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4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』と略記する。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）』と略記する。 【1】～【12】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】～【H】 \times 10^{【h】}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（0℃、1気圧）における気体の体積を表す。（配点計100点） (1) 『基準部分』の「I-1 全ての事業者が取り組むべき事項」では、エネルギーを使用して事業を行う全ての事業者が取り組むべき事項として、次の8項目が定められている。事業者は設置している工場等全体を俯瞰(ふかん)し、これらの取組を行うことにより、適切なエネルギー管理を行うことが求められている。 ① 取組方針の策定 ② 【 1 】の整備 ③ 責任者等の配置等 ④ 資金・人材の確保 ⑤ 従業員への周知・教育 ⑥ 取組方針の【 2 】状況の確認等 ⑦ 取組方針の精査等 ⑧ 【 3 】による状況把握

(2) 熱と仕事は共にエネルギーの一形態であって互いに変換することができる。熱力学の第一法則は、閉じた系においては、系に外部から熱と仕事が加えられると、その総和は【 4 】の増加分となることを示すものである。

(3) 1 $m^3_N$のプロパン（C₃H₈）を、完全燃焼させるのに必要な理論空気量は、[$m^3_N$]である。ただし、空気中の酸素濃度（体積割合）を21%とする。 (4) 炉壁内面温度が800℃の炉で、炉壁外面温度を80℃として側壁外面から周囲への放散熱量を600 W/m²以下とするためには、熱伝導率が0.25 W/(m·K)の炉壁材料を用いた場合、炉壁の厚さを[cm]以上とする必要がある。 (5) 表面の放射率が0.8一定で、温度が1000 K一定に保たれている球体がある。この球体表面から放散される単位面積当たりの放射エネルギーは、[kW/m²]である。ここで、ステファン・ボルツマン定数は、5.67×$10^{-8}$ W/(m²·$K^4$)とする。 (6) 高温の加熱炉の炉壁材として、耐火れんが、耐火断熱れんが、ファイバ系断熱材等が使用される。熱の供給停止に伴う炉内温度の急激な低下を抑止したい場合には、これらの炉壁材の中で、蓄熱性が最も高い【 5 】を炉内側に使用し、炉外側に高断熱性の炉壁材を使用して炉全体の断熱性を高めることが有効である。

(7) ある温度及び圧力で、乾き度が0.8の湿り蒸気がある。その温度及び圧力のときの飽和水の比エンタルピーが420 kJ/kg、乾き飽和蒸気の比エンタルピーが2 670 kJ/kgであるとき、この湿り蒸気の比エンタルピーは、 × 10[kJ/kg]である。 (8) 加熱等を行う設備の新設・更新に当たっての措置の一つとして『基準部分（工場）』は、「ボイラー、冷凍機、ヒートポンプ等の熱利用設備を設置する場合には、【 6 】すること又は蓄熱設備を設けることによりエネルギーの使用の合理化が図れるときは、その方法を採用すること」を求めている。

(9) 空気調和設備の冷熱源のエネルギー性能を表す指標の一つとして成績係数が用いられる。いま、一次エネルギーである燃料を熱源とする高発熱量基準の成績係数が1.1の吸収冷凍機と、電気使用量基準の成績係数が3.4の蒸気圧縮冷凍機がある。この2種類の冷凍機が同じ負荷で稼動したときのエネルギー使用量を一次エネルギー換算値で比較すると、吸収冷凍機は蒸気圧縮冷凍機の倍使用していることになる。ただし、電気の高発熱量基準の受電端発電効率を37%とし、補機電力は考えないものとする。 (10) ある火力発電所が、高発熱量40 MJ/LのA重油を燃料として発電している。ある期間に使用したA重油の量が50 kLで、このときの高発熱量基準の発電端熱効率は39.6%であった。この場合、この期間の発生電力量は[MW·h]である。 (11) ある平衡三相負荷の消費電力を求める。この負荷の線間電圧が200 V、線電流が60 Aで力率が80%であった。このとき、この負荷の電力は[kW]である。ここで、√3 = 1.73とする。 (12) 工場の受変電設備及び配電設備においては、線路抵抗の低減や線路電流の低減により配電損失を低減することが望まれる。『基準部分（工場）』は、「受変電設備の配置の適正化及び配電方式の変更による【 7 】、配電電圧の適正化等について管理標準を設定し、配電損失を低減すること。」を求めている。

(13) 受変電設備及び配電設備に関して、『基準部分（工場）』は、「電気を使用する設備の稼働について管理標準を設定し、調整することにより、工場における電気の使用を平準化して最大電流を低減すること。」を求めている。電気の使用の平準化を行うための代表的な方法として、最大需要電力の低減がある。 1) 最大需要電力を低減するために、一般に【 8 】装置が用いられる。また、電気の使用の平準化を目的として蓄熱設備、蓄電設備なども用いられる。

2) ある工場では、最大需要電力を6 000 kW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分間について考える。9時から9時20分までに使用した電力量が2 200 kW·hであるとすると、9時20分から9時30分までの残り10分間の平均電力を × 10[kW]以下とする必要がある。ここで、最大需要電力は使用電力を30分ごとに区切ってその30分間の平均値で管理するものとする。 (14) 電動機では、回転運動によって電動機軸に負荷に応じたトルクが発生する。回転速度がn [min⁻¹]で回転している電動機の軸動力がP [W]であるとき、発生するトルクは【 9 】[N・m]である。

(15) ポンプやファンなどの電動力応用設備は、負荷の大きさによらず発生する固定損が消費電力の数10%に達するものが多い。『基準部分（工場）』は、「電動力応用設備については、電動機の空転による電気の損失を低減するよう、始動電力量との関係を勘案して管理標準を設定し、【 10 】を行うこと。」を求めている。

(16) 電気加熱設備及び電解設備は一般に低電圧、大電流で運用されることが多い。そのために、『基準部分（工場）』は、「電気加熱設備及び電解設備は、配線の接続部分、開閉器の接触部分等における【 11 】を低減するように保守及び点検に関する管理標準を設定し、これに基づき定期的に保守及び点検を行うこと。」を求めている。

(17) 室内の照明設備において、「作業を行う領域には所要の照度を与え、その他の領域には、これより低い照度を与える照明方式」を【 12 】照明という。この照明方式は、工場や業務用ビルの事務室など広い空間での省エネルギーに有効である。