空気は、時折水システムに混入する汚染物質ではありません。それはむしろ、システム内部で絶えず生成されています。水道水1リットルが水冷式循環回路に流入すると、通常10℃で溶解酸素8～10mg／L程度の溶解ガスを含んだ状態で供給されます。この水が加熱されると、ガスを溶存させる能力は低下します。放出されたガスはどこかへ行かねばならず、もし設計段階でその排出経路が考慮されていなければ、最も深刻な被害をもたらす場所——つまりポンプや熱交換器、および循環が完全に停止してしまう上昇配管の最上部——に滞留してしまいます。
重要なのは3つのメカニズムです。第一に、加熱によって気体が放出されます。これは、温度が上がると溶解度が下がるためで、密閉されたシステムでは、新たに水が流入しなくても空気が放出されます。第二に、圧力の低下によって気体が放出されます。つまり、圧力が最も低くなる場所で、空気が溶液から析出します。第三に、給水や自動補水のたびに、新たに酸素を含んだ水が供給されるため、自動給水弁を常時開放したままにしておくことは、機械室における最も高コストなミスの一つです。
こうした酸素の継続的な供給がもたらす結果は腐食です。ラジエーターおよびボイラーの水流路の鋼材において、溶存酸素が点食腐食を引き起こし、黒色の酸化鉄（磁鉄鉱）が生成されます。この磁鉄鉱はスラッジとして沈殿し、細い流路を詰まらせ、熱伝達面を絶縁するとともに、本来ならこの問題を解消すべきエアバルブをも目詰まりさせます。こうして、システムは自己増幅型の故障を発展させることになります。
パターンを理解すれば、その影響はすぐに認識できます。高所に発生した空気のたまり（エアロッキ）により、その配管ルート内の循環が完全に停止します。その典型的な症状は、ラジエーターの上部が冷たく、下部が温かいという状態です。また、空気がポンプに到達するとキャビテーションが発生し、インペラーが侵食され、砂利が転がるような異音が生じます。この音はしばしばベアリングの故障と誤診されます。さらに、熱交換器表面に付着した微小な気泡は熱伝達効率を低下させ、同じ出力でもボイラーがより高温で運転せざるを得なくなります。また、空気は流量調整バルブやサーモスタット式制御装置が正常に機能するために必要な流れの状態を乱すため、システム全体の制御精度と能力の両方が損なわれます。
家庭用給湯設備においても、エアロッキは同様の不具合を引き起こします。たとえば、ポンプ式シャワーが一時的に噴出し、脈打つように流れ、やがて完全に止まってしまうこと、二次循環配管が一向に所定温度に達しないこと、蛇口から水が「パチパチ」と飛び出す現象などです。こうした現象の原因は、通常、排気されていない高所に空気が滞留し、ポンプの動作や給水時に空気が巻き込まれることにあります。
空気管理とは、より多くの自動空気排出弁を設置することではありません。それは、装置を空気に合わせることです。
手動式空気排出弁は、実際の最高点および垂直配管の最上部に必ず設置する必要があります。これらは安価で信頼性が高く、誤読の余地がありません。自動空気排出弁（フロート式黄銅製）は、局所的な最高点や末端機器には有効ですが、スラッジの影響を受けやすいため注意が必要です。汚染されたフロートは、連続して滴下するか、閉じたまま作動しなくなるかのいずれかです。密閉式システムにおいて自動弁から漏れが生じると、ゆっくりと目立たない形で給水が継続し、結果として酸素が不断に追加されることになります。水質が不良な場合は、上流側にストレーナーを設置して自動弁を保護するか、あるいは手動による空気抜きを採用してください。
空気分離器およびマイクロバブル凝集器は、水力式システムにおいて高価値部品であり、設置に関する設計ルールは明確です。すなわち、溶解ガスが最も容易に溶液から放出される、水温が最も高く、圧力が最も低い場所に設置します。ほとんどのシステムでは、これはボイラーまたはヒートポンプの流量接続部（ポンプの手前）となります。膨張タンクも同一点に接続し、ガストラップを防止する構造の専用継手を用いる必要があります。
配管側では、類似の装置がそれぞれ独自の規格に基づいて規定されています。給水用エアバルブはEN 1074-4およびAWWA C512に準拠し、排水用エア吸気弁は異なる製品（EN 12380）であり、絶対に圧力式エア放出弁と混同・代用してはなりません。
空気抜きは単一の作業ではなく、一連の工程であるため、各国では施工・立ち上げに関する標準規格が定められています。具体的には、水媒式暖房システムの設計に関するBS EN 12828、施工および立ち上げに関するEN 14336、洗浄・フラッシング・水処理に関するBS 7593、英国における実務指針としてCIBSEガイドBおよびコミッショニングコードW、さらに国際的に広く参照されるASHRAEハンドブック（水冷式空気管理関連）などがあります。
システムは最低点からゆっくりと充水し、水位が上昇するにつれて各最高点でエア抜きを行います。ポンプを運転した後、再度エア抜きを行ってください。これにより、配管内壁などに付着していた空気が動きやすくなります。排出口から水が出なくなるまでこの作業を繰り返します。システムの常温時および運転温度時の圧力を記録してください。圧力上昇量は、エクスパンションタンクの容積およびプリチャージ圧力と一致するはずです。一致しない場合は、圧力計の故障ではなく、エクスパンションタンクの不具合または空気の閉じ込めを疑ってください。
ポンプの両端に差動温度計を接続します。他の条件がすべて不変のまま、温度差が広がる場合は、流量低下を示しており、空気混入がよくある原因です。各放熱器の流入・流出温度を確認し、循環していない配管系統を特定します。また、システムの最高点およびポンプ付近で、ゴロゴロ音や砂利のような音がしないか耳を澄ませます。最後に、全自動エアベントの滴下（漏れ）を点検し、補水ループが確実に遮断されていることを確認したうえで、スラッジフィルターの状態を基準値として記録します。
空気は、設計段階で想定される要素であり、単なる事故ではありません。回路内で最も高温かつ最低圧力の箇所で空気を分離し、すべての最高点から空気を排出します。充填後はシステム全体を密閉状態に保ち、フロート弁をスラッジから保護するとともに、腐食生成物を除去して、この問題の原因となる要因を根絶します。空気の存在を無視すれば、建物内のあらゆる不具合は、わずか数立方センチメートルの気体に起因することになります。
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著者について
*浙江新東衛浴用品有限公司 — 技術・輸出チーム*
新東社は、浙江省玉環市において、25年以上にわたり真鍮製バルブ・継手、サーモスタット式シャワーバルブ、混合水栓を製造しています。敷地面積3万m²の工場には380名以上の従業員が在籍し、自社設計・試験設備を備え、構造およびデザインに関する特許を65件以上取得しています。 製品一覧 当社の輸出市場（WRAS、TMV2／TMV3、cUPC、NSF／ANSI規格など）における承認制度に準拠して開発・試験されており、欧州、中東、北米各地の輸入業者、MEP請負業者、水処理統合事業者へ供給されています。
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