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。

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。

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。

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。

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

「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。

蒸気圧縮冷凍サイクルは4機器で追う

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Q_L ÷ 圧縮機等への仕事W
• 暖房COP ＝ 凝縮器で放出する熱量Q_H ÷ 仕事W

同じ境界・同じ運転条件の理想化した収支ではQ_H＝Q_L＋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

• 全国建設研修センター「令和8年度 2級管工事 第一次検定（前期）試験問題」：No.3・8の条件と線図を確認
• 全国建設研修センター「令和8年度 正答肢」：No.3・8の正答を照合
• 職業能力開発総合大学校基盤整備センター「湿り空気線図」：状態量と空調操作の学習項目を確認
• 日本農業気象学会「湿り空気線図の使い方」：状態量・混合・線図の原理を確認
• 農林水産省「卸売市場施設の省エネルギー化」：蒸気圧縮冷凍の4工程を確認
• 資源エネルギー庁「エネルギー白書2023」：ヒートポンプの熱移動を確認
• 2級管工事の環境工学：伝熱・結露・露点を復習
• 2級管工事の流体力学：圧力・流量・ポンプを復習
• 2級管工事の電気工学・建築学：次の必須分野へ進む
• 2級管工事の換気・ダクト：空気を運ぶ設備へつなげる

まとめ｜空気と冷媒の状態変化を分けて追う