HRV と ERV の選択

概要:熱回収換気装置 (HRV) とエネルギー回収換気装置 (ERV) のどちらを選択するかについては、建物の気候、家の大きさと気密性、住宅の構造など、考慮すべき要素が多数あります。入居者の人数とその生活習慣。 この包括的な記事では、HRV と ERV の違いと、どちらが家庭の要求を満たすのに適しているかについて概要を説明します。

寒冷地住宅研究センターの創設者であるジャック・エベールは、「しっかりと建て、適切に換気する」という、高性能建築業者の間でますます馴染みのあるフレーズを生み出したとされています。 つまり、住宅の気密性が高まり、断熱性が向上するにつれ、適切に設計された住宅の必要性が高まっています。機械換気より重要になります。 最も単純に言えば、キッチンや浴室の換気扇を使って湿った空気や微粒子を含んだ空気を除去することを意味します。 この排気のみのアプローチでは、外気が建物の囲いの隙間を通って建物内に侵入します。 給気のみの換気は逆に機能します。ファンは新鮮な空気を家に取り込みますが、屋内の古くなった空気を排出する専用の経路はありません。 これらのアプローチは両方とも、初期費用を懸念する場合には経済的ですが、長期的なパフォーマンスと効率を備えたバランスのとれた換気システムに欠けています。心拍変動またはERV。

バランスの取れた換気システムは、排気換気と給気換気をインテリジェントに組み合わせて、全体のエネルギー消費量を大幅に増加させることなく気圧を維持します。 このエネルギー消費には、HRV または ERV を動作させるための電力と、供給空気を調整するために必要なエネルギーの両方が含まれます。 熱回収換気装置 (HRV) とエネルギー回収換気装置 (ERV) は、流入空気と流出空気の両方が通過して熱エネルギーを伝達し、ERV の場合は水分を伝達するコアを備えているという点で似ています。

どのシステムがプロジェクトに適しているかは、建築中の気候、家の大きさと狭さ、居住者の数と生活習慣など、いくつかの要因によって決まります。 効率的な分配システムと組み合わせることで、バランスのとれた換気により、家の快適さと室内空気の質が向上し、冷暖房のためのエネルギー消費が最小限に抑えられます。

残念ながら、機械換気に万能のソリューションはありません。そのため、HRV および ERV ベースの換気システムを理解し、換気システムのオプションを絞り込むのに役立つよう、換気と室内空気質の第一線の専門家に連絡しました。ご家庭固有の要求を満たす HRV または ERV システム。

換気システムがどれだけの新鮮な空気を提供できるかを決定することは、多くの要因に依存しており、専門家でも頭を悩ませることがあります。 国際住宅法 (IRC) では、空気漏れ率が 5 ACH50 未満の建物には家全体の機械換気を設置することが義務付けられていますが、必要な換気量の正確な基準は進化しています。

機械換気のベンチマークは、ASHRAE 規格 62.2 です。 2013 年以前のバージョンでは、1 平方フィートあたり 0.01 cfm (立方フィート/分) の給気と、占有者 1 人あたり 7.5 cfm の換気が必要でした。 排気側では、キッチンでは 25 cfm の連続換気 (断続的に 100 cfm の供給)、バスルームでは 20 cfm のファンの連続運転 (断続的運転の場合は 50 cfm) が求められました。 2013 年以降に発行された 62.2 のバージョンでは、給気要件は 3 倍の 1 平方フィートあたりの換気空気量 0.03 cfm (さらに居住者あたり 7.5 cfm) となり、一方、排気空気の最小値は、レンジ フードかどうかに応じて、キッチンの新しいスケジュールに従いました。使われた。 パッシブハウスの要件はさらに厳しくなっています。

この変更が良いアイデアだったかどうかについては、建築科学者の意見が分かれている。 一部の専門家は、湿気の多い気候では室内の湿度が高くなる傾向があり、これが大きな懸念事項であるため、古い要件さえ高すぎたと主張しています。

