出典：建築物衛生管理技術者試験令和6年度(2024年)｜給水および排水の管理第118問
問題
給湯に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。
(1) 給湯設備で扱う範囲の水は、ほとんど非圧縮性である。
(2) 配管内の水中における気体の溶解度は、水温が上昇すると減少する。
(3) 水中に溶存している空気は、配管内の圧力が低いと分離されにくい。
(4) 湯をポンプでくみ上げる場合、吸い上げることのできる高さは、温度が高いほど低くなる。
(5) 給湯設備で使用する金属材料は、水温が高いほど、腐食速度が速くなる。
ビル管過去問｜給湯設備の基礎を解説
この問題は、給湯設備に関する基礎的な物理性質と設備管理上の特徴を問う問題です。水の圧縮性、気体の溶解、ポンプの吸い上げ高さ、金属腐食など、個別の知識をバラバラに覚えるのではなく、水温と圧力が設備にどのような影響を与えるかをまとめて理解しておくことが大切です。正しい選択肢は、給湯設備で扱う水がほぼ非圧縮性であること、水温上昇で気体の溶解度が下がること、温度が高いほどポンプの吸い上げ可能高さが低くなること、水温上昇で金属の腐食が進みやすくなることを述べたものです。一方で、水中の空気は圧力が低いほど分離されにくいとする記述は誤りであり、これが最も不適当です。
(1) 給湯設備で扱う範囲の水は、ほとんど非圧縮性である。
適切です。その理由は、水は気体と異なり、通常の給湯設備で扱う圧力範囲では体積変化が非常に小さいからです。実務上も、水はほぼ圧縮されないものとして取り扱います。この性質があるため、配管内では圧力変化が比較的そのまま伝わりやすく、ポンプや配管設計でも水を非圧縮性流体として考えるのが基本です。もちろん厳密には全く圧縮されないわけではありませんが、ビル管理の給湯設備レベルでは、ほとんど非圧縮性と考えて差し支えありません。
(2) 配管内の水中における気体の溶解度は、水温が上昇すると減少する。
適切です。その理由は、一般に気体は水温が高くなるほど水中に溶け込みにくくなるからです。冷たい水には比較的多くの空気が溶けていますが、加熱されると溶けていた気体が抜けやすくなります。やかんや給湯配管で加熱時に細かな気泡が発生しやすいのも、この性質によるものです。給湯設備では、この溶存気体の分離が空気だまりやポンプ障害、流動不良の原因になることがあるため、温度上昇による気体分離は重要な基礎知識です。
(3) 水中に溶存している空気は、配管内の圧力が低いと分離されにくい。
不適切です。その理由は、溶存している空気は圧力が低くなるほど水中にとどまりにくくなり、むしろ分離されやすくなるからです。圧力が高いほど気体は水に溶け込みやすく、圧力が下がると溶けていられなくなった気体が気泡として現れます。これは炭酸飲料のふたを開けたときに圧力が下がって気体が出てくる現象と同じ考え方です。給湯設備でも、配管の高所やポンプ吸込側など圧力が低下しやすい箇所では空気分離が起こりやすく、空気障害の原因になります。したがって、圧力が低いと分離されにくいという記述は逆です。
(4) 湯をポンプでくみ上げる場合、吸い上げることのできる高さは、温度が高いほど低くなる。
適切です。その理由は、水温が高くなると飽和蒸気圧が上がり、ポンプ吸込側で水が気化しやすくなるからです。吸い上げ高さが大きいと吸込圧力が低下しますが、高温の湯ではそのときに沸騰に近い状態となり、キャビテーションが発生しやすくなります。その結果、実際に安全に吸い上げられる高さは低くなります。給湯設備で高温水を扱うときに吸込条件へ特に注意が必要なのは、このためです。
(5) 給湯設備で使用する金属材料は、水温が高いほど、腐食速度が速くなる。
適切です。その理由は、多くの金属腐食は化学反応や電気化学反応として進行し、一般に温度が高いほど反応速度が上がるからです。給湯設備では冷水設備より高温環境にさらされるため、配管や継手、タンクなどの腐食が進みやすくなります。特に水質条件や異種金属接触、流速などが重なると、腐食がさらに加速することがあります。そのため、給湯設備では材質選定、防食対策、温度管理が重要になります。
この問題で覚えるポイント
水は給湯設備で扱う通常の圧力範囲では、ほぼ非圧縮性流体として扱います。 気体は高圧ほど水に溶けやすく、低圧になると分離しやすくなります。 気体は低温ほど水に溶けやすく、高温になるほど溶解度が下がります。 給湯では、水温上昇によって溶存空気が抜けやすくなり、空気だまりや流動障害の原因になります。 ポンプの吸込側では圧力低下が起こるため、高温水ほど気化しやすく、吸い上げ可能高さは小さくなります。 高温水ではキャビテーションが起こりやすいため、吸込条件とNPSHの考え方が重要です。 金属の腐食は一般に温度上昇で進みやすく、給湯設備は冷水設備より腐食に注意が必要です。 給湯設備では、水温、圧力、溶存気体、腐食の4つを関連づけて理解すると、同テーマの正誤判断に強くなります。
ひっかけポイント
圧力が低いと気体が抜けにくそうだという日常感覚に引っぱられると、誤答しやすくなります。実際には、圧力が低いほど気体は水に溶けていられなくなり、分離しやすくなります。 温度と圧力の影響を逆に覚えていると混乱します。気体の溶解は、低温高圧で増え、高温低圧で減るという組合せで押さえることが大切です。 「一部だけ正しい文章」にも注意が必要です。たとえば、空気に関する説明の前半がもっともらしく見えても、最後の「分離されにくい」が逆になっていれば全体として誤りです。 ポンプの吸い上げ高さは機械的な能力だけで決まると思い込むと危険です。実際には液体温度、蒸気圧、吸込圧力が大きく関係します。 腐食は水があるだけで起こると単純化すると失点しやすいです。試験では、水温、酸素、流速、材質の違いまで含めて問われることがあります。
