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62問
問題
空気調和における湿り空気線図上での操作に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。
(1) 暖房時に水噴霧加湿を用いる場合、温水コイル出口の温度は設計給気温度より高くする必要がある。
(2) 冷房時の室内熱負荷における顕熱比SHF＝0.8の場合、空調機からの吹出し空気の絶対湿度は室内空気より低くする必要がある。
(3) 温水コイル通過後の空気は単純加熱となり、通過前後で絶対湿度は変化しない。
(4) 還気と外気の混合状態は、湿り空気線図上において還気と外気の状態点を結んだ直線上に求められる。
(5) 冷水コイルによる冷却除湿では、コイル出口における空気の相対湿度は100％となる。
ビル管過去問｜湿り空気線図の空調操作を解説
この問題は、湿り空気線図上で表される代表的な空調操作について理解しているかを問う問題です。加熱では絶対湿度が変わらないこと、混合空気は2点を結ぶ直線上にあること、水噴霧加湿では空気温度が下がるため事前に高めに加熱する必要があることが基本です。また、冷房時に顕熱比が1未満であれば、吹出し空気は室内空気より乾いた状態にする必要があります。したがって、冷却除湿後の空気は一般に高湿度にはなりますが、必ずしも相対湿度100％になるとは限らないため、最も不適当なのは(5)です。
(1) 暖房時に水噴霧加湿を用いる場合、温水コイル出口の温度は設計給気温度より高くする必要がある。
適切です。水噴霧加湿は、空気中に水を霧状にして加える方法です。このとき水が蒸発するため、空気の熱が奪われて温度が下がります。つまり、加湿しながら温度を保つことはできず、加湿前の段階であらかじめ空気を設計給気温度より高めまで加熱しておく必要があります。湿り空気線図では、水噴霧加湿はほぼ等エンタルピー変化として表され、乾球温度が下がり、絶対湿度が上がる方向に移動します。そのため、先に十分な加熱をしておくという考え方が必要です。
(2) 冷房時の室内熱負荷における顕熱比SHF＝0.8の場合、空調機からの吹出し空気の絶対湿度は室内空気より低くする必要がある。
適切です。顕熱比SHFが0.8ということは、室内熱負荷のうち顕熱だけでなく潜熱も存在していることを意味します。潜熱負荷があるということは、室内で発生した水蒸気も除去しなければならないということです。そのため、吹出し空気は室内空気よりも低い絶対湿度でなければ、室内の湿気を取り除くことができません。もし吹出し空気の絶対湿度が室内と同じかそれ以上であれば、除湿は行えず、潜熱負荷に対応できないことになります。冷房時の空気条件を考えるうえで、顕熱比が1より小さいなら除湿が必要という理解は重要です。
(3) 温水コイル通過後の空気は単純加熱となり、通過前後で絶対湿度は変化しない。
適切です。温水コイルによる加熱は、空気に熱だけを与える操作であり、水分を加えたり除いたりするものではありません。そのため、空気中に含まれる水蒸気量、すなわち絶対湿度は変化しません。湿り空気線図では、単純加熱は絶対湿度一定のまま、乾球温度だけが上昇する水平移動として表されます。この基本操作は湿り空気線図の中でも最重要事項の一つであり、加熱と加湿を混同しないことが大切です。
(4) 還気と外気の混合状態は、湿り空気線図上において還気と外気の状態点を結んだ直線上に求められる。
適切です。異なる2つの空気を混合したときの状態点は、湿り空気線図上では元の2点を結ぶ直線上に現れます。これは混合によって乾球温度も絶対湿度も中間的な値になるためです。そして、どの位置に混合点がくるかは、還気量と外気量の比率によって決まります。たとえば還気量が多ければ混合点は還気側に寄り、外気量が多ければ外気側に寄ります。混合空気の問題では、直線上にあるという原則と、風量比で位置が決まるという考え方をセットで押さえることが重要です。
(5) 冷水コイルによる冷却除湿では、コイル出口における空気の相対湿度は100％となる。
不適切です。冷水コイルによる冷却除湿では、空気が露点以下まで冷やされることで水蒸気が凝縮し、除湿が行われます。このとき、理想的にコイル表面で十分に熱交換された空気は飽和状態に近づくため、相対湿度は非常に高くなります。しかし、実際のコイル出口空気は、コイル表面に完全に接触して飽和した空気だけで構成されるわけではなく、一部には十分に冷却されない空気も混ざります。そのため、出口空気の相対湿度は100％になるとは限りません。問題文のように「100％となる」と断定している点が誤りです。試験では「飽和に近い」と「必ず飽和である」を区別することが大切です。
この問題で覚えるポイント
湿り空気線図では、単純加熱は絶対湿度一定で乾球温度だけが上がる操作です。単純冷却は絶対湿度一定で乾球温度だけが下がる操作ですが、露点に達するとその先は冷却除湿になります。冷却除湿では乾球温度が下がるだけでなく絶対湿度も下がります。加湿には蒸気加湿と水噴霧加湿があり、蒸気加湿は空気の温度低下を伴いにくいのに対し、水噴霧加湿は蒸発潜熱を必要とするため空気温度が下がります。したがって暖房時に水噴霧加湿を行う場合は、先に設計給気温度より高めまで加熱しておく必要があります。混合空気の状態点は、還気と外気の状態点を結ぶ直線上にあり、その位置は風量比で決まります。さらに、顕熱比が1なら顕熱負荷のみ、1より小さければ潜熱負荷を含むため、冷房時は除湿の必要性が出てきます。このとき吹出し空気は室内空気より低い絶対湿度である必要があります。冷水コイル出口の空気は飽和に近い高湿度になりますが、実機ではバイパスファクタの影響もあるため、必ず相対湿度100％になるとは限りません。
ひっかけポイント
この問題のひっかけは、理論上の理想状態と実際の空調機での空気状態を混同させる点にあります。特に冷却除湿では、受験者は「露点に達して結露するのだから出口空気は必ず飽和」と短絡的に考えやすいですが、実際にはコイルを通過する全空気が完全に飽和するわけではありません。また、水噴霧加湿についても「加湿するのだから温度も上がりそうだ」という日常感覚に引っ張られると誤りやすいです。さらに、単純加熱と加湿、混合と平均化、顕熱比と除湿の要否など、似た概念をあいまいに覚えていると判断を誤ります。試験では「変化しない量は何か」「断定表現になっていないか」「理想状態と実際の装置挙動を混同していないか」を意識すると、同じパターンのひっかけに対応しやすくなります。
