単位と基本の物理量の一問一答

解説
熱伝導率は、材料の中を熱がどれだけ伝わりやすいかを表す値で、単位は W/(m・K) です。厚さ1m・面積1m²の材料の両面に1Kの温度差があるとき、1秒間に何Jの熱が流れるかを表しています。
W/(m²・K) は、熱伝達率や熱通過率（壁全体としての熱の通しやすさ）に使う単位です。厚さの「m」が分母に1つ残るかどうかで、両者を区別できます。

他の選択肢が正しい理由
・圧力の単位はパスカル（Pa）で、1Pa は1m²あたり1Nの力が働く状態です。
・熱量（エネルギー）の単位はジュール（J）で、1J は1Nの力で1m動かす仕事に等しい量です。
・動力（仕事率）の単位はワット（W）で、1W は1秒間に1Jの仕事をする割合です。

覚え方のポイント
「伝導率は材料の性質なので厚さ(m)が入る＝W/(m・K)」「伝達率・通過率は面の性質なので面積(m²)が入る＝W/(m²・K)」とセットで覚えます。

解説
物体の温度を上げるのに必要な熱量（顕熱）は、「質量×比熱×温度差」で求めます。
1kg × 4.2kJ/(kg・K) × (30−20)K ＝ 42kJ となります。
温度差は10℃ですが、温度の「差」は℃でもKでも同じ数値になるため、そのまま10Kとして計算してかまいません。

他の選択肢が誤りである理由
・4.2kJ は、温度を1Kだけ上げる場合の熱量で、温度差の10を掛け忘れています。
・420kJ は、正しい値の10倍で、温度差を100Kとして計算した場合の値です。
・4,200kJ は、正しい値の100倍で、桁を大きく取り違えた値です。

覚え方のポイント
顕熱の式「Q＝m・c・Δt」は、空調負荷やコイルの能力計算でも毎回使う基本の式です。水の比熱「約4.2kJ/(kg・K)」、空気の定圧比熱「約1.0kJ/(kg・K)」は数字で覚えておきます。

解説
完全な真空を基準（0）として測るのは「絶対圧力」です。「ゲージ圧力」は、その場の大気圧を基準（0）として測った圧力で、一般の圧力計（ブルドン管圧力計など）が示す値がこれにあたります。
ポンプの吐出し圧力や配管の水圧試験の圧力は、ふつうゲージ圧力で表します。一方、冷媒の飽和温度の表や線図は絶対圧力で書かれていることが多いため、両者の換算が必要になります。

試験の罠
「真空が基準」と「大気圧が基準」を入れ替えたひっかけに注意します。

他の選択肢が正しい理由
・絶対圧力は、大気圧を基準にしたゲージ圧力に、大気圧そのものを足した値になります。
・大気圧より低い圧力は、基準の大気圧を下回るので、ゲージ圧力では負の値（負圧）になります。
・標準大気圧は101.325kPaで、約101.3kPa（約1,013hPa）として扱います。

覚え方のポイント
「絶対圧力＝ゲージ圧力＋大気圧」。kPaとhPaの取り違え（101.3kPa＝1,013hPa）もよく使われるひっかけです。

解説
顕熱は、状態（固体・液体・気体）を変えずに温度を上げ下げする熱で、温度計で「見える」熱です。
潜熱は、温度を変えずに状態を変えるために使われる熱で、融解や蒸発のときに出入りします。
空調では、室温を変える熱を顕熱負荷、湿度（空気中の水蒸気の量）を変える熱を潜熱負荷と呼んで分けて扱います。

他の選択肢が誤りである理由
・温度を変化させる熱は顕熱です。潜熱は状態を変える熱で、その間は温度が一定に保たれます。
・水が沸騰して蒸気になるときは温度が一定のまま状態が変わるので、加えた熱は潜熱（蒸発熱）です。
・空気中の水蒸気量の増減は潜熱の変化として扱います。人体や調理から出る水蒸気は潜熱負荷になります。

覚え方のポイント
「顕熱＝温度が変わる」「潜熱＝状態（水分量）が変わる」。空調負荷の問題では、すきま風・人体・外気には顕熱と潜熱の両方があることもあわせて覚えます。

解説
絶対温度（K）とセルシウス温度（℃）の関係は、T〔K〕＝ t〔℃〕＋273.15 です。
目盛りの間隔は同じなので、温度の「差」は℃で表してもKで表しても同じ数値になります。
したがって、26℃−20℃＝6℃の温度差は 6K です。熱量や熱通過の計算で「K」と書かれていても、温度差なら℃の差をそのまま使えます。

他の選択肢が誤りである理由
・279K は、温度差の6に273を足したもので、差に換算を当てはめた誤りです。
・293K は、20℃を絶対温度に直した値で、温度差ではありません。
・299K は、26℃を絶対温度に直した値で、温度差ではありません。

覚え方のポイント
「温度そのもの」をKに直すときだけ273.15を足し、「温度差」はそのまま。ボイル・シャルルの法則など、気体の状態を計算するときは必ず絶対温度を使います。

