エアコンの冷房や除湿運転では、室内機の中でわざと結露を起こし、その水を外へ捨てることで部屋の湿気を取り除いています。
仕組みの中心は、空気を露点温度より低い熱交換器へ通し、空気中の水蒸気を液体の水に変えて分離することです。
つまり、住宅で困る結露と、エアコンが除湿に使う結露は、基本原理そのものは同じです。違うのは、エアコンでは結露する場所を熱交換器に限定し、できた水をドレンホースから計画的に屋外へ排出している点です。
エアコンの中ではどこに結露するの？
室内機の中には、冷媒が流れる熱交換器があります。
冷房運転では、この熱交換器が室内空気より低い温度に冷やされます。ファンが部屋の空気を吸い込み、冷たい熱交換器のフィンの間を通過させると、空気そのものが冷やされます。
熱交換器表面の温度が、その空気の露点温度を下回ると、水蒸気が表面で液体の水へ変わります。
ダイキン工業も、冷房・除湿運転では熱交換器で結露した水分をドレンホースから屋外へ排出することで除湿すると説明しています。
なぜ空気を冷やすと水が出てくるの？
空気中には目に見えない水蒸気が含まれています。
気温が下がるほど、空気が平衡状態で保てる水蒸気圧の上限は低くなります。
そのため、湿った空気を冷やしていくと相対湿度が上がり、やがて露点に達します。
さらに冷やすと、空気中に気体として存在し続けられない分の水蒸気が液体の水になります。
これがエアコン内部で起きる結露です。
結露した水はどこへ行くの？
熱交換器の表面に付いた水滴は、重力によって下へ流れます。
室内機の下部にはドレンパンがあり、水を集める構造になっています。
集められた水はドレンホースを通って屋外へ排出されます。
米国環境保護庁のHVAC資料でも、冷房時には冷却コイルで空気中の水分が凝縮して除湿され、凝縮水はコイル下のドレンパンへ集められて排水されると説明されています。
夏にエアコンの室外側から水が流れているように見えることがありますが、多くの場合は室内空気から取り除いた水分が排水されているものです。
水を外へ捨てると、なぜ部屋の湿度が下がるの？
ポイントは、結露した水を室内へ戻さないことです。
空気中の水蒸気を液体に変えただけで、その水がすぐ再び蒸発して室内へ戻れば、長期的な除湿にはなりません。
エアコンでは結露水をドレンホースから屋外へ排出します。
そのため、室内という系から水分そのものが取り除かれます。
空気を冷やすだけではなく、「水蒸気を液体に変える→回収する→屋外へ捨てる」という一連の流れがそろって、除湿になります。
冷房するだけでも除湿になるの？
なります。
冷房の主目的は室温を下げることですが、熱交換器表面が空気の露点より低ければ、同時に結露が起きて水分も除去されます。
空気調和・衛生工学会のルームエアコン研究でも、冷房運転時の除湿性能や潜熱処理が評価されています。
空調では、空気の温度を下げることを顕熱処理、水蒸気を取り除くことを潜熱処理と分けて考えます。
一般的な冷房では、この二つが同時に起こっています。
「除湿運転」と「冷房運転」は何が違うの？
どちらも熱交換器を冷やして結露を起こす点は共通します。
違いは、室温をどの程度下げるか、風量をどうするか、冷却と再加熱をどう組み合わせるかなどの制御方法です。
一般的な弱冷房除湿では、弱めの冷房を続けて水分を取り除きます。
機種によっては、いったん空気を強く冷やして除湿したあと、冷えすぎないよう再加熱して室内へ戻す再熱除湿を使います。
どの方式でも、「露点以下まで冷やして水を凝縮させる」という原理が中心です。
なぜ冷却コイルは露点より低くする必要があるの？
空気を露点より高い温度までしか冷やさなければ、相対湿度は上がっても水滴はできません。
水蒸気を空気から分離するには、少なくとも熱交換器の一部が露点を下回る必要があります。
EPAの資料も、冷却コイルが十分低温でなければ除湿は起こらないと説明しています。
このため、エアコンの除湿能力は室温だけでなく、室内の湿度、熱交換器温度、風量、冷媒制御などに左右されます。
湿度が高いほど結露水は多くなるの？
同じ温度条件なら、一般に空気中の水蒸気量が多いほど結露できる水も多くなります。
梅雨や夏の高湿度時には、熱交換器を通る空気から多くの水分が凝縮するため、ドレン水も増えやすくなります。
ダイキン工業は、冷房・除湿運転で発生した結露水を利用して熱交換器を洗う機能も案内しています。
