出典：建築物衛生管理技術者試験令和3年度(2021年)｜空気環境の調整第46問
問題
下に示す湿り空気線図に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。
(1) 乾球温度14°C、相対湿度80％の空気を加熱コイルで25°Cに温めると相対湿度は約40％となる。
(2) 乾球温度10°C、相対湿度80％の空気は、乾球温度22°C、相対湿度30％の空気より絶対湿度が高い。
(3) 乾球温度22°C、相対湿度60％の空気が表面温度15°Cの窓ガラスに触れると結露する。
(4) 乾球温度19°Cの空気が含むことのできる最大の水蒸気量は、0.010kg／kg（DA）より大きい。
(5) 露点温度10°Cの空気は、乾球温度29°Cにおいて約30％の相対湿度となる。
ビル管過去問｜湿り空気線図の読み方｜相対湿度・絶対湿度・露点温度・結露を解説
湿り空気線図は、乾球温度、相対湿度、絶対湿度、露点温度などの関係を一つの図から読み取るためのものです。特に重要なのは、空気を単純に加熱した場合には絶対湿度が変わらないこと、空気を冷却して露点温度より低くすると結露が始まることです。答えは(3)です。乾球温度22°C、相対湿度60％の空気の露点温度は約14°Cであり、15°Cの窓ガラスは露点温度より高いため、この条件では結露しません。湿り空気線図では、現在の状態点から水平方向に左へたどり、相対湿度100％の飽和曲線と交わる温度を露点温度として読み取ることがポイントです。
(1) 乾球温度14°C、相対湿度80％の空気を加熱コイルで25°Cに温めると相対湿度は約40％となる。
適切です。加熱コイルによって空気を加熱するだけで、水蒸気を加えたり取り除いたりしない場合、空気中の絶対湿度は変化しません。湿り空気線図では、乾球温度14°C、相対湿度80％の状態点から絶対湿度一定の線に沿って右方向へ移動し、乾球温度25°Cの位置を見ると、相対湿度はおよそ40％になります。空気の温度が高くなるほど、その温度で含むことのできる最大の水蒸気量は増えるため、実際に含まれている水蒸気量が同じでも相対湿度は低下します。暖房をすると室内が乾燥したように感じるのも、この性質によるものです。
(2) 乾球温度10°C、相対湿度80％の空気は、乾球温度22°C、相対湿度30％の空気より絶対湿度が高い。
適切です。相対湿度だけを比較して絶対湿度の大小を判断することはできないため、それぞれの乾球温度と相対湿度から湿り空気線図上の状態点を確認します。乾球温度10°C、相対湿度80％では、絶対湿度は約0.006kg／kg（DA）です。乾球温度22°C、相対湿度30％では、絶対湿度は約0.005kg／kg（DA）となります。このため、温度が低い10°Cの空気であっても、相対湿度が高いため、22°C、相対湿度30％の空気より絶対湿度は高くなります。相対湿度は「その温度での飽和状態に対して何％の水蒸気が存在しているか」を示す値であり、空気中の水蒸気量そのものを直接示す値ではない点が重要です。
(3) 乾球温度22°C、相対湿度60％の空気が表面温度15°Cの窓ガラスに触れると結露する。
不適切です。乾球温度22°C、相対湿度60％の空気の露点温度は、湿り空気線図からおよそ14°Cと読み取れます。結露は、空気が露点温度以下まで冷却され、空気中の水蒸気が気体のまま存在できなくなったときに発生します。この場合、窓ガラスの表面温度は15°Cであり、露点温度の約14°Cより高いため、窓ガラスに接した空気はまだ飽和状態には達しません。そのため、15°Cでは原則として結露しません。窓ガラスの表面温度がおよそ14°C以下になれば、表面付近の空気が露点温度に達し、結露が発生するようになります。結露の判定では「室温と窓表面温度の差」ではなく、「窓表面温度が空気の露点温度以下であるか」を確認することが重要です。
(4) 乾球温度19°Cの空気が含むことのできる最大の水蒸気量は、0.010kg／kg（DA）より大きい。
適切です。空気が含むことのできる最大の水蒸気量は、その温度における相対湿度100％、すなわち飽和状態の絶対湿度として読み取ります。湿り空気線図で乾球温度19°Cから上方にたどって相対湿度100％の飽和曲線との交点を見ると、絶対湿度は約0.014kg／kg（DA）です。これは0.010kg／kg（DA）より大きいため、記述は適切です。kg／kg（DA）のDAはDry Air、つまり乾燥空気を意味し、絶対湿度0.014kg／kg（DA）であれば、乾燥空気1kgに対して約0.014kg、すなわち約14gの水蒸気が含まれていることを表します。
(5) 露点温度10°Cの空気は、乾球温度29°Cにおいて約30％の相対湿度となる。
適切です。露点温度が10°Cということは、その空気を水蒸気量を変えずに冷却すると、10°Cで相対湿度100％の飽和状態に達することを意味します。湿り空気線図では、飽和曲線上の10°Cの位置から絶対湿度一定の線を右方向へたどり、乾球温度29°Cの位置まで移動します。その状態点の相対湿度を読むと約30％となります。露点温度が同じであれば絶対湿度も同じであり、そのまま空気を加熱すると水蒸気量は変化しないまま飽和水蒸気量だけが増えるため、相対湿度は低下します。
この問題で覚えるポイント
湿り空気線図では、横軸が乾球温度、縦軸が絶対湿度を示します。絶対湿度は乾燥空気1kgに含まれる水蒸気の質量で、単位にはkg／kg（DA）が用いられます。相対湿度は、その温度における飽和水蒸気量に対して実際の水蒸気量がどの程度存在するかを表す割合であり、絶対湿度とは意味が異なります。相対湿度100％の曲線は飽和曲線で、この状態では空気がその温度で保持できる限界まで水蒸気を含んでいます。空気を水分の出入りなしで加熱すると絶対湿度は一定のまま乾球温度が上昇し、相対湿度は低下します。逆に、水分の出入りなしで冷却すると絶対湿度は一定のまま相対湿度が上昇し、やがて100％に達します。この相対湿度100％に達する温度が露点温度です。さらに冷却すると水蒸気の一部が液体の水となり、結露が発生します。壁や窓の表面結露を判断するときは、表面温度と室内空気の露点温度を比較し、表面温度が露点温度以下であれば結露する可能性があります。乾球温度と相対湿度だけを見て水蒸気量の大小を判断せず、絶対湿度を確認することも重要です。また、温度が高いほど飽和状態で保持できる水蒸気量は大きくなるため、同じ絶対湿度でも高温では相対湿度が低く、低温では相対湿度が高くなります。
ひっかけポイント
湿り空気線図では、「温度が高い空気のほうが水蒸気を多く含んでいる」「相対湿度が高いほど水蒸気量も必ず多い」と考えてしまうことが典型的な誤答につながります。相対湿度は水蒸気量そのものではなく、その温度での飽和量に対する割合なので、乾球温度が異なる空気同士を比較するときには絶対湿度を見る必要があります。また、結露について「室温より窓の温度がかなり低ければ結露する」と感覚的に判断するのも危険です。結露の境界になるのは室温ではなく露点温度であり、表面温度が露点温度以下かどうかで判断します。加熱や冷却の問題では、水分の出入りがある処理なのか、単純な顕熱変化なのかを最初に確認することも重要です。単純加熱では絶対湿度は変わらず相対湿度が低下し、露点温度も基本的に変化しません。この「何が一定で、何が変化するか」を整理して線図を読む習慣を身につけると、数値や温度条件を少し変えた問題にも対応しやすくなります。
