出典：建築物衛生管理技術者試験令和4年度(2022年)｜空気環境の調整第62問
問題
下に示す湿り空気線図上のア〜オは、加湿・除湿操作による状態変化を表している。
各状態変化と加湿・除湿操作との組合せとして、最も不適当なものは次のうちどれか。
(1) ア ――― 蒸気加湿
(2) イ ――― 気化式加湿
(3) ウ ――― 空気冷却器による冷却除湿
(4) エ ――― 液体吸収剤による化学的除湿
(5) オ ――― シリカゲルなどの固体吸着剤による除湿
ビル管過去問｜湿り空気線図 加湿・除湿の状態変化を解説
この問題は、湿り空気線図上で加湿や除湿を行ったとき、空気の温度や含湿量がどの方向に変化するかを正しく読み取れるかを問う問題です。正答は(1)です。蒸気加湿は一般に水蒸気を加えることで含湿量が増加し、同時に空気の熱量も増えるため、湿り空気線図上では単なる気化式加湿とは異なる動きを示します。気化式加湿、冷却除湿、化学的除湿、固体吸着剤による除湿は、それぞれ典型的な状態変化の方向があり、それを押さえておくことが重要です。
(1) ア ――― 蒸気加湿
不適切です。蒸気加湿は、空気中に水蒸気そのものを加える操作です。そのため含湿量は増加し、さらに蒸気が持つ熱も加わるので、乾球温度やエンタルピーも上昇するのが基本です。したがって、湿り空気線図上では単なる等温変化でも等エンタルピー変化でもなく、右上方向へ移動するような状態変化として表されるのが一般的です。問題の正答が(1)であることから、図中アの変化方向は、この蒸気加湿の典型的な動きと一致していないと判断できます。ここでは、加湿という言葉だけで気化式加湿と蒸気加湿を同じように考えてしまうと誤りやすいです。
(2) イ ――― 気化式加湿
適切です。気化式加湿は、水を蒸発させて空気に水分を与える方法です。このとき蒸発に必要な熱は空気自身から奪われるため、空気の乾球温度は下がり、含湿量は増加します。全体としては、熱の出入りがほとんどない断熱加湿として扱われることが多く、湿り空気線図上ではほぼ等エンタルピー線に沿って移動します。つまり、温度は下がるのに湿り気は増えるという変化です。蒸気加湿と違って、外から熱を持った蒸気を直接加えるわけではない点が重要です。
(3) ウ ――― 空気冷却器による冷却除湿
適切です。空気を冷却器で冷やしていくと、まず乾球温度が下がります。さらに露点温度以下まで冷却されると、空気中の水蒸気が凝縮して水滴となって取り除かれるため、含湿量も減少します。これが冷却除湿です。湿り空気線図上では、左下方向へ向かう変化として表されます。単なる冷却だけなら含湿量は一定ですが、露点を下回ると除湿が始まるという流れを理解しておくと、線図の読み取りがしやすくなります。
(4) エ ――― 液体吸収剤による化学的除湿
適切です。液体吸収剤による化学的除湿は、塩化リチウムなどの吸湿性をもつ液体が空気中の水蒸気を吸収することで除湿を行う方法です。このとき水分が取り除かれるので含湿量は減少します。また、吸収に伴って熱が発生しやすいため、空気温度は上昇する方向に変化するのが一般的です。したがって、湿り空気線図上では右ではなく、含湿量は減るので下方向、温度は上がるので右方向寄りの変化となり、結果として右下方向のような動きで理解できます。除湿なのに温度が下がるとは限らない点が重要です。
(5) オ ――― シリカゲルなどの固体吸着剤による除湿
適切です。シリカゲルなどの固体吸着剤による除湿も、空気中の水蒸気を吸着して含湿量を減少させる方法です。吸着の際には吸着熱が発生するため、空気温度は上昇する傾向があります。そのため、湿り空気線図上では含湿量が減少しつつ乾球温度が上昇する方向へ移動します。液体吸収剤による除湿と似た傾向を示しますが、こちらは固体表面への吸着を利用している点が異なります。除湿操作は必ずしも冷却を伴うわけではなく、むしろ加熱方向に動くものもあると覚えることが大切です。
この問題で覚えるポイント
湿り空気線図では、加湿と除湿を「含湿量が増えるか減るか」と「乾球温度が上がるか下がるか」の2軸で整理すると判断しやすくなります。蒸気加湿は水蒸気と熱を同時に加えるため、含湿量が増え、温度も上がります。気化式加湿は水の蒸発に空気の熱を使うため、含湿量は増える一方で温度は下がり、ほぼ等エンタルピー変化となります。冷却除湿は空気を露点以下まで冷やして水分を凝縮させるため、温度も含湿量も下がります。液体吸収剤や固体吸着剤による除湿は、どちらも水分を除去しつつ吸収熱や吸着熱の影響で温度が上がる方向に変化するのが基本です。つまり、加湿には「温度上昇型」と「温度低下型」があり、除湿にも「冷やして除く型」と「温度上昇を伴って除く型」があると整理すると、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、「加湿ならどれも同じような線になる」「除湿ならどれも温度が下がる」と思い込ませる点にあります。実際には、蒸気加湿と気化式加湿では熱の出入りが異なるため、湿り空気線図上の動きは大きく異なります。また、除湿も冷却除湿だけをイメージしていると、化学的除湿や吸着式除湿のように温度上昇を伴う変化を見落とします。問題作成者は、日常感覚では「加湿はしっとりする」「除湿は冷える」と単純化しがちなところを突いてきます。試験では、操作の名称だけで判断せず、「水分は増えるのか減るのか」「熱は加わるのか奪われるのか」を順に考えることが、誤答を防ぐコツです。
