ファンの空力設計と騒音対策を事例と共に学ぶエネルギー効率向上技術ノウハウ

はじめに：工場用ファンの空力設計と騒音対策の重要性

製造業の現場で利用される送風機や排気ファンは、生産性を支える重要な役割を担っています。
一方で、伝統的なアナログ工場では「とりあえず風が送れれば良い」といった昭和的な発想から脱却できず、エネルギー効率や騒音対策が後回しになっている現場も珍しくありません。

これにより、電力量の無駄や作業環境の悪化が生じ、工場全体のコスト競争力や従業員のモチベーション低下につながることもあります。
本記事では、ファンの空力設計・騒音対策に関する実践的なノウハウを、私自身の現場経験や最新事例を交えながら、ラテラルシンキングを通して深掘りします。
調達バイヤー、サプライヤー、そして製造現場の皆様が、今後の付加価値創出や現場変革のヒントを得る一助となれば幸いです。

ファンの基礎知識：なぜ空力設計と騒音対策が不可欠か

ファンの種類と用途

工場では主に軸流ファン、遠心ファンの2種類が使われています。
軸流ファンは大量の空気移動に適しており、一般換気や排気、冷却に利用されます。
一方、遠心ファンは高静圧を必要とする工程や集塵用途に向いています。

どちらのファンも単にサイズや風量だけに注目しがちですが、エネルギー消費効率や騒音レベルの最適化には、羽根形状・材料・ダクト設計など「空力設計」の工夫が直結します。
工場におけるファンは“エネルギーロスの温床”にもなりやすく、安定稼働とコスト低減のバランスを取るうえで設計最適化は欠かせません。

昭和型アナログ工場の課題とデジタル移行の障壁

多くの日本の製造業現場では、未だ「昔ながらの機械頼み」「現場職人の経験則重視」という昭和マインドが根強く残ります。
実際の現場では、「何十年前のファンをそのまま使い続けている」「異音や振動があっても応急処置で済ませてしまう」ケースが散見されます。
こうした固定観念を打破し、デジタル計測や空力シミュレーションの活用にシフトすることが、ゼロカーボン工場や安全・快適な職場環境実現の出発点となります。

空力設計のポイント：省エネと静音化の両立のために

羽根形状と材質の最適化

ファンの空力性能は主に羽根（ブレード）の形状と設置角度、材質の選定により決まります。
例えば、同じ風量を得る場合でも、寸法や材質を工夫することで大幅なエネルギー削減が可能です。

【事例紹介】
ある自動車部品工場では、従来型の鋼板製軸流ファンからアルミ製羽根＋三次元曲面形状への置き換えを試みました。
その結果、モーター出力が15%ダウン、消費電力も13%削減、騒音も4dB低減しました。
このように、3D CADや流体解析（CFD）を活用して最適形状を追求することで、エネルギー効率と騒音低減の“両取り”が実現できます。

ダクト設計の再考：流路のムダと抵抗を見逃さない

ファン単体の性能だけではなく、接続するダクト設計も“空気の流れ”を決定づける重要ポイントです。
とくに90度エルボや蛇行した配管、ダンパーの無駄な開閉は空気抵抗（圧力損失）を大きくし、ファンに無駄な負荷をかけます。

【現場的ラテラルシンキング】
既存ダクト全体を一新できない場合も多いでしょう。
こうしたとき、ファンの吹き出し直後や吸込み口周辺に「整流板」「ガイドベーン」といった簡易アタッチメントを後付けするだけで、20～30%ほど余分な圧損をカットできた事例があります。

インバータ制御の採用：需要変動に柔軟対応

古いファンはON/OFFか、ダンパー開閉で無理やり風量調整している現場が多いです。
しかし、導入コストこそ多少かかりますが、インバータ制御化（可変速モーター化）することで、季節や稼働状況ごとの負荷変動に柔軟対応が可能になります。
これにより、消費電力の削減、ファン寿命の延命、騒音の抑制と多面的な効果が得られます。

工場の騒音問題：現場で根強い課題への実践アプローチ

騒音源の本質的対策と“事後対策”の落とし穴

ファンの騒音対策は「単なる防音壁設置」では根本的な解決になりません。
騒音の元凶は、羽根の風切り音・構造振動・ダクト内乱流・共鳴など多岐にわたります。
“事後的に何とかする”のではなく、「音を出さない設計・選定」が基本思想です。

また、「音は数値で管理する」という視点も重要です。
定量的な騒音測定を行い、問題の工程や装置を可視化し、複数のソリューション（低騒音型ファンへの更新、遮音材選定、ダクト形状改善等）を総合的に組み合わせる必要があります。

現場で活用できる低コスト・即効性のノウハウ

現場の即効的な騒音対策としては、以下のような工夫が有効です。

・ファンの支持架台を防振ゴムマウントに置換
・ファン出口の付近にパンチングメタル＋吸音材ボックスを追加
・ダクトの取り回しをストレート化、不要な90度エルボをカット

簡易的な改良でも体感3-5dBの騒音低減となることは珍しくありません。
私自身も現場リーダーとして「予算ゼロでもできる工夫」を重ねてきた経験があります。

具体的な改善事例：工場現場のカイゼン活動より

【事例1】エネルギーコスト削減と静音化のダブル達成

ある食品加工メーカーでは、既存の大型軸流ファンが稼働音ストレスと高額な電気料金という2つの課題を抱えていました。
ファン自体の更新には多額の投資が必要なため、まずは以下のPDCAを回しました。

1. 各ラインの風量・圧力・騒音レベルの徹底可視化
2. 羽根交換による空力性能の改善（形状最適化、鋼板→FRP化）
3. 部分的にインバータ可変速への置換
4. 配管設計の見直しと、整流板・吸音パネル増設

半年間で、年間電力コスト▲12%、騒音レベル▲5dBのダウンを実現。
定量分析と現場目線を融合させた「小さな改善積み上げ」が大きな成果となりました。

【事例2】サプライヤー視点の提案型改善

部品サプライヤー側としてバイヤーへ新仕様を提案する際は、「環境騒音規制」「働き方改革」など社会背景とセットで企画するのが効果的です。
単なるコストダウンではなく、「環境投資を通じたSDGs達成」「事故リスク低減」などのベネフィットと合わせて、低騒音ファン＋高効率モーターをパッケージ提案した事例では、競合他社との差別化に成功し持続的な受注を得ることができました。