これは、エアコン内部で実際にまとまった量の結露水が生じることを利用した応用例です。
なぜ湿度が低いと除湿量も小さくなるの？
もともと空気に含まれる水蒸気量が少なければ、露点も低くなります。
同じ熱交換器温度でも、凝縮して取り出せる水分量は少なくなります。
そのため、乾燥した条件では冷房はできても、除湿量は小さくなることがあります。
エアコンの除湿性能は、単に「冷たいほど強い」とは言えず、入口空気の温度と湿度の組み合わせで変わります。
風量を下げると除湿しやすくなることがあるのはなぜ？
風量が小さくなると、空気が熱交換器を通る間により強く冷やされやすくなります。
空気の温度が露点より十分低いところまで下がれば、より多くの水分が凝縮しやすくなります。
一方、風量が大きすぎると、熱交換器を通過する時間が短くなり、出口空気の温度が十分下がらない場合があります。
ただし実際のエアコンでは、風量だけでなく圧縮機能力や熱交換器温度も同時に制御されるため、除湿量は機種や運転条件によって変わります。
冷房を止めたあとに湿度が少し戻ることがあるのはなぜ？
運転中の熱交換器やドレンパンには水分が残っています。
冷房を止めたあとに室内機内部が暖まり、その水が蒸発すると、室内へ水蒸気が戻ることがあります。
これを湿度戻りと呼ぶことがあります。
そのため、多くのエアコンには運転停止後に内部を乾燥させる機能があります。
結露水をしっかり排出し、残った水分を内部に長時間とどめないことは、除湿性能だけでなくカビ対策にも重要です。
結露水がうまく排水されないとどうなるの？
ドレンホースの詰まりや勾配不良などで水が排出されないと、室内機から水漏れすることがあります。
さらに、ドレンパンへ水が長くたまれば、微生物が増えやすい環境になる可能性があります。
EPAのHVAC資料でも、ドレンパンが完全に排水できないと水が滞留し、カビや細菌が増殖しやすくなると注意しています。
除湿で生じる水は「正常な結露水」ですが、正常に外へ排出できる構造と保守が必要です。
窓の結露とエアコン内部の結露は何が違うの？
原理は同じです。
どちらも、湿った空気が露点より低い表面へ触れ、水蒸気が液体の水へ変わっています。
違いは制御されているかどうかです。
窓の結露は、室内側の冷たい表面で意図せず発生し、窓枠や建材を濡らすため問題になります。
エアコンは、熱交換器という決められた場所へ結露を集中させ、その水を排水することで「水分除去装置」として利用しています。
除湿機も同じ仕組みなの？
コンプレッサー式の除湿機は、基本的に似た仕組みです。
湿った空気を冷たい熱交換器へ通し、露点以下まで冷やして水分を結露させます。
その後、空気を別の熱交換器で暖めて室内へ戻すため、室温を大きく下げずに除湿できます。
一方、デシカント式除湿機は、吸湿材に水蒸気を吸着させるため、結露を主原理としません。
同じ「除湿」でも、水分の取り除き方には複数の方式があります。
エアコンの除湿はいつでも十分効くの？
条件によっては十分でないことがあります。
室温がすでに低く、冷房負荷が小さいのに湿度だけ高い場合、通常の冷房では熱交換器を長く冷やし続けにくく、除湿量が不足することがあります。
このような条件に対応するため、再熱除湿や独立した除湿機が使われることがあります。
建物への外気流入が多い場合や、室内で洗濯物・調理などから大量の水分が発生する場合も、除湿負荷は大きくなります。
エアコンの除湿を理解するポイント
- 室内空気を冷たい熱交換器へ通す
- 熱交換器表面を空気の露点より低くする
- 水蒸気を液体の水として結露させる
- 結露水をドレンパンへ集める
- ドレンホースから屋外へ排出する
- 水分を室内へ戻さないことで絶対湿度を下げる
- 冷房でも除湿でも基本原理は共通する
まとめ
エアコンが結露を起こして部屋の湿気を取り除けるのは、湿った空気を露点より低い熱交換器で冷やし、水蒸気を液体の水へ変えて空気から分離し、その水を屋外へ排出するからです。
住宅の窓で起きる結露と物理的な原理は同じですが、エアコンでは結露する場所と排水経路を意図的に設計しているため、困りごとではなく除湿機能として利用できます。
除湿を理解するときは、単に「空気を冷やす」だけでなく、露点以下への冷却、結露、回収、排水までが一つの仕組みだと考えることが大切です。
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