4. 環境工学 -13. 空気流動応用

業務用厨房 ,DCV, 省エネルギー

1. はじめに

　業務用厨房においては調理時に大量の熱や調理汚

染物が発生するため、それらを排気するための消費

電力も大きくなる。そのため業務用厨房において

余分な換気量を削減することによって大きな消費

電力削減効果が得られることが期待できる。換気量

削減効果の１つとして調理機器の稼働状況に応じて

換気量を自動で制御するデマンド制御換気 (Demand

Control Ventilation)がある。これまでに排気フー

ド内温度 1) や調理機器の使用電力 2)、機器の使用電

力・ガス量 3) に応じて換気量を自動調節するシステ

ムの提案と検証がなされている。同様に、筆者らは、

ガス厨房において機器稼働状況に応じた換気量制御

時の捕集率に関して CFD 解析による検討を行ってい

る 4）。

機器稼働状況を直接判断するためには、機器入力

( 電力もしくはガス ) の測定が最も有効であり、本

研究では、機器に設置したガス流量計により機器

稼働状況を判断し、排気量制御を行うよう設計した

厨房において、実運用時の消費電力量と室内環境の

調査を行った。既報 5) では、消費電力量と温湿度、

CO2 濃度の測定結果による室内環境について調査し

た。本報では厨房内の実作業者にアンケートを実施

することにより、室内環境を調査した。

　なお本報は、既報 5) を一部再検討し、加筆した上

で再構成したものである。

2. 対象厨房概要

　本研究の対象厨房は大阪府内の食堂が併設された

席数 280 程度の厨房である。図 1 に対象厨房の平面

図および温湿度・CO2 濃度測定点を示す。食堂と厨

房はカウンターを介してつながっている。排気量の

制御は図 1 の 3 連フード部分で行なわれ、常に定格

で給排気ファンを回転させて排気を行う強運転、常

に定格の 42.8% で排気を行う弱運転、3 連フード直

下の調理機器の使用状況に応じて排気量を自動で調

整する自動運転の 3 タイプに排気モードを切り替え

ることができる。

2.1.3 連フード部について

　3 連フードは全て都市ガス熱源のスチームコンベ

クションオーブン (以下スチコン )、フライヤ、テー

ブルコンロ ( 以下コンロ ) の上に位置し、各調理機

器に対応した排気口が備え付けられていると共に、

TSUTSUSHIMA Ryohei, KOTANI Hisashi, YAMANAKA Toshio, MOMOI Yoshihisa, SAGARA KazunobuFUJIMOTO Yuko, MORITA Takehiro, TANABE Shingo, and KOUYAMA Makoto

業務用厨房における機器稼働状況に基づく換気量制御に関する研究

（その１）厨房内環境及び排気ファンの消費電力

同　 桃井　良尚同　 田辺　慎吾

正会員○筒嶋　良平*1 同　甲谷　寿史*2

同　相良　和伸*5

同　高山　眞 *8

同　山中　俊夫*3

同　藤本　祐子 *6*4

*7

Ventilation Rate Control by Cooking Equipment Operation in Commercial KitchenPart 1: Indoor Environment and Power Consumption of Exhaust Fan

