建築設備士試験の問題で出題された冷凍機のポンプ流量計算について解説します。この問題では、冷凍機の冷凍能力や水の比熱、密度などをもとに流量を求める必要があります。具体的にどのように計算するかを理解しておくことで、試験対策に役立つでしょう。
問題の概要と与えられた条件
この問題では、冷凍機の冷凍能力（840 kW）をもとにポンプの流量を求める内容です。以下の条件が与えられています。
- 冷凍機の冷凍能力：840 kW
- 冷凍機の入口温度：17 ℃
- 冷凍機の出口温度：7 ℃
- 水の比熱：4.2 kJ/(kg･K)
- 水の密度：1.0 kg/L
- 配管系からの熱取得および熱損失はない
このような条件のもとで、ポンプの流量を求める必要があります。
流量の計算方法
冷凍機から水を冷却するプロセスにおいて、必要な流量を求めるためには、熱量のバランスを考えます。冷凍機の冷凍能力（840 kW）は、水が冷却される過程で失われる熱量に相当します。水の比熱（4.2 kJ/(kg･K))と温度差（17 ℃ から 7 ℃）を使用して、流量を計算できます。
まず、冷却される熱量を求めます。熱量は以下の式で求めることができます。
Q = m × Cp × ΔT
ここで、Qは熱量（kW）、mは流量（kg/s）、Cpは水の比熱（kJ/(kg･K)）、ΔTは温度差（K）です。これを使って流量mを計算します。
計算手順
与えられた情報を使って計算します。
- 冷凍機の冷凍能力Q = 840 kW
- 水の比熱Cp = 4.2 kJ/(kg･K)
- 温度差ΔT = 17 ℃ – 7 ℃ = 10 K
流量mは次の式で求められます。
m = Q / (Cp × ΔT)
これに数値を代入すると、流量mは次のように求められます。
m = 840 / (4.2 × 10) = 20 kg/s
水の密度は1.0 kg/Lなので、流量は20 L/sとなります。これを分単位に変換すると、流量は1,200 L/minです。
答えの選択
計算結果から、最も適当な流量は1,200 L/minであることがわかります。したがって、この問題の正解は選択肢「2. 1,200 L/min」となります。
まとめ
建築設備士試験の冷凍機ポンプ流量計算問題では、冷凍機の冷凍能力や水の比熱をもとに流量を求めました。計算の過程では、熱量のバランスを考え、水の温度差を利用して流量を導き出しました。このような問題に対処するためには、基本的な熱力学の知識を理解しておくことが重要です。
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