問題 3

次の各文章は、「工場等におけるエネルギーの使用の合理化に関する事業者の判断の基準」(以下、『工場等判断基準』と略記)の内容及びそれに関連した管理技術の基礎について述べたものである。ここで、『工場等判断基準』は令和3年4月1日時点で施行されているものである。 これらの文章において、『工場等判断基準』の本文に関連する事項については、その引用部を示す上で、 「I エネルギーの使用の合理化の基準」の部分は『基準部分』、 「II エネルギーの使用の合理化の目標及び計画的に取り組むべき措置」の部分は『目標及び措置部分』 と略記し、特に「工場等(専ら事務所その他これに類する用途に供する工場等を除く)」における『基準部分』を『基準部分(工場)』、同じく『目標及び措置部分』を『目標及び措置部分(工場)』と略記する。 【1】～【14】の中に入れるべき最も適切な字句等をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。 また、【A ab】～【F ab】に当てはまる数値を計算し、その結果を答えよ。ただし、解答は解答すべき数値の最小位の一つ下の位で四捨五入すること。なお、単位の$m^3_N$は標準状態における気体の体積を表す。(配点計100点) (1) 『工場等判断基準』のうちの『目標及び措置部分』では、事業者はエネルギーの使用の合理化の目標及び計画的に取り組むべき措置を最大限より効果的に講じていくことを目指して【 1 】視点に立った計画的な取組に努めなければならない、と定められている。 『目標及び措置部分(工場)』においては、この措置を講ずべき対象としているエネルギー消費設備等は、「燃焼設備、熱利用設備、廃熱回収設備、【 2 】設備、電気使用設備、空気調和設備・給湯設備・換気設備・昇降機等、照明設備及びFEMS」としている。 これらの中で、FEMSは「工場エネルギー管理システム」のことであり、措置を講ずべき対象のエネルギー消費設備等に関して、総合的な【 3 】について検討すること、が求められている。

(2) カルノーサイクルを、127℃の高温熱源と27℃の低温熱源との間で作動させたときの熱効率は、[%]である。ここで、0℃の熱力学温度を273Kとする。 (3) 1$m^3_N$のアセチレン(C2H2)を完全燃焼させるのに必要な理論酸素量は、[$m^3_N$]である。 (4) 50℃の温水と20℃の空気が、平板を隔てて熱交換している。このときの熱通過における熱流束が400W/$m^2$であれば、平板単位面積当たりの熱抵抗は、×$10^{-2}$[K/W]である。 (5) 表面の放射率が温度によらず一定の物体から放散される放射エネルギーは、物体の表面温度が600Kのとき、表面温度が400Kのときと比べ約【 4 】倍となる。

(6) 圧力0.2MPaにおける飽和水の比エンタルピーは505kJ/kg、乾き飽和蒸気の比エンタルピーは2706kJ/kgである。同温同圧で、乾き度0.9の湿り蒸気が保有する潜熱は【 5 】×$10^3$[kJ/kg]である。

(7) 燃料の燃焼の管理では、燃料の性状に応じた燃焼方法により、燃焼効率を高めることが求められる。この燃焼効率は、実際に燃焼過程で得られた熱量と、燃料の【 6 】との比で示されるのが一般的である。

(8) 『工場等判断基準』の『基準部分(工場)』は、廃熱の回収利用の基準の一つとして、「加熱された固体若しくは流体が有する顕熱、【 7 】、圧力、可燃性成分等の回収利用は、回収を行う範囲について管理標準を設定して行うこと。」を求めている。

(9) 空気調和設備の省エネルギーでは、空調負荷の低減と効率の高い空調設備の採用の両面で行うことが重要である。 1) 空調負荷の低減について、『工場等判断基準』の『基準部分(工場)』は、「工場内にある事務所等の空気調和の管理は、【 8 】、ブラインドの管理等による負荷の軽減及び区画の使用状況等に応じた設備の運転時間、室内温度、換気回数、湿度、外気の有効利用等についての管理標準を設定して行うこと。」を求めている。

2) 効率の高い空調設備の採用について、『工場等判断基準』の『基準部分(工場)』は、「特定エネルギー消費機器に該当する空気調和設備、給湯設備に係る機器を新設・更新する場合には、当該機器に関する性能の向上に関する製造事業者等の判断の基準に規定する【 9 】以上の効率のものを採用すること。」を求めている。

(10) ある火力発電設備は、高発熱量45MJ/$m^3_N$の天然ガスを燃料として発電しており、高発熱量基準の平均発電端熱効率は39%である。この発電設備において、毎時10万kWhの発電をしようとするとき、1時間当たりの天然ガス使用量は × 10[$m^3_N$]である。 (11) 工場配電設備では、受電端における力率を高く保つことが求められている。『工場等判断基準』の『基準部分(工場)』及び『目標及び措置部分(工場)』では、受電端における力率については、【 10 】とすることを求めている。ただし、発電所の所内補機を対象とする場合はこの限りでない。

(12) ある事業所の工場配電設備では、最大需要電力を使用電力の30分ごとの平均値で管理しており、その値を5000kW以下に抑えることにしている。ある日の9時から9時30分までの30分間で、9時から9時15分までの電力使用量が1400kWhであるとすると、9時15分から9時30分までの残り15分間の平均電力を[kW]以下とする必要がある。 (13) 一定出力で稼働している三相誘導電動機の、線間電圧は200V、線電流は45A、使用電力は12kWであった。この場合、この電動機の力率は[%]である。ここで、$\sqrt{3}$=1.73とする。 (14) 汎用の三相かご形誘導電動機が、電圧及び周波数が一定の交流電源に接続され、所定の負荷範囲内で稼働している。ここで、負荷が50%から100%に増加したときの電動機の回転速度は【 11 】。

(15) 送風機について、JISでは、「羽根車の回転運動によって気体にエネルギーを与える機械で、単位質量当たりのエネルギーが25kN·m/kg未満のもの」と定義している。この単位質量当たりのエネルギー25kN·m/kgは、気体が標準空気(密度が1.2kg/$m^3$)の場合、送風機の全圧【 12 】[kPa]に相当する。

(16) 電気化学反応では電極界面においてイオンと電子の間で電気のやり取りが行われる。ファラデーの法則によれば、電流が通過することにより電極上において析出又は溶解する化学物質の質量は通過する電気量に比例する。また、同じ電気量によって析出又は溶解する化学物質の質量は、その物質の1mol当たりの質量Mと反応電子数zで決まり、【 13 】に比例する。

(17) LEDランプは、ランプ効率が年々向上して省エネルギーに大きく寄与している。40Wの直管形蛍光ランプに相当する光束を発するLEDランプ(大きさの区分40相当)で、光源色が昼光色、昼白色のランプ総合効率は、現状では概ね【 14 】[lm/W]の範囲にある。