2級管工事(第一次)

2級管工事の熱力学|湿り空気線図・冷凍サイクル【2026年】

2級管工事の熱力学|湿り空気線図・冷凍サイクル【2026年】では、令和8年度前期の公式問題を起点に、湿度・露点・空気線図と冷媒の4工程を「状態がどう変わるか」から解説します。

最初に押さえる結論

  • 令和8年度前期はNo.1〜6が必須で、No.3に湿り空気の正誤問題が出ました。
  • No.7〜23は17問から9問を選択し、No.8では暖房時の湿り空気線図を読みます。
  • 空気線図は、まず乾球温度tと絶対湿度xの位置を見て、加熱・冷却・加湿・除湿の移動方向を追います。
  • 蒸気圧縮冷凍サイクルは、圧縮機・凝縮器・膨張弁・蒸発器の各出口で、圧力・相・熱の出入りを整理します。

熱力学は、温度だけを見ると混乱します。空気は「温度と水蒸気量」、冷媒は「圧力と相」、冷凍機は「吸収した熱・投入仕事・放出した熱」を組にすると、正誤の理由を説明できるようになります。

更新・確認日:2026年8月2日。全国建設研修センターの令和8年度前期問題・正答肢、職業能力開発総合大学校基盤整備センター、農林水産省、資源エネルギー庁等の資料を照合しています。公式問題は転載せず、論点と判断手順を独自に整理しました。

令和8年度は必須No.3と選択No.8を確認する

旧記事では「原論No.1〜3が毎年全問必須」「熱力学から例年1問」と固定していましたが、年度をまたいで保証できる構成ではありません。令和8年度前期に確認できる位置は次のとおりです。

区分 解答数 熱・湿り空気の論点
No.1〜6 6問すべて No.3 湿度・飽和・露点
No.7〜23 17問から9問 No.8 暖房時の湿り空気線図

No.3は全圧一定という条件付きの必須問題です。No.8は図中の5状態点を設備内の位置と対応させる選択問題でした。10問以上に解答すると減点されるため、選択方法は2級管工事の選択問題戦略で確認してください。

湿り空気は「乾き空気+水蒸気」

湿り空気は、乾き空気と水蒸気の混合物です。一定の全圧のもとでは、乾球温度、湿球温度、相対湿度、絶対湿度、露点温度、比エンタルピーなどから独立な2つが決まると、残りの状態量を線図から読めます。

状態量 何を表すか 線図での見方
乾球温度t 通常の温度計で測る温度 横方向の位置
絶対湿度x 乾き空気1kg当たりの水蒸気質量 縦方向の位置
相対湿度φ 同温度の飽和状態に対する水蒸気分圧の割合 曲線で読む

ここでいう絶対湿度xは、空調分野で使う湿度比[kg/kg(DA)]です。「空気1m³中の水蒸気質量」を絶対湿度と呼ぶ分野もあるため、単位と定義を必ず確認します。

相対湿度と絶対湿度は同じ増減をしない

加湿も除湿もしないまま空気を加熱すると、水蒸気の質量は変わらないため絶対湿度xは一定です。一方、温度が高いほど飽和水蒸気圧が高くなるので、相対湿度は下がります。冬に「暖房だけ」で相対湿度が下がるのはこのためです。

逆に、x一定で冷却すると相対湿度は上がり、飽和線へ達すると結露が始まります。相対湿度だけを見て「水蒸気が増えた・減った」と判断せず、温度とxを分けます。

露点は水蒸気量から左へたどる

露点温度は、湿り空気を水蒸気量一定のまま冷やしたとき、飽和して凝縮が始まる温度です。t-x線図では状態点からx一定の線を左へ進み、飽和曲線と交わる温度を読みます。

令和8年度No.3の判断

相対湿度が同じなら、絶対湿度が低い空気の露点温度が高い、という趣旨の肢は不適当です。同じ相対湿度でxが低い状態は水蒸気分圧も低く、露点は低い側になります。

飽和湿り空気では、その温度でそれ以上水蒸気を気体のまま含めず、乾球温度と湿球温度は等しくなります。飽和点では露点温度も乾球温度と一致します。

湿り空気線図は軸・飽和線・状態点の順で読む

線図を見たら、いきなり斜線の名称を探さず、次の順に確認します。

  1. 横軸が乾球温度t、縦方向が絶対湿度xであることを確認する。
  2. 左上側の境界にある飽和曲線を確認する。
  3. 室内・外気・混合・コイル出口・吹出しの状態点を設備の流れに並べる。
  4. 各区間でtだけが変わるか、xも変わるかを見る。

状態点の番号は年度や図によって変わるので、「①は室内」と番号だけを暗記してはいけません。ダクト系統と状態変化を照合して決めます。

加熱・冷却・加湿・除湿の移動方向

操作 t-x線図の基本移動 注意点
顕熱加熱 x一定で右へ 相対湿度は下がる
露点までの冷却 x一定で左へ 飽和後は結露
加湿 xが増える側へ 方式で温度・エンタルピーも変わる

「加湿なら真上」「冷房なら必ず左下」とだけ覚えると誤ります。蒸気加湿、水噴霧、冷却除湿、再熱除湿では移動方向が違います。問題にある加熱器・冷却器・加湿器の順番と、変化しない状態量を先に見ます。

