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77問
問題
空気調和設備の配管とポンプに関する語句の組合せとして、最も不適当なものは次のうちどれか。
(1) 伸縮継手 ――――――― 温度変化による配管応力の吸収
(2) キャビテーション ――― 吐出量の低下
(3) サージング ―――――― 有効吸込みヘッド（NPSH）
(4) 配管系の抵抗曲線 ――― 全揚程
(5) 水撃作用 ――――――― 衝撃音の発生
ビル管過去問｜空調配管とポンプ 伸縮継手・キャビテーション・水撃作用を解説
この問題は、空調配管とポンプに関する基本用語の意味と、それぞれがどのような現象や性能指標と結び付くかを問う問題です。配管やポンプの分野では、言葉の意味を正確に押さえておくことが正誤判断の近道になります。正しい組合せは、伸縮継手と配管応力の吸収、キャビテーションと吐出量の低下、配管系の抵抗曲線と全揚程、水撃作用と衝撃音の発生です。不適当なのは、サージングと有効吸込みヘッド（NPSH）を結び付けたものです。サージングは主に送風機や圧縮機で見られる不安定運転の現象であり、NPSHはポンプの吸込み側でキャビテーション防止のために必要な指標だからです。
(1) 伸縮継手 ――――――― 温度変化による配管応力の吸収
適切です。伸縮継手は、配管が温度変化によって膨張したり収縮したりするときに生じる応力を吸収するために設けられます。配管は金属でできていることが多く、温水や蒸気が流れると長さが変化します。その変化をそのまま配管や接続部に負担させると、変形や破損、支持部への過大な力の発生につながります。そこで伸縮継手を設けることで、熱による伸び縮みを逃がし、設備全体を安全に保つことができます。空調設備では配管の熱伸縮対策は基本事項なので、確実に押さえておきたい知識です。
(2) キャビテーション ――― 吐出量の低下
適切です。キャビテーションは、ポンプ内部で圧力が低下し、水が局所的に気化して気泡が生じ、それが再び高圧部でつぶれる現象です。この現象が起こると、羽根車の表面が損傷を受けるだけでなく、ポンプ性能も低下します。具体的には、振動や騒音が増え、吐出量や揚程が低下し、正常な運転ができなくなります。試験ではキャビテーションを単なる異音現象として覚えるだけでなく、性能低下や損傷の原因になることまで結び付けて理解しておくことが大切です。
(3) サージング ―――――― 有効吸込みヘッド（NPSH）
不適切です。サージングは、流体機械が不安定運転を起こして、流量や圧力が周期的に大きく変動する現象です。主として送風機や圧縮機で問題となる用語であり、ポンプの吸込み条件を表す有効吸込みヘッド、すなわちNPSHとは別の概念です。NPSHは、ポンプの吸込み口でキャビテーションを起こさないために必要なエネルギーの余裕を示す指標です。したがって、サージングとNPSHを結び付けるのは誤りです。この選択肢は、どちらも流体機械に関係する専門用語なので混同しやすいですが、サージングは不安定運転現象、NPSHは吸込み条件の指標という違いを整理しておく必要があります。
(4) 配管系の抵抗曲線 ――― 全揚程
適切です。配管系の抵抗曲線は、流量が変化したときに配管や弁、継手などでどれだけの損失が生じるかを示す曲線で、ポンプが必要とする全揚程と密接に関係します。全揚程とは、ポンプが液体に与えるべきエネルギーの総量を高さで表したものです。実際の運転点は、ポンプ特性曲線と配管系の抵抗曲線が交わる点で決まります。つまり、抵抗曲線はポンプ選定や運転状態の把握に不可欠であり、全揚程を考えるうえで重要な概念です。配管抵抗とポンプ性能を切り離して考えないことが大切です。
(5) 水撃作用 ――――――― 衝撃音の発生
適切です。水撃作用は、配管内を流れる水の流れが弁の急閉止などによって急激に変化したときに、圧力が瞬間的に大きく上昇または低下する現象です。これにより、配管内でドンという衝撃音が発生したり、振動が生じたりします。場合によっては配管や継手、弁類を損傷させることもあります。日常的にはウォーターハンマーとも呼ばれ、給水設備でもよく話題になる現象です。試験では、水撃作用と衝撃音、急激な弁操作、配管損傷を関連付けて覚えると理解しやすいです。
この問題で覚えるポイント
空調配管とポンプの問題では、まず各用語の定義を正確に区別することが重要です。伸縮継手は、配管の温度変化による熱膨張や熱収縮を吸収して、配管応力を軽減するためのものです。キャビテーションは、ポンプ内で圧力が下がって液体が気化し、気泡が発生してつぶれる現象であり、騒音、振動、羽根車の損傷、吐出量や揚程の低下につながります。これに対してNPSHは、キャビテーションを防止するためにポンプ吸込み側で必要となる余裕水頭を表す指標です。現象そのものではなく、発生防止のための条件を表している点が重要です。 また、サージングは主に送風機や圧縮機で問題になる不安定運転現象で、流量や圧力が周期的に変動します。ポンプ関連用語と同じ並びで出されると混乱しやすいですが、NPSHやキャビテーションとは別系統の知識です。配管系の抵抗曲線は、流量に応じた損失水頭の変化を示し、ポンプ特性曲線との交点が実際の運転点になります。ここでは全揚程と結び付けて理解することが大切です。さらに、水撃作用は急激な流速変化による圧力変動で、衝撃音や振動、機器損傷の原因になります。弁の急閉止が代表例です。 この分野では、現象、原因、結果、防止条件の4つをセットで覚えると得点しやすくなります。たとえば、キャビテーションなら原因は吸込み圧不足、結果は損傷と性能低下、防止条件は十分なNPSHの確保という流れで整理すると、応用問題にも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、流体機械に関する専門用語を同じレベルの言葉として並べ、似た分野の知識をわざと混同させる点にあります。特にキャビテーション、サージング、NPSHはどれもポンプや送風機の周辺で出てくるため、意味を曖昧に覚えていると誤答しやすいです。受験者は、機械に関する専門用語は全部なんとなく関連していると感じやすく、その曖昧さを突かれます。 また、正しい語句同士を多く並べた中に、一つだけ別分野の用語を紛れ込ませるのも典型的な作問パターンです。サージングという言葉だけを見ると、圧力変動や流量変動のイメージからポンプ吸込み側の問題と誤って結び付けやすいですが、NPSHはキャビテーション防止のための吸込み条件です。このように、現象そのものと、それを防ぐための設計指標を混同しないことが大切です。 さらに、配管系の抵抗曲線と全揚程のように、完全な同義語ではないが実務上強く関係する組合せも出題されます。このタイプでは、厳密な言葉の定義にこだわりすぎるより、ポンプの運転点がどのように決まるかという全体像を理解しておくことが重要です。今後も、現象名、性能指標、設備部材の役割を混同させる問題には注意してください。
