、キロワット（kW）、BTU/時（BTU/h）
電力単位はエネルギー伝達の速度を表します。冷暖房能力、圧縮機動力、ファンモーター定格、ポンプ消費電力の基本指標です。これらの換算を正しく理解することは、機器選定、エネルギー監査、建築省エネ基準への適合に不可欠です。
| 変換元 | 変換先 | 換算係数 | 例 |
|---|---|---|---|
| BTU/h | kW | ÷ 3412 | 12,000 BTU/h = 3.52 kW |
| kW | BTU/h | × 3412 | 1 kW = 3,412 BTU/h |
| BTU/h | W | × 0.2931 | 10,000 BTU/h = 2,931 W |
| W | BTU/h | × 3.412 | 1,000 W = 3,412 BTU/h |
| 冷凍トン（RT） | BTU/h | × 12,000 | 1 RT = 12,000 BTU/h |
| 冷凍トン（RT） | kW | × 3.517 | 1 RT = 3.517 kW |
| hp（機械馬力） | kW | × 0.7457 | 1 hp = 0.746 kW |
| kJ/h | kW | ÷ 3600 | 3,600 kJ/h = 1 kW |
各単位の使用場面：BTU/hは北米の住宅・小規模商業用HVAC機器の標準容量単位です。kWは世界的な機器容量および電力入力のSI標準です。冷凍トン（RT）は大型商業用チラーに使用され、1 RTは1米トンの氷を24時間で融解する冷却効果を表します。馬力（hp）はIP地域の古いファン・ポンプモーター銘板に残っています。
実務上の注意：冷凍トンと実電力の違い
よくある混乱点は、1 RT = 3.517 kWの冷凍能力ですが、圧縮機の入力電力はこれよりはるかに低く、通常0.8–1.2 kW/RTです（チラー効率COPに依存）。容量（出力）と消費電力（入力）を混同しないでください。
3. 風量単位——m³/h、CFM、L/s
空気体積流量は、ダクトサイズ計算、ファン選定、換気設計、空調機（AHU）仕様決定の基本量です。業界では主に3つの単位が使用されています：北米でCFM（立方フィート/分）、日本を含むアジアでm³/h、欧州の換気基準でL/sです。
| 変換元 | 変換先 | 換算係数 | 例 |
|---|---|---|---|
| CFM | m³/h | × 1.699 | 1,000 CFM = 1,699 m³/h |
| m³/h | CFM | ÷ 1.699 | 1,000 m³/h = 588.6 CFM |
| CFM | L/s | × 0.4719 | 1,000 CFM = 471.9 L/s |
| L/s | CFM | × 2.119 | 500 L/s = 1,059.5 CFM |
| m³/h | L/s | ÷ 3.6 | 3,600 m³/h = 1,000 L/s |
| L/s | m³/h | × 3.6 | 100 L/s = 360 m³/h |
ダクト設計の背景：ダクト内の空気流速は、主ダクトで3–8 m/s、分岐ダクトで2–5 m/sが標準的です。ダクト断面積は「面積 = 流量 / 流速」で計算します。計算全体で一貫した単位を使用することが重要です。CFMとm/sを混在させると、誤ったダクト寸法になります。
4. 圧力単位——Pa、kPa、bar、psi、inH₂O、mmH₂O
HVACにおける圧力測定の範囲は広範囲に及びます。フィルターやコイルの低差圧（PaやinH₂O）から、ポンプ吐出圧や冷媒系統圧力（barやpsi）まで、用途に応じて異なる単位が使用されます。
| 変換元 | 変換先 | 換算係数 | 例 |
|---|---|---|---|
| Pa | kPa | ÷ 1000 | 100,000 Pa = 100 kPa |
| Pa | bar | ÷ 100,000 | 100,000 Pa = 1 bar |
| Pa | psi | ÷ 6894.76 | 6895 Pa ≈ 1 psi |
| Pa | inH₂O | ÷ 249.089 | 249 Pa ≈ 1 inH₂O |
| Pa | mmH₂O | ÷ 9.80665 | 98.1 Pa ≈ 10 mmH₂O |
| psi | bar | ÷ 14.504 | 14.5 psi ≈ 1 bar |
| inH₂O | Pa | × 249.089 | 1 inH₂O = 249.09 Pa |
| mmH₂O | Pa | × 9.80665 | 10 mmH₂O = 98.07 Pa |
ファンとポンプへの適用：ファン全圧は通常Pa（SI）またはinH₂O（IP）で表記されます。標準的な屋上ユニットのファン静圧は250–750 Pa（1–3 inH₂O）で、大型遠心ファンは最大2,500 Pa（10 inH₂O）に達します。ポンプ揚程を圧力で表す場合はkPaまたはbarを使用します。冷凍水ポンプの標準設計揚程は150–300 kPa（1.5–3 bar）です。圧力単位の換算ミスは、ファン動力が差圧に比例するため、動力計算に直接影響します。
5. 温度換算——°C、°F、K
温度はHVAC業務で最も頻繁に換算される量です。設計条件、設定値、送風温度、気象データは地域や規格によって異なる単位で表示されます。換算式は単純ですが、実務では適切な温度スケールの選択が重要です。
| 換算タイプ | 公式 | 例 |
|---|---|---|
| °C → °F | °F = (°C × 9/5) + 32 | 25°C = 77°F |
| °F → °C | °C = (°F − 32) × 5/9 | 77°F = 25°C |
| °C → K | K = °C + 273.15 | 25°C = 298.15 K |
| K → °C | °C = K − 273.15 | 300 K = 26.85°C |