「それはその建物で何が起こっているか、そして居住者が何をしているかによって大きく左右されます」とクレイマー・シルクワース氏は語った。バウクラフトエンジニアリング 。 「良好な空気の質を維持するための特定の方法を特定するのは困難です。特に新型コロナウイルス感染症の懸念がある今は、新鮮な空気が多いほど良いのですが、これらのシステムにはエネルギー費用と特に湿度管理を追加する必要があります。つまり、自由になるまで除湿そして、これらすべてのシステムにおける加熱、冷却、濾過は、これら 2 つの要素の間の一種の戦いです。十分な量が必要ですが、多すぎることはなく、それらのレベルがどの程度であるかを言うのは非常に困難です。」

建設している管轄区域で規定されている換気量は、単なる換気の最小要件ですが、HRV または ERV は、除湿を含む HVAC システム全体の一部として考慮される必要があります。

家全体の換気に ERV と HRV のどちらを使用するかを決める場合、北米全土のほとんどの場合および気候では ERV が最良の選択肢となります。 ただし、住宅のその他の機械システムなど、いくつかの要因が決定に影響します。 特にある程度の相対湿度を管理したい場合は、家の湿気管理のニーズを第一に考慮する必要があります。 冬でも夏でも、ERV は通常、潜熱回収が行われるため、屋内の湿度レベルを快適に保つのに効果的です。

そうは言っても、家に住む人が増えれば増えるほど、より多くの湿気が発生します。 単に過剰な湿気を除去することが目的ではない場合、ERV は湿気の管理に優れています。 湿気の多い夏の時期には、集中型または独立型の除湿機が必要になることがよくあります。 同様に、気密性の高い住宅では、熱損失よりも湿度と湿気のほうが差し迫った問題となることが多く、両方に対処したい場合には ERV が最適な選択となります。

HRV と ERV は両方とも、熱力学の第 2 法則を利用しています。つまり、熱伝達は高温の物体から低温の物体へ自発的に発生しますが、逆方向には自発的に発生することはありません。 HRV または ERV は、ファン (シングル、マルチスピード、可変速度のいずれか) と 4 つのポートを備えた金属製のボックスです。 内部には波形材料の積み重ねのように見える熱交換器のコアがあり、熱伝達を可能にし、入ってくる空気と出ていく空気が実際に混合することなく経路を通過できるようにします（古い空気や粒子で満たされた空気が家の中に引き戻されることはありません）。 。 あまり一般的ではない設計では、熱交換器のコアをヒート ポンプに置き換えますが、その機能 (別々の空気流間で熱エネルギーを伝達する) は同じです。

暖房シーズン中、HRV は排気の流れに含まれる熱の一部を吸入空気に伝達します。 これは HRV の熱交換器で行われます。 したがって、空気を内部温度まで暖めるために炉やヒートポンプがそれほど激しく働く必要はありません。 これは 1 対 1 のエネルギー伝達ではありませんが、(HRV の駆動に電気を使用しているにもかかわらず) 単に冷気を取り込むよりも効率的です。 冷房期には熱伝達が逆転します。 このエネルギー伝達は、エンジニアが「顕熱回収」と呼んでいるものです。

ERV はさらに複雑になります。 ERV では、顕熱の交換だけでなく、水分の交換も行われます。 エンジニアは、この水分交換を「潜熱回収」と呼んでいます。 ERV は通常、蒸気不透過性のアルミニウムまたはポリプロピレンの熱交換器の代わりに、蒸気透過性ポリマーで作られたコアを備えています。 ポリマーコアは、排気と補給空気の間である程度の水分の通過を可能にしますが、それでも空気が侵入しにくいため、空気の流れが混ざり合うことはありません。

前述の ASHRAE の換気要件を満たすには、ベッドルーム 3 室、2000 平方フィートが必要です。 機械システムのコンサルティング会社であるポジティブ・エナジー社の上級設計エンジニアであるブライアン・オールト氏によると、一般的に住宅には 90 ～ 100 cfm の定格のシステムが必要です。 HRV における顕熱回収率は平均約 70% (ただし、95% に達する場合もあります)。 ERV では、一定量の顕熱の回収が行われ (ただし、正確な数はメーカーやモデルによって異なりますが、回収量は HRV よりも若干少ない)、さらに水分の尺度である「潜熱」の回収も行われます。移動 - 通常は 40% ～ 60% であるため、2 つの気流の水分差の約半分がコアを介して移動します。

