出典：建築物衛生管理技術者試験令和5年度(2023年)｜空気環境の調整第48問
問題
湿り空気に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。
(1) 絶対湿度が一定の状態で、温度が上昇すると相対湿度は低下する。
(2) 相対湿度が同じ湿り空気では、温度が高い方が比エンタルピーは高い。
(3) 乾球温度が同じ湿り空気では、絶対湿度が高い方が水蒸気圧は高い。
(4) 露点温度における湿り空気では、乾球温度と湿球温度は等しい。
(5) 比エンタルピーが同じ湿り空気では、温度が高い方が絶対湿度は高い。
ビル管過去問｜湿り空気｜相対湿度・露点温度・比エンタルピーの関係を解説
この問題は、湿り空気の基本関係である相対湿度、絶対湿度、水蒸気圧、露点温度、比エンタルピーのつながりを正しく理解しているかを問う問題です。湿り空気の問題では、ひとつの量が変化したときに、ほかの量がどう動くかを整理して考えることが大切です。正しい選択肢は(1)から(4)で、最も不適当なのは(5)です。(5)は、比エンタルピーが一定のとき、温度が高いほど絶対湿度も高くなるとしている点が誤りです。実際には、比エンタルピーが一定なら、温度が高くなるほど絶対湿度は低くなります。
(1) 絶対湿度が一定の状態で、温度が上昇すると相対湿度は低下する。
適切です。その理由は、相対湿度とは、その空気が含んでいる実際の水蒸気量が、その温度で含むことのできる最大の水蒸気量に対してどのくらいの割合かを示す値だからです。温度が上がると、空気はより多くの水蒸気を含めるようになります。一方で、絶対湿度が一定ということは、実際に含まれている水蒸気量は変わらないということです。そのため、分母にあたる「含みうる最大の水蒸気量」が大きくなり、割合である相対湿度は下がります。夏に暖房した室内で空気が乾いたように感じるのも、この関係で説明できます。水蒸気そのものが減っていなくても、温度上昇によって相対湿度は低下します。
(2) 相対湿度が同じ湿り空気では、温度が高い方が比エンタルピーは高い。
適切です。その理由は、比エンタルピーが空気のもつ熱エネルギーの大きさを表し、乾き空気の顕熱と水蒸気の潜熱の両方を含んでいるからです。相対湿度が同じでも、温度が高くなると飽和水蒸気圧が大きくなり、空気中に含まれる実際の水蒸気量も増えます。つまり、温度が高い空気ほど、空気自体の熱も大きく、水蒸気がもつ熱も大きくなります。その結果、比エンタルピーは高くなります。湿り空気線図でも、同じ相対湿度線上では、右上へ進むほど比エンタルピーが増加していきます。この感覚を持っておくと、線図問題に対応しやすくなります。
(3) 乾球温度が同じ湿り空気では、絶対湿度が高い方が水蒸気圧は高い。
適切です。その理由は、乾球温度が同じ条件では、空気中に含まれる水蒸気量が多いほど、その水蒸気が示す分圧、つまり水蒸気圧も高くなるからです。絶対湿度は空気中の水蒸気の量を表す量であり、水蒸気圧も同じく水蒸気の存在量を反映する量です。両者は別の表し方ではありますが、同じ温度条件で見れば、絶対湿度が増えるほど水蒸気圧も増えます。逆に、乾球温度が同じで水蒸気圧が低い空気は、絶対湿度も低いと判断できます。このように、乾球温度が固定されているときは、絶対湿度と水蒸気圧は同じ向きに増減すると覚えると整理しやすいです。
(4) 露点温度における湿り空気では、乾球温度と湿球温度は等しい。
適切です。その理由は、露点温度とは、空気を冷却していったときに水蒸気がちょうど飽和に達する温度だからです。空気が飽和している状態では、相対湿度は100％になります。このとき、乾球温度、湿球温度、露点温度は一致します。湿球温度は、水の蒸発による冷却を考慮した温度ですが、すでに空気が飽和していると蒸発が進みにくくなり、乾球温度との差がなくなります。したがって、露点温度の状態、つまり飽和状態では、乾球温度と湿球温度は等しくなります。試験では「飽和空気では乾球温度＝湿球温度＝露点温度」という基本関係がよく問われます。