解説
ポンプが水に与える動力（水動力）は、「密度×重力加速度×流量×全揚程」で求めます。
1,000 × 9.8 × 0.01 × 20 ＝ 1,960W ≒ 2.0kW です。
実際にポンプを回すのに必要な軸動力は、水動力をポンプ効率で割った値になるため、これより大きくなります。

他の選択肢が誤りである理由
・0.2kW は、答えを10分の1に取り違えた値で、重力加速度（9.8）を掛け忘れた場合などに出ます。
・20kW は、答えを10倍に取り違えた値です。
・196kW は、流量の0.01を掛け忘れるなど、桁を大きく誤った値です。

覚え方のポイント
水動力〔kW〕≒ 9.8 × 流量〔m³/s〕× 全揚程〔m〕。「軸動力＝水動力÷ポンプ効率」「電動機出力は軸動力に余裕を見る」まで一続きで覚えます。

解説
空調で使う絶対湿度は、乾き空気1kgに対して水蒸気が何kg含まれているかで表し、単位は kg/kg(DA) です（DAは乾き空気の意味）。
加熱や冷却をしても水蒸気が出入りしない限り値は変わらないため、空気線図の縦軸に使われます。
一方の相対湿度は、その温度で含み得る最大の水蒸気量に対して、どれだけ含んでいるかの割合（％）です。

他の選択肢が誤りである理由
・空調で使う絶対湿度は体積ではなく、乾き空気1kgあたりの水蒸気の質量です。
・乾き空気1kgあたりの水蒸気の質量は絶対湿度の説明で、相対湿度は割合（％）で表します。
・露点温度は、空気を冷やしていったときに相対湿度が100％となり、結露が始まる温度です。

覚え方のポイント
「絶対湿度＝量（kg/kg(DA)）、相対湿度＝割合（％）」。空気を加熱すると相対湿度は下がるが絶対湿度は変わらない、という性質は空気線図の問題で頻出です。

解説
風量は「断面積×平均風速」で求めます。
0.5m² × 8m/s ＝ 4m³/s です。1時間は3,600秒なので、4 × 3,600 ＝ 14,400m³/h となります。
空調の設計図書では風量を m³/h で表すことが多いので、秒と時間の換算は確実にできるようにしておきます。

他の選択肢が誤りである理由
・240m³/h は、4m³/s に60を掛けた値で、1分あたりの風量（m³/min）を時間の単位と取り違えています。
・1,440m³/h は、答えを10分の1にした値で、桁の取り違えです。
・4,000m³/h は、4m³/s の「4」に1,000を掛けたもので、換算の係数を誤っています。

覚え方のポイント
Q〔m³/s〕＝A〔m²〕× v〔m/s〕、m³/h にするには×3,600。流量が同じなら断面積が半分になると風速は2倍、という連続の式の考え方にもつながります。

解説
1W は1秒間に1Jのエネルギーを使う割合なので、1kW を1時間（3,600秒）使ったときのエネルギーは、1,000J/s × 3,600s ＝ 3,600,000J ＝ 3.6MJ です。
電気の使用量（キロワット時）と燃料の発熱量（MJ）を比べるときや、熱源の効率を比べるときに使う換算です。

他の選択肢が誤りである理由
・3.6kJ は、kW を W と取り違えた値です。1ワット時のエネルギーが3.6kJにあたります。
・36kJ は、1時間を3,600秒ではなく36秒として計算した値で、時間の換算を誤っています。
・360MJ は、正しい値の100倍で、桁を誤っています。

覚え方のポイント
「1kW・h＝3.6MJ」「1W・h＝3.6kJ」。熱量のJと仕事率のW（＝J/s）の関係を押さえておくと、単位の問題はまとめて解けます。

解説
動圧は、空気が流れる勢いによる圧力で、「空気の密度×風速²÷2」で表されます。風速の2乗に比例するので、風速が2倍になると動圧は4倍になります。風速に正比例する（2倍で2倍）わけではありません。
送風機が空気に与えた全圧は、ダクトや機器を通るあいだに摩擦や曲がりで失われていくため、この関係はダクトの圧力損失や送風機の選定の土台になります。

試験の罠
「比例」と「2乗に比例」の取り違えは、動圧・ダクトの摩擦損失・送風機の法則でくり返し使われるひっかけです。

他の選択肢が正しい理由
・全圧は静圧と動圧の和です。
・静圧は、流れの向きに関係なくあらゆる方向に等しく働く圧力で、ダクトの壁を押し広げる力として現れます。
・断面が広がると、同じ風量でも風速が下がるため、風速の2乗に比例する動圧は小さくなります（その分、静圧が回復します）。

覚え方のポイント
「全圧＝静圧＋動圧」「動圧＝ρv²/2（風速の2乗に比例）」。ベルヌーイの定理や、ダクトの圧力損失の問題の土台になる関係です。