HRV および ERV システムは、設置後にテストおよび調整して設計どおりに機能していることを確認する必要があり、フィルターは定期的に交換する必要があります。 ERV コアは最終的に油、皮膚細胞、髪の毛、ほこりで詰まるため、4 ～ 12 年ごとに交換する必要があります。 それほど複雑でない HRV コアは、大規模なメンテナンスを行わずに数十年間使用できるはずです。 ほこりがついた場合、住宅所有者は圧縮空気で掃除するだけで済みます。 パッシブ ハウス コンサルティング会社 EMU Systems のエンリコ ボニラウリ氏も、HRV または ERV の唯一の可動部品はファンであるため、消耗はあまりないと述べています。 フィルターがスケジュールどおりに交換されていれば、コアは数十年間使用できます。

HRV は、混合気候や寒い冬にある住宅にとっては良い選択肢となりますが、常に他の要素を考慮する必要があります。 どこに住んでいるかだけでなく、どのように暮らしているかも重要です。 HRV は、寒い冬の気候において室内の過剰な湿気を効率的に除去するのに最も効果的です。これは、HRV が古い空気を家の外に排出すると、その空気内の湿気も除去されるためです。

特に冬季の過剰な室内湿度は、家の中で行われる人の数や活動の種類の結果である可能性があります。 活動的な大家族では、運動、料理、シャワーの結果、大量の湿気が発生する可能性があります。 あるいは、過剰な湿度は、現代の住宅の気密性が高い傾向にあるため、湿気がこもりやすいという事実に関係している可能性があります。古い住宅は通常、雨漏りが多く、乾燥が早い傾向にあります。つまり、室内の湿度レベルを管理するには ERV の方が良い選択肢である可能性が高いことを意味します。

HRV または ERV を選択する決定は、主に、住んでいる場所によって決まります。 歴史的に、HRV は、節約できる熱エネルギーの量が主な関心事であり、湿度は二次的な問題とみなされていたため、寒冷地の住宅でより一般的でした。 市場で最も効率的なユニットは、流出気流の熱の 90% 以上を捕捉し、流入空気に伝達します。これは、非常に寒い環境では大きな利点となります。 ERV は、HRV よりも屋外からの湿気が少ないため、通常、夏が高温多湿な場所で使用されます。

「屋内の湿度レベルと屋外の湿度レベルに正当な差がある場合、それはかなりの量の潜在エネルギーになります」とオルト氏は言います。 「北では、冬は一年のうち4、5か月間、外は骨のように乾燥しています。夏には、家の中と同じくらいになることもあります。さらに南に行くと、それが逆転します。」

米国南東部などの湿気の多い地域では、夏に ERV を稼働させても室内の湿度は下がりません。 屋外の空気は屋内に入る途中で湿気をすべて放出しないため、ERV は実際に屋内の相対湿度を上昇させます。 しかし、HRV 内では水分の移動がゼロであるため、HRV が設置されると問題はさらに悪化します。 ERV の稼働中に水分レベルは上昇しますが、屋内の古くなった空気は排出され、新鮮な屋外の空気が導入されます。 適切に設計された HVAC システムでは、除湿機またはエアコンが過剰な湿気に対処できます。

明らかに、この議論は単純なものではありません。 空気漏れが非常に少なく、居住者が多い小さな家では、室内の湿度が高く、冬には問題になる可能性があります。 HRV を使用すると、より快適になります。 しかし、寒冷地にある大きな雨漏りの多い家は、冬の間にすでに非常に乾燥している可能性があるため、ERV は空気中のわずかな水分を保持することで、過度の乾燥を防ぐのに役立ちます。

さらに、これまで ERV は HRV よりも高価でしたが、両者の価格差は縮まりつつあり、設計者は冬場の湿度を確保する重要性を認識しており、かつて HRV が支配していた地域でも ERV の普及が進んでいます。 HRV の設置は、凝縮水の排水が適切に機能するように特定の方向に向ける必要があるため、さらに複雑になります。 また、ERV は任意の方向に設置できます。 また、寒冷地では HRV が凍結する可能性が高く、霜取りサイクルが必要になります。