(5) 比エンタルピーが同じ湿り空気では、温度が高い方が絶対湿度は高い。
不適切です。その理由は、比エンタルピーが一定の条件では、温度が上昇すると、その分だけ空気の顕熱が増えるため、全体の熱量を一定に保つには水蒸気量、つまり絶対湿度はむしろ減少しなければならないからです。湿り空気の比エンタルピーは、乾き空気の温度に応じた熱と、水蒸気がもつ潜熱などの和で表されます。同じ比エンタルピーのまま温度だけを上げることはできないため、その分、水蒸気量を減らしてつり合いを取る必要があります。湿り空気線図でも、ほぼ等エンタルピー線に沿って温度が高くなる方向へ進むと、絶対湿度は低くなる関係になっています。したがって、「比エンタルピーが同じなら、温度が高い方が絶対湿度も高い」という記述は逆であり、これが最も不適当です。
この問題で覚えるポイント
湿り空気の基本では、乾球温度、湿球温度、露点温度、相対湿度、絶対湿度、水蒸気圧、比エンタルピーの関係をセットで理解することが重要です。まず、絶対湿度は空気中に実際に含まれている水蒸気量を表し、相対湿度はその温度での飽和状態に対する割合を表します。そのため、絶対湿度が同じでも温度が上がれば相対湿度は下がります。逆に、相対湿度が同じでも温度が高くなれば、含むことのできる水蒸気量が増えるので、絶対湿度も比エンタルピーも大きくなります。 露点温度は、その空気を冷やしたときに飽和して結露が始まる温度です。露点温度に達した空気は飽和空気ですから、乾球温度、湿球温度、露点温度が一致します。この一致関係は頻出です。飽和空気では相対湿度は100％になることもあわせて押さえておくと、問題を解くときの軸になります。 水蒸気圧は空気中の水蒸気の分圧であり、絶対湿度と強く結びついています。同じ乾球温度なら、絶対湿度が高いほど水蒸気圧も高くなります。比エンタルピーは乾き空気と水蒸気がもつ熱量の合計で、温度と絶対湿度の両方に影響されます。したがって、比エンタルピー一定の条件では、温度と絶対湿度は同じ方向には増えず、片方が増えればもう片方は減る関係になります。この逆相関を理解しておくことが、等エンタルピー線の読み取りや選択肢の正誤判断に直結します。
ひっかけポイント
この問題のひっかけは、日常語としての「湿度」と、空気線図で扱う「相対湿度」「絶対湿度」「水蒸気圧」を混同させるところにあります。普段の感覚では、温度が高いほど「蒸し暑い」「湿っている」と感じやすいため、温度上昇と湿度上昇を同じ方向に考えてしまいがちです。しかし、試験で問われるのは感覚ではなく、どの湿度を指しているかです。絶対湿度が一定なら相対湿度は下がる、というように、用語を区別しないと誤答しやすくなります。 もうひとつの罠は、比エンタルピー一定の関係です。受験者は「温度が高いのだから熱量も大きいはず」と考えて、そのまま絶対湿度も高いと判断しやすいです。しかし、ここでは「比エンタルピーが同じ」という条件がついています。この条件を見落とすと、温度上昇による顕熱増加と、水蒸気量減少による潜熱減少のつり合いを考えられなくなります。条件つきの比較問題では、何が一定で、何が変化するのかを先に固定して考えることが大切です。 さらに、露点温度の選択肢では、露点温度と湿球温度の関係をあいまいに覚えていると迷いやすくなります。露点温度そのものは「結露が始まる温度」ですが、そこに達した空気は飽和しているため、乾球温度と湿球温度が一致します。露点温度だけを単独で覚えるのではなく、飽和空気の三温度一致までまとめて覚えることが、こうした問題の再現性ある対策になります。
