建築物環境衛生管理技術者(ビル管理士) 過去問
第52回(令和4年度(2022年))
問77 (空気環境の調整 問77)

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問題

建築物環境衛生管理技術者(ビル管理士)試験 第52回(令和4年度(2022年)) 問77(空気環境の調整 問77) (訂正依頼・報告はこちら)

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。
  • 伸縮継手 ――――――― 温度変化による配管応力の吸収
  • キャビテーション ――― 吐出量の低下
  • サージング ―――――― 有効吸込みヘッド(NPSH)
  • 配管系の抵抗曲線 ――― 全揚程
  • 水撃作用 ――――――― 衝撃音の発生

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この過去問の解説 (2件)

01

サージング――――――有効吸込みヘッド(NPSH)が不適当です。
サージングは、主に遠心圧縮機や送風機などで流量と圧力が周期的に揺れる不安定現象です。関連が深いのは系統抵抗や運転点で、NPSH(有効吸込みヘッド)は主にキャビテーションの指標です。よって組合せが合いません。

選択肢1. 伸縮継手 ――――――― 温度変化による配管応力の吸収

適当です。 配管は温度変化で伸び縮みします。伸縮継手はその伸びを吸収して応力や歪みを抑えるために使います。

選択肢2. キャビテーション ――― 吐出量の低下

適当です。 ポンプ入口で圧力が低下して液が部分的に沸騰すると、羽根車で気泡が壊れて振動・騒音・性能低下(吐出量低下)を起こします。進行すると損傷も生じます。

選択肢3. サージング ―――――― 有効吸込みヘッド(NPSH)

不適当です。 サージング系統曲線と装置特性の組合せが原因で起きる圧力・流量の脈動です。NPSHはキャビテーションの可否を見る指標で、サージングの直接指標ではありません。

選択肢4. 配管系の抵抗曲線 ――― 全揚程

適当です。 配管系の抵抗曲線は、流量に応じて必要な全揚程(ヘッド)がどれだけ増えるかを示す関係(例:H=H静+KQ²)です。ポンプ特性曲線との交点が運転点になります。

選択肢5. 水撃作用 ――――――― 衝撃音の発生

適当です。 水撃作用(ウォーターハンマー)は弁の急閉などで圧力が急上昇し、配管の振動や大きな打音(衝撃音)が発生します。対策にエアチャンバーや徐閉弁などを用います。

まとめ

配管・ポンプまわりのキーワードは次の対応が基本です。

伸縮継手→熱伸び吸収キャビテーション→NPSH・性能低下サージング→系統抵抗と運転点の不安定抵抗曲線→必要全揚程水撃→圧力急変と騒音
この整理から、サージングとNPSHの組合せだけがずれていると判断できます。

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02

正解は、「サージング―有効吸込みヘッド(NPSH)」です。

この問題は、空気調和設備の配管とポンプに関する語句の組合せに関するものです。

伸縮継手は温度変化による配管応力の吸収を目的として使用されます。

キャビテーションはポンプ内の圧力が液体の飽和蒸気圧以下に低下した部分で液体が気化し、

気泡が発生・消滅することで吐出量が低下する現象です。

配管系の抵抗曲線は全揚程と流量の関係を示したものです。

水撃作用は急閉止などによる圧力波と衝撃音のことです。

一方、サージングは、主に送風機・圧縮機での不安定運転現象のことです。

選択肢1. 伸縮継手 ――――――― 温度変化による配管応力の吸収

正しいです。

伸縮継手は、配管の温度変化や機器の振動、地盤の微小な変位などによって、

生じる配管応力を吸収・緩和するための部材です。

配管は温度が上昇すると膨張し、低下すると収縮しますが、

長い配管や固定点の多い配管では、この伸び縮みが拘束されて大きな応力となり、

フランジ部の破損や機器への過大荷重の原因となります。

伸縮継手は、蛇腹構造やスライド機構などにより、配管の軸方向変位やわずかな角度変位を許容し、

温度変化による伸縮を吸収します。

選択肢2. キャビテーション ――― 吐出量の低下

正しいです。

キャビテーションは、ポンプ内の圧力が液体の飽和蒸気圧以下に低下した部分で液体が気化し、

気泡が発生・消滅する現象です。

気泡がインペラなどの固体表面近傍で崩壊すると、局所的に非常に高い圧力が発生し、

エロージョン、振動、騒音の原因となります。

キャビテーションが進行すると、ポンプ内部の流れが乱れ、

実効的な流路断面が変化するなどして、

揚程や効率が低下し、結果として吐出量が低下します。

選択肢3. サージング ―――――― 有効吸込みヘッド(NPSH)

不適当です。

サージングは、主に送風機や圧縮機などで見られる不安定運転現象で、

流量がある範囲を下回ると、流れが逆流したり、

周期的に揚程と流量が変動したりする現象です。

選択肢4. 配管系の抵抗曲線 ――― 全揚程

正しいです。

配管系の抵抗曲線は、配管・バルブ・継手・機器などを含む系全体における、

流量と圧力損失の関係を表した曲線です。

配管内の摩擦損失や局部損失は流量の二乗に比例するため、

抵抗曲線は原点を通る二次曲線です。

一方、ポンプの特性曲線は、流量とポンプ全揚程の関係として表され、

両者の交点がその系における運転点となります。

選択肢5. 水撃作用 ――――――― 衝撃音の発生

正しいです。

水撃作用(ウォーターハンマー)は、

配管内の流体が急激に停止・減速・方向転換させられたときに、

圧力波が配管内を伝播し、一時的に非常に高い圧力が発生する現象です。

バルブの急閉止やポンプの急停止などが挙げられ、

圧力波が配管や機器に衝撃を与え、振動や騒音を引き起こします。

実際に現場では、「ドン」「ガン」といった打撃音・衝撃音になります。

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