HRV と ERV のどちらかを選択する際にエネルギー使用量が主な関心事である場合は、住宅の他の機械式 HVAC システムを評価する必要があります。 「HRV はエネルギーを節約するために使用されます」と RenewAire の販売およびマーケティング担当副社長である Nick Agopian 氏は語ります。 「しかし、ERV は、[空調または除湿] 装置の資本コストを削減するためにも使用されます。湿度が同じままで除湿が必要な場合は、[冷暖房装置を] 小型化することはできません。すべて」これはエネルギーの一部を節約することですが、資本設備は依然として同じサイズである必要があり、空気を除湿するために懸命に働く必要があります。」

ERV での熱伝達は通常、HRV ほど良好ではないと彼は言います。 また、ポリマーコアを厚くすることで ERV の潜在エネルギー性能が向上するため、熱性能は低下します。 しかし、ほとんどの場合、潮流はますます ERV へと向かいつつあるようです。

「ERV と HRV のどちらを選択するかを決める場合、ほとんどの場合、ERV に行き着くはずです」と、ジョージア州を拠点とするエネルギー コンサルタントのアリソン ベイルズ 3 世は言います。 「暖かく湿った気候では、ERV は HRV よりも屋外の湿度を下げます。(ERV は除湿器ではありません。それでも家の中の潜在負荷を増加させます。) 暑くて乾燥した気候では、HRV 「すでに乾燥している空気をさらに乾燥させます。寒い気候では、水分交換を行わずに外気を取り込むと、冬には湿度が極端に低くなる可能性があります。HRV が意味をなすのは、北米の西海岸のような穏やかな気候だけです…場合によっては。」

Bailes 氏は、占有率も考慮すべきもう 1 つの要素であると共有しました。 「空間内の人の密度が高くなるほど、室内の湿度を下げ、HRV で空気を乾燥させる必要がより多くなる可能性があります」と彼は言いました。 「たとえば、2 人か 3 人が住む小さな気密性の高いアパートやコンドミニアムでは、ERV を設置すると屋内が湿気が高すぎる可能性があります。

「人々が HRV を選ぶもう 1 つの理由は、ERV よりも熱伝達効率が高いことです。しかし、高効率の換気を行ってもカビが生えてしまったら何の意味がありますか? ERV と HRV のどちらかを選択する主な方法は、換気される空間の湿気管理のニーズを理解することです。」

ERV または HRV のダクトには 2 つの主なオプションがあります。 既存のダクトを使用して強制空気システムに統合できます。 ただし、既存のダクトがない場合、または主な目標が効率である場合は、HRV または ERV ユニット専用の専用ダクトを設置できます。

どちらのシステムも古い空気を排出し、新鮮な空気を供給するように機能しますが、エネルギー使用量を最小限に抑えながら全体的にバランスの取れた換気を行うには、専用のダクト システムが最良の選択肢であると考えられています。 既存のシステムに接続するには、HRV または ERV と炉の間のインターロック配線が必要で、炉のファンを稼働させて家全体に空気を行き渡らせる必要があります。 その結果、家全体の換気効率が犠牲になります。 インターロック配線の代替手段は、炉のファンが停止すると閉じる電動ダンパーで、炉をバイパスし、HRV または ERV からの新鮮な空気を還気口を通して家庭内に送ります。 これはよりエネルギー効率の高いアプローチですが、炉がバイパスされている間は新鮮な空気が家全体に行き渡らないため、独立型ダクトのオプションが理想的です。

専用システム

強制空気システム

HRV および ERV の空気分配システムはさまざまです。 スケールの一端には、他の HVAC ダクトから分離された、家の主要な部屋への専用の給気ダクトと排気ダクトを含むシステムがあります。 これにより、きれいな屋外空気を安定して適切に供給できるようになりますが、材料費と設置費が比較的高くなります。 他のシステムはそれほど複雑ではなく、屋外の空気を分配するために既存の HVAC ダクトを使用することもあります。 ダクトレス HRV または ERV も別のオプションであり、既存のダクト設備がない場合に特に便利です。 これらは通信して屋外の空気の導入と屋内の空気の排出を切り替えるペアで販売されており、設置は通常、各ユニットの外壁に 1 つの穴で行われます。 内部ダクト工事は必要ありませんが、ユニットに電力を供給するための電気配線を引く必要があります。 また、通常は狭いエリアに換気を提供するサイズになっているため、家全体に複数のユニットが必要になります。

