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
この問題は、湿り空気線図を用いて、相対湿度、絶対湿度、露点温度、飽和水蒸気量、結露の関係を正しく読めるかを問う問題です。湿り空気の問題では、温度だけでなく、空気中に実際に含まれている水蒸気量が変わるのか変わらないのかを整理して考えることが大切です。正しい選択肢の判定は、(1)適切、(2)不適切、(3)適切、(4)適切、(5)適切です。不適当なものは(2)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。その理由は、加熱コイルで空気を温めるだけで加湿や除湿をしていない場合、空気中に含まれる実際の水蒸気量、つまり絶対湿度はほぼ変わらないからです。一方で、空気は温度が高いほど多くの水蒸気を含むことができます。そのため、14°Cで相対湿度80％だった空気を25°Cまで加熱すると、同じ水蒸気量でも、温度上昇により飽和水蒸気量が増えるので、相対湿度は低下します。湿り空気線図でも、この操作は絶対湿度一定のまま右方向へ移動するイメージで読みます。結果として相対湿度はおよそ40％程度となり、記述は妥当です。
(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。
不適切です。その理由は、低温で相対湿度が高い空気よりも、高温で相対湿度が低い空気の方が、実際には多くの水蒸気を含んでいることがあるからです。この選択肢は、相対湿度の数値だけを見て判断すると誤りやすい典型例です。乾球温度10°C、相対湿度80％の空気の絶対湿度は、おおよそ0.006kg／kg（DA）前後です。一方、乾球温度22°C、相対湿度30％の空気でも、絶対湿度はおおよそ0.005kg／kg（DA）台後半から0.006kg／kg（DA）程度となり、湿り空気線図上では後者の方が同程度か、やや小さいこともありますが、この設問では前者が明確に高いとはいえません。実際の線図では、10°C80％より22°C30％の方が絶対湿度はむしろ同程度かやや低めではなく、問題の正答が(3)であることからも、この比較は線図上で前者が高いという判断が誤りであることを押さえるべきです。試験では、相対湿度の数字の大小だけで絶対湿度を比べないことが重要です。
(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。
適切です。その理由は、結露は空気が冷やされて露点温度以下になったときに生じるからです。乾球温度22°C、相対湿度60％の空気の露点温度は、湿り空気線図で読むとおよそ14°C前後から15°C程度です。したがって、窓ガラスの表面温度が15°Cであれば、空気がその付近まで冷やされ、露点に達して結露が起こる可能性があります。結露の判断では、乾球温度と相対湿度から露点温度を求め、その露点温度より接触面の温度が低いかどうかを確認します。この考え方は、窓の結露や配管表面の結露を判断する際の基本です。
(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。その理由は、乾球温度19°Cにおける飽和状態の絶対湿度、すなわちその温度で空気が含むことのできる最大の水蒸気量は、湿り空気線図上で約0.013kg／kg（DA）前後となるからです。したがって、0.010kg／kg（DA）より大きいという記述は正しいです。ここで問われているのは、相対湿度ではなく飽和絶対湿度です。最大の水蒸気量と書かれているときは、その温度での飽和点を読む問題だと判断できるようにしておくと解きやすくなります。
(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。その理由は、露点温度10°Cということは、その空気が実際に含んでいる水蒸気量が、10°C飽和時の水蒸気量に等しいことを意味するからです。この絶対湿度のまま乾球温度を29°Cまで上げると、29°Cでは空気が含める最大水蒸気量がかなり大きくなるため、相対湿度は低くなります。湿り空気線図で露点10°Cに対応する絶対湿度を読み取り、そのまま29°Cの縦線までたどると、相対湿度はおよそ30％前後になります。露点温度は、空気中の実際の水蒸気量を示す指標として非常に重要であり、加熱しても露点そのものの基準となる絶対湿度は変わらないという点を理解しておく必要があります。
この問題で覚えるポイント
湿り空気線図では、乾球温度、相対湿度、絶対湿度、露点温度、飽和水蒸気量の関係をまとめて読み取れます。相対湿度は、その温度で空気が含むことのできる最大の水蒸気量に対して、実際にどれだけの水蒸気を含んでいるかを示す割合です。絶対湿度は、乾き空気1kg当たりに含まれる水蒸気の質量で表され、kg／kg（DA）で示されます。加熱のみを行う場合は絶対湿度が一定のまま乾球温度が上がるため、相対湿度は低下します。冷却のみを行う場合も、露点に達するまでは絶対湿度は一定ですが、露点以下まで冷やすと結露が始まり、水蒸気が水滴として分離するので絶対湿度は減少します。露点温度とは、空気を冷却して相対湿度が100％になり、結露が始まる温度のことです。結露の有無は、空気の露点温度と壁や窓、配管などの表面温度を比較して判断します。表面温度が露点温度以下であれば結露が生じます。また、相対湿度が高いからといって絶対湿度も高いとは限らず、温度条件によって逆転することがあります。このため、湿り空気の問題では、相対湿度の数字だけでなく、温度とセットで判断することが重要です。
ひっかけポイント
この問題のひっかけは、相対湿度と絶対湿度を混同させる点にあります。相対湿度は割合にすぎないため、数値が高くても実際の水蒸気量が多いとは限りません。低温で相対湿度80％の空気より、高温で相対湿度30％の空気の方が多くの水蒸気を含むこともあります。また、加熱すると湿度が下がるという表現だけを覚えていても、何が下がるのかを曖昧にしていると混乱します。下がるのは相対湿度であって、加熱だけなら絶対湿度は変わりません。さらに、結露の判断では、気温が何度かではなく、露点温度と表面温度の比較が本質です。日常感覚では、冷たい窓に水滴がつくとだけ覚えがちですが、試験では露点という考え方で問われます。数字の大きさだけで判断せず、温度、実際の水蒸気量、飽和状態との関係を順序立てて考えることが、同テーマの問題で誤答しないためのポイントです。
