学科Ⅱ（環境・設備）
一級建築士 令和4年度 学科Ⅱ（環境・設備） 問15
問題・正答・学習用解説
問題
給湯設備等に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。選択肢
正答と解説
正答：（4）
正答の考え方
正解は（4）です。ハイブリッド給湯は、ヒートポンプと燃焼式加熱機の長所を組み合わせる方式です。通常は、継続的なベース負荷を高効率のヒートポンプが担当し、急に多量のお湯を使う場合などの不足分を、出力を速く増やせるガスなどの燃焼式加熱機が補います。本肢は主役と補助役を逆にしています。
ヒートポンプは、電気で熱をゼロから作るだけではなく、空気や水などから熱をくみ上げて給湯へ移す仕組みです。効率よくお湯を作ってタンクへ蓄える一方、短時間に必要な湯量が大きくなると、機器能力や貯湯量だけでは不足する場合があります。その際に燃焼式の機器で補助すれば、湯切れを防ぎながら通常時の省エネを図れます。
例えば普段の手洗いや台所の給湯をヒートポンプで賄い、浴槽への湯張りと複数のシャワーが重なるような大きな需要を燃焼式で補う考え方です。実際の運転は外気温や機種の制御でも変わりますが、本問で問われる基本は、安定した負荷とピーク負荷をどちらの機器へ割り当てるかという役割分担です。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）適当です。潜熱回収型は、排ガス中の水蒸気を凝縮させる際に放出される熱まで回収し、水を温めるために使います。その際に生じる凝縮水は酸性となるため、機器内の中和器で処理して排出します。単に排ガスの温度を下げるだけでなく、水蒸気が液体へ変わるときの熱を利用することが効率向上の理由です。回収した熱の利用と、発生した水の適切な処理をセットで考えます。
選択肢2
（2）適当です。下水処理水や工場・浴場の温排水には、まだ利用できる熱が残っています。水熱源ヒートポンプは、その熱を取り出し、電力を使って給湯に必要な温度へ移すことができます。排水自体を飲用のお湯へ混ぜるのではなく、熱交換器などを介して熱を利用する仕組みです。熱源の温度が比較的安定していれば効率面で有利な場合もありますが、水質や汚れへの対策も必要です。
選択肢3
（3）適当です。家庭用燃料電池は、都市ガスなどから改質装置で取り出した水素と、空気中の酸素を電気化学的に反応させて発電します。同時に生じる熱で温水を作り、給湯に使います。ガスを燃やして発電機を回すエンジン方式とは異なります。電気と熱を合わせて利用することで燃料のエネルギーを有効に使えますが、お湯の需要が小さいと回収熱を十分使えないため、家庭の使用状況も関係します。
選択肢4
（4）不適当です。一般的なハイブリッド給湯では、ベース負荷をヒートポンプ、ピークや不足分を燃焼式機器が担当します。普段は高効率な機器でお湯を蓄え、大きな需要のときだけ素早い加熱で補うという組合せです。本肢のように安定した負荷を燃焼式、追加分をヒートポンプへ任せる説明は基本の役割と逆です。二つの熱源があることだけでなく、それぞれの効率と応答の特徴を使い分ける点が重要です。
周辺知識
給湯のエネルギーを減らす方法には、捨てる熱を回収する、周囲の熱を利用する、電気と熱を同時に利用するなどがあります。潜熱回収型ガス給湯機は排ガスの熱を回収し、ヒートポンプは空気や水から熱を移し、燃料電池は発電時の熱も使います。名称に「高効率」が付く理由は、方式ごとに異なります。
顕熱は温度を変える熱、潜熱は状態変化に伴う熱です。水蒸気が水へ戻るときに熱を放出するため、その凝縮を利用すれば従来は排気として捨てていた熱まで取り出せます。汗が蒸発すると熱を奪う現象の逆向きです。
給湯負荷は、必要な水量と温度上昇に関係します。同じ100Lでも、水を10℃から40℃にする場合は、20℃から40℃にする場合より多くの熱が必要です。また、一日分の総量と、短時間に必要な最大量は別です。蓄湯は作る時刻と使う時刻を分け、燃焼式の補助は急な需要に応えます。総量、ピーク、熱源温度を整理すると、ハイブリッドの役割分担が理解できます。