一般的な 2000 平方フィートの敷地にダクト システムを設置するためのコスト価格は、既存のダクトを使用した基本システムの約 3,000 ドルから、より複雑な専用ダクトを備えたハイエンド システムの約 10,000 ドルまでさまざまです。 HRV ユニットの範囲は 600 ドルから 1800 ドルですが、ERV ユニットの範囲は 800 ドルから 2000 ドル以上です。

家中に空気を分配する最も簡単な方法は、1 つの供給ダクトと 1 つの排気ダクトを備えたシングルポイント システムを使用することです。 たとえば、室内のよどんだ空気を廊下から排出し、主寝室に新鮮な空気を供給することができます。 利用可能な中央空調装置がない場合、このタイプのシステムは安価ですが、換気された空気が家の周りに均等に分配されることは保証されません。 バスルームとキッチンでは引き続きスポット換気が必要です。

マルチポイント システムでは、新鮮な空気が寝室とメインのリビング エリアに分配され、汚れた空気は廊下やキッチンから取り込まれます (フィルターや熱交換器が油で汚れるのを避けるため、HRV または ERV で調理エリアを排気することはお勧めできません)。 、バスルーム。 Building Science Corp によると、これらの完全ダクト システムはベスト プラクティスを表しています。これらは最も効率的ですが、最も高価でもあります。 これらのシステムは、利用可能な中央空調装置がない場合にも効果的です。

エアハンドラーは配送システムの一部にすることができます。 新鮮な空気は、HRV または ERV を通ってエア ハンドラーの供給側に送られます。 エア ハンドラーに戻った空気はフィルターを通過し、他のダクトが屋内から古い空気を引き込んで HRV または ERV に送ります。 これらのシステムは、家全体への分散を実現し、適度なコストを実現します。 バリエーションとしては、HRV または ERV の排気をエア ハンドラーの戻りトランクから直接引き込み、すべての新鮮な空気をエア ハンドラーのダクトを通して供給する方法があります。

結局のところ、全体的な室内空気の質をサポートするシステムの予算の問題です。 新しい家の仕様を決めるとき、または改築するとき、多くの住宅所有者は高級家電やそれに見合ったキッチンに予算を立てますが、適切な換気は後回しになることがよくあります。 現在進行中のパンデミックの影響で室内の空気の質に対する意識が高まっており、家庭内の空気の質にプラスの影響を与えるシステムへの投資が、ゆっくりではありますが増加しています。 アゴピアンは換気を「予防医学」と呼び、全体的な快適さと健康に多大な影響を与える可能性のあるものに対する、簡単な決断と投資であるかのように考えています。

業界団体である Home Ventilating Institute は、米国の購入者に ERV または HRV (またはその両方) を提供するメーカーの広範なリストを管理しています。これらのメーカーには、Broan、Fantech、Panasonic、RenewAire などのよく知られた換気ブランドのほか、ハイエンドのComfoAirシステムを製造するスイスの会社Zehnderなど、米国の住宅所有者には少し馴染みのない製品かもしれない。

Scott Gibson は、Fine Homebuilding および GreenBuildingAdvisor.com の寄稿者です。 クリストファー・ミルズによる図面。

この記事のバージョンは最初に掲載されましたグリーンビルディングアドバイザー

素敵な家づくり#310より

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これは素晴らしい読み物です! 私はノースウェスト州にある自宅を（ゆっくりと）リフォームしており、換気と濾過が私の「将来の計画」リストに載っていますが、この夏に山火事の煙が立ち込める日が増えれば、スケジュールが遅れる可能性があります。

私の1300平方フィートのケープコッドは現在、強制換気をしていると室内湿度が60％前後で推移していますが、肩の季節には暖房を入れないとすぐに80％まで上昇します。 ここでは夏は乾燥しており、屋外の湿度は 60% 台です。 ここの冬にはHRVの方が良い選択のように思えますが、夏は室内が超乾燥するのでしょうか？

クロールスペースと屋根裏部屋は両方とも断熱/密閉が必要なので、おそらくそれにより室内の湿度が下がり、ERVの方が良いでしょうか?