DS

PS◎

triple exhaust hood

cleaning room

anteroom

anteroom

kitchen

fryer gas stove

dining hall

steam convection oven

▲1

1～5

▼1

1 1

2

2

▼2

▲2

3

3

4

：exhaust opening

:exhaust hood

:cooking appliance

：air supply opening

：measurement point of planar temperature distribution

：measurement point of supply air temperature：measurement point of

exhaust air temperature：measurement point of

vertical temperature distribution：measurement point of leaked air temperature

◎

▼▲

1782037

00

図 1: 対象厨房図面および測定点位置

直上排気口の捕集率向上のためにフード内を間仕切

りで分割している。3 連フード下の各調理機器には

ガス流量計が接続されている。それぞれのフードに

対応したスイッチの切り替えにより排気口の MD の

開度が変化し、排気量が調節される。スイッチで切

り替えられる排気モードには強・弱・自動の 3パター

ンがあり、自動が本報におけるデマンド制御換気

にあたる。3 連フードとその他の排気フードは全て

1 つのファンに繋がっている。ファンの最大流量は

9000[m3/h] であり、その内は3連フード5800[m3/h],

その他のフード 3200[m3/h] である。フードの排気

量は空調吹出し量と連動しており、空調を停止する

と排気も行われない。

2.2. 本報におけるデマンド制御換気について

　それぞれのフード排気口には MD が設置されてお

り、MD は各調理機器にガスが流れているときに最

大開度、流れていないときは最小開度とそれぞれ

2 段階で制御しているため、3 つの MD で合わせて

8 段階で自動運転時の流量は調節されている。3 連

フード以外のMD(残り3つ)はスイッチにより強(最

大開度 )と弱 (最小開度 )のどちらかに設定する。

Max Min DCVdate 2013/10/29 2014/1/14 2013/10/11

Flow Rate[m3/h](Percentage)

9000(100%)

5784(64.3%)

6613(73.5%)

Power Consumption[W](Percentage)

2200(100%)

584(26.5%)

873(39.7%)

1/14

flow

rate

[m3 /h

]flo

w ra

te[m

3 /h]

flow

rate

[m3 /h

]

10000

8000

6000

4000

2000

010000

8000

6000

4000

2000

10000

8000

6000

4000

2000

0

7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00

7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00

7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00

10/29

10/116613[m3/h]

5784[m3/h]

9000[m3/h]average

average

average

Max

Min

DCV

図 2: 各排気モード時の排気量の推移および平均排気量

表 1: 各排気モードにおける排気量と消費電力の結果

【注】消費電力は、理想的なファンの 3乗則の場合の

計算値であり、直接の測定値ではない。

9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00

point1 point2

point4

9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00

point1point2

point3point4

40

30

20

10

0

0

10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

1/31

Max

point1point2point3point4

[℃]

Tem

pera

ture

40

30

20

10

10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

point1point2point3point4

[℃]

Tem

pera

ture 1/8

Min

010:00

40

30

20

10

11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

[℃]

Tem

pera

ture 1/27DCV

point1

point1

point2

point2

point3point4

point4

0.375 0.416666667 0.458333333 0.5 0.541666667 0.583333333 0.625 0.666666667

9:00:00 10:00:00 11:00:00 12:00:00 13:00:00 14:00:00 15:00:00 16:00:00

40

30

20

10

010:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

[℃]

Tem

pera

ture

40

30

20

10

010:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

[℃]

Tem

pera

ture

40

30

20

10

010:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

[℃]

Tem

pera

ture

9:00:00 10:00:00 11:00:00 12:00:00 13:00:00 14:00:00 15:00:00 16:00:00

1/31

Max

1/8Min

1/27DCV

steamconvectionoven

steamconvection oven

steamconvection oven

steamconvection oven

fryerfryer

fryer

fryer

gas stove

gas stove

gas stove

gas stove

steamconvectionovenfryer

gas stove

steamconvectionovenfryer

gas stove

図 3: 厨房内温度

図 4: フード漏れ温度

4. 厨房内温湿度・CO2 濃度

　図 1 に示した測定点における厨房内温度、フード

漏れ温度、CO2 濃度について図 3、図 4、図 5に示す。

3. 排気ファンの消費電力

　排気ファンの消費電力は 2013 年 10 月 1 日～

2014 年 1 月 31 日に測定を行った。強運転の 10 月

29 日と弱運転の 1 月 14 日、自動運転の 10 月 11 日

の調理機器の使用状況が類似していたため、この

3 日間で消費電力の比較を行った。図 2 に各日の排

気量の推移と稼働時間の平均排気量を示す。表 1 の

通り強運転時に比して弱運転時は流量は約 35% の削

減、消費電力は理想的なファンの 3 乗則を仮定する

と最大で約 75% の削減となる。自動運転では流量は

25% 減で、消費電力は 60% 減であった。

point1

point2

point1

point2

point3 point4

point1

point2

1/31

Max

point1point2point3point4

point1point2point3point4

1/8Min

1/27DCV

point1point2point3point4

10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00

400

600

800

1000

400

600

800

1000

400

600

800

1000

[ppm

]C

once

ntra

tion

[ppm

]C

once

ntra

tion

[ppm

]C

once

ntra

tion

図 5:CO2 濃度

(1) 厨房内平面温度 (図 3)

