角ダクトから丸ダクトへの換算

等摩擦換算式

HVACダクト設計では、異なる形状の角ダクトと丸ダクトが同じ摩擦率で同じ気流を輸送できます。角ダクトの寸法を等価な丸ダクト直径に換算する標準式は等摩擦法に基づいており、同じ風量・長さでの摩擦損失を近似します。材料・継手・施工条件は別に確認します。

この式は等摩擦損失の関係から導出され、ASHRAEおよびSMACNAのダクト設計標準で広く使用されています。同じ風量と長さでの摩擦抵抗を比較するための丸ダクト径を求めます。風速は実際の断面積で別に計算します。

式の仕組み

この式は角ダクトと丸ダクトの間の2つの主要な幾何学的違いを考慮しています：

• 断面積（A × B）：総気流容量を決定します。面積が大きい ＝ CFMが多い。指数0.625は面積が摩擦損失に与える影響を反映しています。
• 周長（A + B）：気流と接触する表面積を決定します。周長が大きい ＝ 摩擦が大きい。指数0.25は周長が摩擦損失に与える影響を反映しています。
• 係数1.3：このスケーリング係数は角形と円形の断面間の水力効率の差を調整します。

ステップバイステップの例

例：250 × 300mm角ダクトを丸ダクトに換算

1. 寸法を確認：A = 250mm、B = 300mm
2. A × B を計算：250 × 300 = 75,000
3. (A × B)^0.625 を計算：75,000^0.625 ≈ 1,114.0721
4. A + B を計算：250 + 300 = 550
5. (A + B)^0.25 を計算：550^0.25 = 4.8427
6. 式を適用：D = 1.3 × 1,114.0721 ÷ 4.8427 ≈ 299mm
7. 最も近い標準ダクトサイズに丸め：300mm丸ダクト

250 × 300mm角ダクトは、式上は約299mm、標準サイズでは300mm丸ダクトが近い値です。実際の輸送風量は摩擦率、風速、継手、材料、漏気とファン静圧によって変わるため、この換算値をCFM保証値として扱わないでください。

等面積と等摩擦を分けて選ぶ

等面積径 D_A = √(4ab/π) は同じ風量で平均風速を同じにする換算です。等摩擦径 D_e = 1.30(ab)^0.625/(a+b)^0.25 は同じ風量・長さでの摩擦抵抗を比較する近似です。平均風速まで一致するわけではありません。a、b、D は同じ単位にそろえます。

例：250 × 300 mm の断面積は 0.0750 m²、等面積径は 309.0 mm、等摩擦径は 299.1 mm。風量 1,080 m³/h（0.300 m³/s）なら角ダクトの風速は 4.00 m/s、直径 300 mm の丸ダクトは約 4.24 m/s です。径の換算だけでは輸送風量、騒音、継手損失は決まりません。

ASHRAE Fundamentals 2021 第21章（英語）の等価径は同じ風量・長さ・流体抵抗の比較に用います。水力直径 2ab/(a+b) とも区別してください。製品寸法への丸め後は風速と摩擦損失を再確認します。

クイックリファレンス換算表

単位はすべて mm。式の計算値を小数1桁で表示し、販売寸法への丸めや一律の CFM 容量は表示していません。

1,080 m³/h・250 × 300 mm を計算機で確認 · 同じ風量で直径 300 mm を比較

角ダクトと丸ダクトの使い分け

各ダクト形状の適切な使用場面を理解することで、より良いHVACシステムを設計できます：

丸ダクトの利点

• 摩擦が低い：円形は与えられた面積に対して最小の周長を持ち、表面摩擦と圧力降下を低減します。
• 騒音の確認：同じ風量でも断面積が変われば風速が変わります。丸形という理由だけで低騒音とは判断せず、風速と継手、製品データを確認します。
• シールしやすい：ガスケットやマスティックを使用した丸型接続はより簡単で信頼性があります。
• コストが低い：丸亜鉛メッキ鋼板ダクトは一般的に1メートルあたりのコストが低くなります。

角ダクトの利点

• 空間効率：狭いスペースに適合 — トラスの間、ソフィット内、または丸ダクトが垂直に設置できない天井空腔内で使用できます。
• アスペクト比の柔軟性：100×500mmのような薄い形状は丸ダクトが入らない場所に収められますが、同じ風量を運ぶ際の速度と摩擦損失は寸法ごとに確認します。
• 接続が容易：一部の構成では、角ダクト主ダクトからのブランチ分岐がより簡単になる場合があります。

換算式に関する重要な注意事項

• 丸め：常に利用可能な標準ダクトサイズに丸めてください（通常偶数：150、200、250、300、350、400、450、500mm）。迷った場合は切り上げて気流制限を避けてください。
• フレキシブルダクト：直径を一律に25mm加える方法では抵抗を確認できません。製品の圧力損失データ、実際の伸長状態、曲がりと支持を確認してください。風量と内径別の平均風速表（英語）は摩擦損失の表ではありません。
• 適用条件：等摩擦径は直管の摩擦比較の近似です。粗さ、材料、流れの条件と継手は別途確認し、特定の住宅風速だけに限定された式とは扱わないでください。
• アスペクト比：アスペクト比が非常に高い角ダクト（例：100×600mm）は正方形またはそれに近い形状より効率が低いです。可能な限りアスペクト比を4:1以下に抑えてください。

逆換算：丸ダクトから角ダクト

等摩擦径 D と片方の寸法 a を固定し、1.30(ab)^0.625/(a+b)^0.25 − D = 0 を満たす正の b を数値的に求めます。単純な代数式で逆算せず、寸法候補を代入して確認してください。たとえば a = 250 mm、b = 300 mm のとき D ≈ 299.1 mm です。

面積を同じにする逆換算なら b = πD²/(4a) を使えますが、これは等摩擦の条件を保証しません。寸法制約、風量、風速と圧力損失を合わせて選びます。