| °F → K | K = (°F + 459.67) × 5/9 | 77°F = 298.15 K |
| K → °F | °F = K × 9/5 − 459.67 | 300 K = 80.33°F |
工学的設計条件：日本のSHASE-S規格では、冷房設計条件は一般的に乾球温度35°C、湿球温度26°Cを使用します。開ルビン（K）はカルノーサイクル効率や冷媒物性値の参照など、絶対温度比が必要な熱力学計算に使用されます。1°Cの温度差は1 Kに等しいことに注意してください。ΔTの換算では、°CとKの数値は同じですが、°Fでは異なります（例：10°C = 18°F）。絶対温度値と温度差を区別して換算することが重要です。
6. 効率単位——COP、EER、SEER
HVAC機器のエネルギー効率指標には主に3つの形態があります：COP（成績係数）、EER（エネルギー効率比）、SEER（季節エネルギー効率比）です。これらの指標は世界中で使用されていますが、類似した異なる性能特性を測定するため、混同されることがよくあります。
| 指標 | 定義 | 単位 | 標準範囲 |
|---|---|---|---|
| COP | 出力（W）/ 入力（W） | 無次元 | 2.5–6.0（冷房）、3.0–5.0（ヒートポンプ暖房） |
| EER | 出力（BTU/h）/ 入力（W） | BTU/h·W⁻¹ | 8–15（標準）、≥ 11（高効率） |
| SEER | EERの季節平均値 | BTU/h·W⁻¹ | 13–28+（最新システム） |
換算関係：1 W = 3.412 BTU/hであるため、COPとEERの関係は単純です：COP = EER / 3.412、EER = COP × 3.412。例えば、EER 12のチラーのCOPは12 / 3.412 ≈ 3.52です。SEERはAHRIの標準試験条件におけるEERの季節加重平均値です。同一機器でも、SEERは部分負荷条件での効率が良いため、EERよりも常に高くなります。
チラーとヒートポンプへの適用：チラー効率はkW/RT（キロワット/冷凍トン）で表されることが多く、これはCOPの逆数です。COP 6.0のチラーは1 kW/RT ÷ 6.0 × 3.517 = 0.586 kW/RTを消費します。日本では、省エネ法に基づきチラーやヒートポンプの最小COP値が定められています。
7. よくある換算ミス
経験豊富なHVAC専門家でも、単位換算で時折誤りを犯します。以下は実務で最も頻繁に見られる落とし穴です：
- 冷凍トンと電力を混同する。1 RT = 3.517 kWの冷凍能力ですが、圧縮機入力電力ははるかに低く、通常0.8–1.2 kW/RTです。仕様が冷凍能力と入力電力のどちらを指すか必ず確認してください。
- CFMとm³/hの換算方向を誤る。係数1.699は一方向のみに機能します。1,000 CFM × 1.699 = 1,699 m³/hが正解ですが、除算すると誤った結果になります。
- 大気圧とゲージ圧を混同する。標準大気圧は101.325 kPaです。ファン静圧定格値はゲージ圧ですが、冷媒圧力仕様は絶対圧の場合があります。この違いを無視すると約100 kPaの誤差が生じます。
- 絶対温度の公式で温度差を換算する。ΔT 10°Cは18°Fであり、(10 × 9/5 + 32) = 50°Fではありません。温度差にはΔ°F = Δ°C × 9/5を使用します（+32のオフセットなし）。
- ダクト計算でIP単位とSI単位を混在させる。CFMとm/sを換算せずに混用すると、誤ったダクト断面積になります。計算前にすべての入力を一貫した単位系に変換してください。
- SEERをEERと同一とみなす。SEERは部分負荷試験による季節平均値で、EERは単一フル負荷定格値です。同一機器でもSEERはEERより10–20%高くなります。ピーク負荷計算にSEERを使用すると消費電力を過小評価します。
- 換算係数を過度に丸める。1 inH₂O = 250 Pa（正確には249.089）は0.37%の誤差で概算には許容範囲ですが、1 psi = 7 kPa（正確には6.895）は1.5%の誤差を生み、複数ステップの換算で累積します。最終的な設計計算では高精度の係数を使用してください。
8. よくある質問
BTU/hをkWに換算するにはどうすればよいですか？
BTU/hをkWに換算するには、BTU/h値を3412で割ります。例：12,000 BTU/h ÷ 3412 = 3.52 kW。BTU/hを使用する米国メーカーとkWを使用する国際規格の比較に不可欠です。逆換算：kW × 3412 = BTU/h。
CFMとm³/hの違いは何ですか？
CFMとm³/hはどちらも空気体積流量の単位です。換算係数：1 CFM = 1.699 m³/h。CFMは北米、m³/hは日本を含むアジアと欧州で使用されます。ダクト設計では一貫した単位の使用が重要です。
inH₂OとPaの間でどのように換算しますか？
inH₂O × 249.089 = Pa。例：1 inH₂O = 249.089 Pa。逆：1 Pa = 0.0040147 inH₂O。概算では1 inH₂O ≈ 250 Pa。ファン静圧（inH₂O）とダクト圧力損失（Pa）の換算に頻繁に使用されます。
華氏から摂氏への換算式は何ですか？
°C = (°F − 32) × 5/9。例：77°F = 25°C。逆：°F = °C × 9/5 + 32。参考値：0°C = 32°F、20°C = 68°F、37°C = 98.6°F、100°C = 212°F。
COP、EER、SEERの関係は？
COP = 出力/入力（無次元）、EER = BTU/h/ワット、SEERはEERの季節平均値。換算：COP = EER / 3.412、EER = COP × 3.412。すべての指標で数値が高いほど効率が良いことを示します。