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78問
問題
環境要素の測定に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。
(1) グローブ温度は、室内気流速度が小さくなるに伴い、平均放射温度に近づく傾向にある。
(2) 超音波風速計は、超音波の強度と気流との関係を利用している。
(3) 電気抵抗式湿度計は、感湿部の電気抵抗が吸湿や脱湿により変化することを利用している。
(4) バイメタル式温度計は、2種類の金属の膨張率の差を利用している。
(5) アスマン通風乾湿計の乾球温度は、一般に湿球温度より高い値を示す。
ビル管過去問｜環境測定機器｜グローブ温度・風速計・湿度計・乾湿計の原理を解説
この問題は、温熱環境の測定に使われる代表的な機器について、それぞれがどのような原理で測っているかを問う問題です。見た目や名称だけで覚えていると迷いやすいですが、「何を利用して測るのか」を押さえておくと判断しやすくなります。正答は(2)です。超音波風速計は、超音波の強度ではなく、超音波の伝搬時間や周波数の変化と気流との関係を利用して風速を測定するため、この記述は不適切です。他の選択肢は、それぞれの測定機器の基本原理として適切です。
(1) グローブ温度は、室内気流速度が小さくなるに伴い、平均放射温度に近づく傾向にある。
適切です。グローブ温度は、黒球温度計で測定される温度で、空気温度だけでなく周囲からの放射熱の影響も受けた値です。黒球は周囲の壁、天井、床、機器などとの間で放射による熱のやり取りをしていますが、同時に周囲空気との対流による熱のやり取りも受けます。ここで室内気流速度が小さいと、空気との対流熱伝達の影響が弱くなります。その結果、黒球温度は空気温度よりも、周囲面から受ける放射の影響を強く反映し、平均放射温度に近づきやすくなります。逆に風が強いと、空気との熱交換が大きくなるため、黒球温度は空気温度の影響をより受けやすくなります。この関係は、温熱環境評価でグローブ温度を理解するうえで非常に重要です。
(2) 超音波風速計は、超音波の強度と気流との関係を利用している。
不適切です。超音波風速計は、一般に超音波の強度そのものではなく、超音波が空気中を伝わる時間差や、送受信の方向による伝搬速度の差を利用して風速を求めます。たとえば、風上方向と風下方向では、超音波が到達するまでの時間がわずかに変わります。この差から、空気の流れる速さや方向を計算します。したがって、「強度を利用する」という説明は原理として誤りです。風速計にはさまざまな種類がありますが、超音波風速計は回転体を持たず、応答が速く、微風から測定しやすいという特徴があります。試験では「何を検出しているか」を取り違えないことが大切です。
(3) 電気抵抗式湿度計は、感湿部の電気抵抗が吸湿や脱湿により変化することを利用している。
適切です。電気抵抗式湿度計は、湿気を吸う性質をもつ材料を感湿部に用い、その材料が空気中の水分を吸ったり放したりすることで電気抵抗が変化する性質を利用して湿度を測ります。空気中の相対湿度が高くなると感湿体が吸湿し、抵抗値が変化します。その変化量を読み取ることで湿度を求めます。湿度計にはほかにも毛髪式、静電容量式、乾湿計などがありますが、この選択肢は電気抵抗式湿度計の説明として正しい内容です。名称に「電気抵抗」とあるので、そのまま抵抗値の変化を利用するという理解で押さえると覚えやすいです。
(4) バイメタル式温度計は、2種類の金属の膨張率の差を利用している。
適切です。バイメタル式温度計は、熱で伸び方の異なる2種類の金属を貼り合わせた部材を使っています。温度が変化すると、それぞれの金属の膨張の度合いが異なるため、全体として曲がります。この曲がり量を針の動きなどに変えて温度を示す仕組みです。機械的な構造で比較的扱いやすく、電源を必要としない点が特徴です。温度計の原理問題では、液体膨張式、熱電対、測温抵抗体、バイメタル式などを区別して問われることがありますので、どの物理現象を使っているかを整理しておくことが重要です。
(5) アスマン通風乾湿計の乾球温度は、一般に湿球温度より高い値を示す。
適切です。アスマン通風乾湿計は、乾球温度と湿球温度を測定し、その差から湿度を求める機器です。乾球温度は通常の空気温度であり、湿球温度は球部に湿らせた布を巻いて水の蒸発による冷却を受けた温度です。水が蒸発すると熱が奪われるため、湿球温度は乾球温度より低くなるのが一般的です。したがって、乾球温度の方が高いという記述は正しいです。ただし、空気が飽和して相対湿度が100％に近いときは蒸発が起こりにくくなるため、乾球温度と湿球温度の差は小さくなり、理論上は一致します。この点まで理解しておくと応用問題にも対応しやすくなります。
この問題で覚えるポイント
環境測定機器の問題では、機器の名称だけでなく、測定原理まで結びつけて覚えることが重要です。グローブ温度は、空気温度と放射の影響を受ける温度であり、気流が小さいほど平均放射温度に近づきやすいという関係を押さえる必要があります。超音波風速計は、超音波の伝搬時間差や伝搬速度の変化を利用して風速を測る機器であり、強度を利用するわけではありません。湿度計では、電気抵抗式は感湿体の抵抗変化、乾湿計は乾球温度と湿球温度の差を利用するという違いを整理しておくことが大切です。バイメタル式温度計は、異なる膨張率をもつ2種類の金属の変形を利用する機械式温度計です。また、乾湿計では乾球温度が湿球温度より高いこと、ただし飽和状態では両者がほぼ等しくなることも頻出知識です。機器ごとに「何を検出しているか」を一対一で覚えると、同テーマの問題に対応しやすくなります。
ひっかけポイント
この問題のひっかけは、もっともらしい説明の中に、測定原理の核心だけを少しずらして入れている点にあります。特に超音波風速計は、超音波を使うという点までは正しくても、「強度」を利用するのか、「伝搬時間や速度差」を利用するのかを曖昧に覚えていると誤答しやすいです。試験では、このように機器名と測定対象は合っていても、原理だけが間違っている選択肢がよく出ます。また、乾湿計やグローブ温度のように、日常感覚でも何となく理解できそうなものは、かえって厳密な条件を見落としやすいです。たとえば、湿球温度はいつもかなり低いと思い込むと、飽和時には乾球温度に近づくという例外を忘れてしまいます。今後も、測定機器の問題では「どの現象を使って値を出しているのか」を言葉で説明できるレベルまで整理しておくことが、ひっかけを避ける有効な対策になります。
