出典：建築物衛生管理技術者試験 令和6年度（2024年）｜空気環境の調整 第63問
問題
湿り空気線図上の状態変化に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。
(1) 湿り空気を加熱すると、相対湿度は低下する。
(2) 湿り空気を減湿すると、水蒸気分圧は低下する。
(3) 湿り空気を冷却すると、比容積は小さくなる。
(4) 湿り空気を加湿すると、露点温度は低下する。
(5) 湿り空気を冷却すると、比エンタルピーは低下する。
ビル管過去問｜湿り空気線図（加熱冷却加湿減湿の状態変化）を解説
この問題は、湿り空気線図で扱う代表的な状態量である、相対湿度、水蒸気分圧、比容積、露点温度、比エンタルピーが、加熱、冷却、加湿、減湿によってどう変化するかを問う問題です。湿り空気線図は、単に図を読むだけでなく、各状態量の意味を理解していないと正誤判断がぶれやすい分野です。正しく整理すると、加熱では相対湿度は低下し、減湿では水蒸気分圧は低下し、冷却では比容積と比エンタルピーは低下します。一方、加湿すると空気中の水蒸気量が増えるため、露点温度は低下ではなく上昇する方向に変化します。したがって、最も不適当なのは(4)です。
(1) 湿り空気を加熱すると、相対湿度は低下する。
適切です。相対湿度とは、その空気が含んでいる水蒸気量が、その温度で含むことのできる最大水蒸気量に対してどのくらいの割合かを示したものです。湿り空気を加熱しても、加湿していなければ空気中の実際の水蒸気量そのものは基本的に変わりません。しかし、温度が上がると飽和水蒸気量は大きくなります。すると、同じ水蒸気量でも飽和に対する割合は小さくなるため、相対湿度は低下します。暖房運転時に室内が乾燥しやすく感じるのは、この性質によるものです。
(2) 湿り空気を減湿すると、水蒸気分圧は低下する。
適切です。水蒸気分圧は、混合気体の中で水蒸気が占める分圧です。減湿とは、空気中から水蒸気を取り除くことですので、水蒸気の量が減ります。水蒸気量が減れば、水蒸気が持つ分圧も下がります。湿り空気線図でも、減湿は絶対湿度を小さくする方向の変化として表れます。したがって、水蒸気分圧が低下するという記述は正しいです。
(3) 湿り空気を冷却すると、比容積は小さくなる。
適切です。比容積とは、乾き空気1kg当たりの湿り空気の体積を表す量です。一般に、気体は温度が下がると体積が小さくなる性質があります。湿り空気を冷却すると、空気の温度が下がるため、同じ質量当たりの体積は小さくなります。湿り空気線図でも、冷却によって状態点は左方向へ移動し、比容積も小さくなるのが基本です。冷却が進んで結露を伴う場合でも、全体として比容積は低下方向に考えてよいです。
(4) 湿り空気を加湿すると、露点温度は低下する。
不適切です。露点温度とは、その空気を冷却していったときに、水蒸気が飽和して結露し始める温度のことです。これは空気中にどれだけ水蒸気を含んでいるかで決まります。加湿すると空気中の水蒸気量は増えるため、結露し始める温度はむしろ高くなります。つまり、露点温度は低下ではなく上昇します。水蒸気を多く含んだ空気ほど、あまり冷やさなくても飽和に達するためです。この点がこの問題の最重要ポイントです。
(5) 湿り空気を冷却すると、比エンタルピーは低下する。
適切です。比エンタルピーは、湿り空気が持つ熱エネルギーの大きさを示す量です。冷却とは空気から熱を奪う操作ですので、空気が持つ熱エネルギーは減少します。そのため、比エンタルピーは低下します。顕熱だけを下げる冷却でも比エンタルピーは下がりますし、冷却除湿のように水蒸気の凝縮を伴う場合には、潜熱分も減るためさらに低下します。したがって、この記述は正しいです。
この問題で覚えるポイント
湿り空気線図の問題では、まず何が増減する操作なのかを整理することが大切です。加熱は温度を上げる操作であり、水蒸気量を変えない限り、相対湿度は低下します。冷却は温度を下げる操作であり、比容積と比エンタルピーは低下します。加湿は空気中の水蒸気量を増やす操作なので、絶対湿度、水蒸気分圧、露点温度は上昇する方向に変化します。減湿はその逆で、水蒸気量を減らすため、水蒸気分圧と露点温度は低下します。
露点温度は、相対湿度ではなく、空気中の実際の水蒸気量に強く結び付く量です。このため、温度を上げただけでは露点温度は基本的に変わらず、加湿や減湿によって変化します。相対湿度は温度変化の影響を受けやすい一方で、露点温度は水蒸気量の影響を受けやすいという違いを区別して覚えることが重要です。
また、比エンタルピーは空気の持つ熱量、比容積は空気の体積的な広がり、水蒸気分圧は水蒸気の存在量の指標と考えると整理しやすいです。湿り空気線図の正誤問題では、相対湿度と露点温度、水蒸気量と温度変化を混同しないことが、得点に直結します。
ひっかけポイント
この問題のひっかけは、湿度に関する量を一括りにしてしまう受験者心理を狙っている点にあります。多くの受験者は、加湿すると「しめっている感じが強くなる」という感覚は持っていても、それが相対湿度の話なのか、露点温度の話なのかを曖昧に覚えています。その結果、湿度に関係する値は全部同じ向きに動くはずだ、あるいは感覚的に上下しそうだ、というあいまいな判断をしてしまいます。
特に露点温度は、名称に「温度」と付いているため、加湿とは別の概念のように見えてしまいます。しかし実際には、露点温度は空気中の水蒸気量を反映する指標です。したがって、加湿で水蒸気量が増えれば露点温度は上がります。ここを「温度が下がる感じがする」「湿ると冷たそう」という日常感覚で判断すると誤答しやすくなります。
今後も、相対湿度は温度変化で動きやすい量、露点温度は水蒸気量で動きやすい量、という軸で整理すると、似た問題にも対応しやすくなります。
