問題
給湯設備における水の性質に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。
(1) 4℃以上の水は、温度が高くなると密度は小さくなる。
(2) 配管内の水中における気体の溶解度は、水温の上昇により増加する。
(3) 15℃における水の比熱は、4.186kJ/(kg·℃)である。
(4) 水中に溶存している空気は、配管内の圧力が高いと分離されにくい。
(5) 水温が高いほど、金属腐食速度が速くなる。
ビル管過去問｜給湯設備の水質を解説
この問題は、給湯設備に関係する水の基本的な性質を問う問題です。密度、気体の溶解度、比熱、溶存空気、腐食など、設備管理で重要な基礎知識が整理されているかが試されています。結論として、最も不適当なのは(2)です。気体は一般に、水温が上昇すると水に溶けにくくなるため、溶解度は増加ではなく減少します。給湯設備では、この性質が空気だまりや腐食、循環不良などにも関係するため、基本事項として押さえておくことが大切です。
(1) 4℃以上の水は、温度が高くなると密度は小さくなる。
適切です。その理由は、水は4℃付近で最も密度が大きくなるという特性をもっているためです。したがって、4℃を超えた水は温度が上がるほど体積がわずかに膨張し、単位体積当たりの質量、つまり密度は小さくなります。給湯設備では、加熱によって水が膨張することを前提に、膨張水槽や逃し弁などの安全対策が必要になります。この選択肢は、水の基本的な熱的性質を正しく述べています。
(2) 配管内の水中における気体の溶解度は、水温の上昇により増加する。
不適切です。その理由は、一般に気体は水温が高くなるほど水に溶けにくくなるためです。つまり、水中における酸素や窒素などの気体の溶解度は、水温の上昇によって減少します。給湯設備で水を加熱すると、溶け込んでいた空気が水中から離れやすくなり、配管内で気泡となって現れることがあります。これが空気だまりや流れの妨げ、騒音、腐食の原因になることもあります。そのため、給湯設備では自動空気抜き弁などが必要になります。したがって、「増加する」という記述が誤りです。
(3) 15℃における水の比熱は、4.186kJ/(kg·℃)である。
適切です。その理由は、水の比熱はおおむね4.19kJ/(kg·℃)として扱われ、設備計算でも標準的に用いられる値だからです。比熱とは、物質1kgの温度を1℃上げるのに必要な熱量を表します。水は比熱が大きいため、熱を多く蓄えることができ、給湯や空調の熱媒体として非常に優れています。給湯設備の加熱負荷や熱損失、循環量の計算でも水の比熱は重要な基礎数値です。この選択肢の数値は標準的な値として適切です。
(4) 水中に溶存している空気は、配管内の圧力が高いと分離されにくい。
適切です。その理由は、一般に気体は圧力が高いほど液体中に溶け込みやすく、逆に圧力が低下すると分離しやすくなるためです。配管内で圧力が高い状態では、空気は水中にとどまりやすくなりますが、圧力の低い部分や高所では気泡として分離しやすくなります。このため、空気抜き弁は配管系の高い位置や圧力が下がりやすい場所に設けるのが基本です。この選択肢は、溶存気体と圧力の関係を正しく示しています。
(5) 水温が高いほど、金属腐食速度が速くなる。
適切です。その理由は、一般に温度が高くなると化学反応や電気化学反応が進みやすくなり、金属の腐食も促進されやすくなるためです。給湯設備では、常温の給水設備よりも高温条件にさらされるため、配管や機器の腐食対策がより重要になります。特に、溶存酸素、流速、水質、異種金属接触などの条件が加わると腐食が進みやすくなります。したがって、水温上昇と腐食速度の増加を結びつけるこの記述は適切です。
この問題で覚えるポイント
水は4℃で最も密度が大きく、それ以上では温度上昇とともに密度が小さくなります。 水の比熱は約4.186kJ/(kg·℃)で、給湯設備の熱計算の基本になります。 気体は水温が高いほど溶けにくくなり、圧力が高いほど溶けやすくなります。 給湯設備では加熱により溶存空気が分離しやすくなるため、空気抜き対策が重要です。 高温環境では金属腐食が進みやすいため、給湯設備は腐食対策が特に重要です。
ひっかけポイント
気体の溶解度は、温度が上がると増えるのではなく減るという点が典型的なひっかけです。 圧力と温度の影響を混同しやすく、圧力が高いと気体は分離しにくいという点を逆に覚えないことが大切です。 比熱の数値は細かく見えますが、水は約4.19kJ/(kg·℃)と覚えておけば対応しやすいです。 密度の性質では、4℃で最大になるという例外的な特徴を押さえておかないと迷いやすいです。 腐食は水があるだけで起こると考えがちですが、温度上昇で進みやすくなることも重要な判断材料です。
