科目Ⅰ:エネルギー総合管理及び法規 平成20年度

問題3 エネルギー管理技術の基礎

次の各文章は「工場又は事業場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基準(平成18年経済産業省告示第65号)」(工場・事業場判断基準)のないように関連したものである。

これらの文章において工場・事業場判断基準に関して,

  • 「Ⅰ エネルギーの使用の合理化の基準」部分については工場・事業場判断基準の基準部分
  • 「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」の部分については工場・事業場判断基準の目標及び措置部分
と略記する。

  1. 工場・事業場の判断基準の基準部分では,
    1. 燃料の燃焼の合理化
    2. 加熱及び冷却並びに伝熱の合理化
    3. 排熱回収利用
    4. 熱の動力等への変換の合理化
    5. 放射,伝導,抵抗等によるエネルギーの損失の防止
    6. 電気の動力,熱等への変換の合理化
    の6分野に対して管理・基準,計測及び記録,保守及び点検,新設に当たっての措置の4項目について遵守すべき内容が定められている。
  2. 大気圧下で20℃の水200kgを冷却して,0℃の水120kgと0℃の氷80kgの混合物を製造する。この混合物を製造するために奪うべき熱量は44[MJ]である。ただし,水の比熱(比熱容量は4.2kJ/(kg・K),水の融解潜熱を340kJ/kgとする。
    4.2*200*(20-0)+340*80=16800+27200=44000[kJ]=44[MJ]
  3. 空気の持つ化学エネルギーを燃焼によってすべて熱エネルギーに変換するには,十分な空気を供給して完全燃焼させることが必要である。しかし,供給空気量が多すぎる場合には,完全燃焼は達成できても燃焼ガス量も多くなるため,排ガスが持ち去る熱損失が多くなる。このため,バーナーなどの燃焼機器では,最小の空気量で燃焼を完全燃焼させることが重要である。
    工場・事業場判断基準の目標及び措置部分では,バーナーなどの燃焼機器は,燃焼設備及び燃料の種類に適合し,かつ,負荷及び燃焼状態の変動に応じて燃料の供給量及び空気比を調整できるものとするように検討することが求められている。
  4. ある重油燃焼ボイラにおいて,乾き排ガス中の酸素濃度(体積割合)が3.8%であった。このボイラにおいて燃料が完全燃料しているものとすると,概略の空気比は1.2である。
    工場・事業場の判断基準の別表第1(A)の備考の計算式より,
    (空気比)=21/(21-3.8)=1.22
  5. 飽和蒸気を加熱に利用する場合,蒸気圧力が低いほど潜熱が大きくなるため,同じ加熱量を得るために必要な蒸気量は,蒸気圧力が低いほど少なくなる。したがって,必要とする加熱温度に応じて,蒸気圧力をできるだけ低くした方がよい。
  6. 表面温度が70℃の鋼板に接して,温度25℃の水が流れている。この場合の熱伝導率が480W/(m²・K)であるとき,鋼板から水へと伝わる熱流束は22[kW/m²]である。
    (70-25)*480/1000=21.6[kW/m²]
  7. 表面の放射率が0.7で温度が700℃の物体から放出される単位体積,単位時間当たりの放射エネルギーは36[kW/m²]である。ただし,ステファン・ボルツマン定数を5.67×10-8[W/(m²・K4)]とする。
  8. 廃熱の回収利用において,廃熱の発生側と利用側との間で,熱量のバランスや需給時間をできるだけ一致させるように調整する必要がある。工場・事業場判断基準の目標及び措置部分では,蓄熱設備の設置により廃熱利用が可能となる場合には,その設置についても検討することが求められている。
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  9. 燃料として重油を使用している火力発電所の年間燃料消費量が100000kLであった。この発電所の年間平均発電端熱効率(高発熱量基準)を36.5%,熱量の高発熱量を42GJ/kLとしたとき,年間発電端発生電力量は426[GW・h]である。
    42*100000/3600*0.365=425.8
  10. 工場・事業場判断基準の基準部分では,空気調和設備の熱源設備が複数の同機種の熱源機で構成され,又は使用するエネルギーの種類の異なる複数の熱源機で構成されている場合は,外気条件の季節変動などに応じ,稼働台数の調整又は稼動機器の選択により熱源設備の総合的なエネルギー効率を向上させるように管理標準を設定して行うことが求められている。
  11. 抵抗10Ω,リアクタンス6Ωを直列に接続した単相負荷がある。この負荷に交流400Vの電圧を加えたときに,負荷に流れる電流は34[A]である。
  12. 工場・事業場判断基準の目標及び措置部分は,受電端における力率を95%以上とすることを目標として,工場・事業場判断基準で指定された電気設備,又は変電設備の力率を,進相コンデンサの設置などにより向上させるよう検討することを求めている。力率は(有効電力)/(皮相電力)で表され,力率が低いと変電設備や配線の電力損失が増加することになる。
    三相3線四季200Vの配電線路から供給される平衡三相負荷の線電流が75A,消費電力が25kWであるとき,この負荷の力率は96[%]である。
  13. 電動機の回転速度が1460min-1,電動機軸に発生するトルクが60N・mであるとき,円周率πの値を3.14とすると,電動機の発生する出力は9.2[kW]である。
  14. ある揚水ポンプの流量が2.4m³/min,全揚程が20m,ポンプ効率が70%であるとき,このポンプを駆動するために必要な軸動力は11.2[kW]である。
  15. 工場・事業場判断基準の目標及び措置部分では,電気加熱設備の導入に当っては,燃料の燃焼による加熱,蒸気などによる加熱と電気による加熱の特徴を比較,勘案することが求められている。電気加熱の場合,直接抵抗加熱,誘導加熱を用いれば導体の内部加熱が可能で,一般に加熱装置のエネルギー効率は高い。ただし,電気加熱を評価する場合,電力発生から加熱装置までの間で発電や送配電における損失などがあるので,加熱装置におけるエネルギー消費のみで評価せず,一次エネルギーに換算したエネルギー消費で評価する必要がある。
  16. 省エネルギーの観点から見ると,照明設備では,作業などに影響を与えない範囲で,きめ細かに消灯する,あるいはランプを間引くなどの過剰照明防止対策を行う必要がある。さらに,積極的な改善策として昼光の利用,あるいはそれに伴う照度調整のため,減光が可能な照明器具の選択や照明自動制御装置の採用について検討する。
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