　排気モードが強・自動の場合は、ほぼ 30℃以下

に保たれるのに対し、弱の 11 時前から 12 時過ぎ

にかけて時折温度が 30℃を超え、35℃に達してい

る点がある。

(2) フード漏れ温度 (図 4)

　強の場合は常に居住域温度と同程度の値であり、

フードからの漏れがないことがわかる。弱では主に

コンロにおいて捕集漏れと見られる温度上昇が数回

生じている。自動においては 35℃付近まで上昇し

ている点が 1 点あるが、それ以外ば強よりは高めで

はあるが 30℃以下に概ね保たれている。

(3)CO2 濃度 (図 5)

　強・自動の場合においては 500 ～ 800ppm 程度に

保たれているのに対し、弱では 1000ppm は超えない

ものの、それに近い値を示しており、全体的に高め

である。

5. 作業者による厨房内環境評価

　作業者による環境評価を、筆者らが提案した

POEM-K 評価票 6) を簡略化して実施した。

5.1　アンケート概要

　評価票は以下の項目で構成され、作業者自身にア

ンケート形式で回答させた。

・回答者属性

・温熱環境（温冷感、上下温度感、放射感、気流感、

乾湿感、温熱環境の総合的な快適感）

・光環境の総合的な快適感

・音環境の総合的な快適感

・空気質（汚れ感、におい、空気質環境の総合的な

快適感）

・総合的な空間環境の快適感（収納、広さ、配置等）

・総合的な空間印象の快適感（デザイン、開放感等）

・総合的な安全・衛生面の快適感

・作業性評価（集中しやすさ、作業のしやすさ、疲

労感、気分転換のしやすさ）

・全てを含めた総合的な快適感

回答は、評価実施日に調理機器周りで主に作業した

作業者のみに行わせ、洗浄室やレジ周りの作業者に

は回答させていない。排気モードの 3 条件をそれ

ぞれ固定して運転し、そのモードでの室内環境に

ついて評価させた。回答者数は評価実施日により異

なり、１日あたり 2 〜 6 名の間であり、各モード

で 2013.12.13 〜 2014.2.5 の期間中に複数日の評価

を実施し、延べ回答者数は、排気モード強で 13 名、

弱で 18 名、自動で 15 名である。なお、実施期間中

の空調機の不具合により、吹出し温度が低い状態で

あったため、排気モード強の条件は、大風量で低温

度の給気が天井面設置の VHS から行われたことで、

通常形成されると想定していた室内環境とは大きく

異なる環境での結果となっている。前述の通り、排

気モード強であっても FL+750mm での温度は 25℃前

後に保たれているが、不快なドラフトを感じること

での「寒い」「気流を感じる」「不快」の結果が多く、

ヒアリングにおいても吹出しの不具合が指摘されて

いた。よって、参考として結果は掲載するが、本

報では排気モード弱と自動での結果を中心に考察す

る。排気モード強については、今後、再度測定・評

価を実施する必要がある。

5.2　評価結果

　多くの項目についての評価のうち、本報では温熱

環境についてのみ考察する。なお、排気モードによ

り空気質環境も異なることが想定されたが、評価に

大きな違いは見られず、全てのモードでにおいや汚

れに対する問題は無かった。温熱環境に関するアン

ケート結果および質問内容を図 6 に記載する。回答

者数と実際の回答数が異なる質問が見られるが、こ

100%80%60%40%20%0%

100%80%60%40%20%0%

100%80%60%40%20%0%

7

10

1 2

2 2 4 4 2

14

5 2 3 1 4

15

7 9

16

13

4 63

75 3

15

13

4 4 5

2 2310

5 72

14

17

(1) 暑さ寒さ

(2) 体に当たる気流

(3) 総合的にみた温熱環境

寒い

感じない

不快

やや不快

快適

やや快適

やや感じる

感じる

涼しい

やや涼しい

どちらでもない

どちらでもない

やや暖かい

暖かい

Max

Min

DCV

Max

Min

DCV

Max

Min

DCV

図 6: アンケート結果

れは回答漏れによるものである。吹き出し量は強、

自動、弱の順で大きく、「(1) 暑さ寒さ」、「(2) 体に