冷却除湿と再熱は3段階で追う

夏の空調で温度と湿度をともに下げるときは、空気を冷却コイルへ通します。最初はx一定で温度が下がり、コイル表面温度が空気の露点を下回ると水蒸気が凝縮します。そこから先は温度低下と除湿が同時に進むため、線図上では左下側へ移動します。

除湿後の空気が冷たすぎる場合は、必要に応じて再熱します。再熱では水分を加えないため、x一定で右へ移動します。したがって、再熱除湿を読む順番は露点まで冷却 → 冷却しながら除湿 → x一定で再熱です。「除湿=温度を変えずに真下」と固定せず、コイルと再熱器の働きを区切ってください。

実機のコイル出口は、全空気がコイル表面温度まで達する理想状態とは限りません。試験で装置露点温度やバイパスファクターが与えられた場合は、その条件から出口状態を決めます。

混合空気は2つの状態点を結ぶ線上にある

還気と外気を断熱的に混合する基本問題では、混合後の状態点は2つの空気の状態点を結ぶ直線上にあります。どちらへ近いかは乾き空気の質量流量比で決まり、単純な中点とは限りません。

令和8年度No.8の図では、室内空気が①、導入外気が②、その混合点が③です。その後、③から④へ加熱し、④から⑤へ加湿するので、空気調和機出口は⑤です。「出口は③」という肢を不適当と判断します。

顕熱・潜熱・比エンタルピーを区別する

顕熱は主に温度変化として現れる熱、潜熱は蒸発・凝縮など相変化に伴う熱です。純物質が一定圧力で相変化する基本問題では温度が一定ですが、実際の混合物や圧力変化を含む過程まで無条件に「潜熱なら温度不変」とは言えません。

比エンタルピーh[kJ/kg(DA)]は湿り空気の状態量です。顕熱と潜熱の負荷を合わせて扱うとき、定常な空調過程では概ね「乾き空気の質量流量×入口出口の比エンタルピー差」で全熱量を求めます。比エンタルピーそのものを熱量と混同しないようにします。

顕熱比SHF

SHF = 顕熱負荷 ÷(顕熱負荷+潜熱負荷)

0〜1の範囲で、値が大きいほど全熱負荷に占める顕熱の割合が大きいと読みます。

蒸気圧縮冷凍サイクルは4機器で追う

機器 冷媒の主な変化 エネルギー
圧縮機 低圧蒸気→高圧蒸気 仕事を受ける
凝縮器 高圧側で蒸気→液 熱を放出
膨張弁 高圧液→低圧の気液混合状態 絞りで減圧
蒸発器 低圧側で液を蒸発 熱を吸収

圧縮機出口から追えば圧縮→凝縮→膨張→蒸発です。循環なので開始点は任意ですが、機器と変化の対応は変わりません。膨張弁出口を単純な「低温低圧の液体」とせず、一般には液と蒸気が混じる状態と捉えます。

COPは冷房と暖房で分子が違う

COP(成績係数)は、得たい熱量を投入仕事で割った値です。

  • 冷房COP = 蒸発器で吸収する熱量QL ÷ 圧縮機等への仕事W
  • 暖房COP = 凝縮器で放出する熱量QH ÷ 仕事W

同じ境界・同じ運転条件の理想化した収支ではQH=QL+Wなので、暖房COPは冷房COPより1大きくなります。ただし、実機のカタログ値は測定条件、補機、除霜などが異なる場合があり、この関係を無条件に当てはめません。

ヒートポンプは、低温側から熱を吸収し、圧縮機の仕事を使って高温側へ移す仕組みです。冷暖房兼用機は四方弁などで冷媒流路を切り替え、室内熱交換器の役割を蒸発器と凝縮器の間で変えます。詳しい機器構成は2級管工事の空調設備で扱います。

理解度チェック|オリジナル5問

以下は公式問題を転載せず、本記事用に作成したオリジナル問題です。

Q1. 加湿なしで空気を加熱したとき、絶対湿度xと相対湿度はどうなりますか。

Q2. 状態点から露点温度を読むとき、t-x線図上をどちらへ進みますか。

Q3. 外気と還気の混合点は、線図上のどこに現れますか。

Q4. 蒸気圧縮冷凍サイクルで、低圧の冷媒が周囲から熱を吸収して蒸発する機器はどれですか。

Q5. 冷房能力6kW、入力2kWのとき、冷房COPはいくつですか。

公式資料と次に読む記事

まとめ|空気と冷媒の状態変化を分けて追う

  • 令和8年度は必須No.3で湿り空気、選択No.8で暖房時の線図が問われました。
  • 加熱だけならx一定で右へ、冷却だけなら露点までx一定で左へ進みます。
  • 混合点は外気と還気の状態点を結ぶ線上にあり、空調機出口は機器順から決めます。
  • 顕熱・潜熱は負荷、比エンタルピーは単位質量当たりの状態量として区別します。
  • 冷凍サイクルは圧縮・凝縮・膨張・蒸発、COPは冷房と暖房で分子を分けます。

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