当たる気流」において同順で「寒い」、「感じる」「や

や感じる」の割合が多く、アンケート結果が空調機

の吹き出し温度に多大な影響を受けている。

6. まとめ

　機器稼働状況に応じて換気量制御を行うシステム

を持つガス厨房において、実運用時の検証を行った。

排気ファン動力においては、常時定格運転する強運

転に比して、自動運転では約 60% のファン動力削減

が見込め、居住域温度も良好に保たれた。常時定格

の 64.3% で運転する弱運転では、ファン動力は約

70% 削減するものの、フードからの漏れに起因する

室内温度の上昇が確認された。作業者へのアンケー

トを実施することによっても厨房内環境を調査した

が、空調機の動作不良の影響が回答に反映される結

果となった。

7. おわりに

　本報においてはデマンド制御換気による消費電力

削減効果と厨房内環境への影響を調査した。今後は

同厨房の 3 連フード下の調理機器の使用状況につい

て調査を行う予定である。

*1大阪大学工学部地球総合工学科 学部生

准教授 博士 (工学 )*2 大阪大学大学院工学研究科地球総合工学専攻

教授 工学博士*3 大阪大学大学院工学研究科地球総合工学専攻

助教 博士 (工学 )

教授 博士 (工学 )

*4 大阪大学大学院工学研究科地球総合工学専攻 ・

・

・

・

*5 大阪大学大学院工学研究科地球総合工学専攻

*6 大阪ガス株式会社

*7 株式会社日建設計

*8 株式会社日建設計

Undergraduate Student, Division of Global Architecture, School of Engineering, Osaka UniversityAssociate Prof., Division of Global Architecture, Graduate School of Engineering, Osaka University, Dr. Eng.

Assistant Prof., Division of Global Architecture, Graduate School of Engineering, Osaka University, Dr. EngProf., Division of Global Architecture, Graduate School of Engineering, Osaka University, Dr. Eng.

Prof., Division of Global Architecture, Graduate School of Engineering, Osaka University, Dr. Eng.OSAKA GAS COMPANY Ltd.NIKKEN SEKKEI LtdNIKKEN SEKKEI Ltd

1)

2)

4)田辺慎吾、山中俊夫、甲谷寿史、桃井良尚、西村浩一、森哲哉、

5)

6)

筒嶋良平、甲谷寿史、山中俊夫、桃井良尚、相良和伸、藤本祐子、森田武博、田辺慎吾、高山眞：業務用厨房のフードのデマンド制御換気時の厨房内環境及び省エネルギー効果、空気調和・衛生工学会学術講演会講演論文集、pp.301-304、2014

小山隆弘、高山眞：器具稼働に応じた排気フードおよび厨房排

気量制御システムの検討、空気調和・衛生工学会学術講演会講

演論文集、pp.3085-3088、2012

相原恵、西川向一、渡辺荘児、竹村明洋：業務用厨房でのフー

ド内温度による換気量制御システムの適用可能性に関する検討、

空気調和・衛生工学会学術講演会講演論文集、pp.1679-1682、

2010秋元孝之、堀川晋、上野清隆：天井換気方式を採用した電化厨

房における換気制御手法の検討、日本建築学会学術講演梗概集、

D-2、pp.1133-1136、2007

【参考文献】

甲谷寿史、相良和伸、山中俊夫、千原志穂：業務用厨房の作業環境評価法 (POE) に関する研究 : ( その 4) 作業者による環境評価及び POEM-K 調査票の提案、日本建築学会大会学術講演梗概集、D-2、pp.751-752、2006 年 7 月

3) 増田恭大、粕谷敦、中川浩明：K大学における環境実測結果について、空気調和・衛生工学会学術講演会講演論文集、pp.105、2014