目指せ！エネルギー管理士 電気分野
平成21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）」（以下，工場・事業場判断基準と略記）の内容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」の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。
工場・事業場判断基準のうち，基準部分は工場又は事業場で事業者すべてが遵守すべき基準を示したものであり，目標及び措置部分はエネルギー消費原単位を中長期的に見て，年平均 1 % 以上低減させることの実現に努力するための措置を述べている。基準部分では，次の 6 分野ごとに遵守すべき基準が示されている。
- 燃料の燃焼の合理化
- 加熱及び冷却並びに伝熱の合理化
- 廃熱の回収利用
- 熱の動力等への変換の合理化
- 放射，伝導，抵抗等によるエネルギーの損失の防止
- 電気の動力，熱等への変換の合理化
プロパンガス（C3H8）を空気中で完全燃焼させている場合に，乾き排ガス中の酸素濃度（体積割合）が 3.5 % であった。プロパンガス 3m³N を燃焼させるのに必要な理論空気量は 71 [m³N] であり，実際に投入される空気量は，簡易式で計算した空気比を用いると 86 [m³N] である。
湿り水蒸気の乾き度が 0.7 の場合，飽和水の比エンタルピーを 640 kJ/kg，乾き飽和水蒸気の比エンタルピーを 2 748 kJ/kg とすれば，湿り水蒸気の比エンタルピーは 2.12 [MJ/kg] となる。
厚さ 30 cm，熱伝導率 0.2 W/(m·K) の平板がある。板の両表面の温度がそれぞれ 90 °C 及び 20 °C であるとき，この平板の厚さ方向に伝わる単位面積当たりの熱流は 46.7 [W/m²] となる。
ボイラの給水管理を十分に行っても少量の不純物がボイラ内に持ち込まれるため，不純物の濃度は上昇する。そこで，一定期間ごとにボイラ水の一部を排出する操作が必要になる。この操作をブローと呼んでいる。排出されるボイラ水は高温の水であるため，排出量が多いと熱損失が増加する。排出されるボイラ水の持つ熱量をボイラの給水予熱に使用することにより損失熱を大幅に低減することができる。工場・事業場判断基準の基準部分では，加熱された固体又は流体が有する顕熱，潜熱，圧力，可燃性成分などの回収利用は，回収を行う範囲について管理標準を設定して行うことが求められている。
廃熱回収設備を設置する場合，廃熱排出設備から廃熱回収設備までの距離をできるだけ短くする必要があるが，場所的な制約などにより，ある程度の距離を置かざるを得ない場合がある。工場・事業場判断基準の目標及び措置部分では，廃熱を排出する設備から廃熱回収設備に廃熱を輸送する煙道，管などには，空気の侵入の防止，断熱の強化その他の廃熱の温度を高く維持するための措置を講ずるよう検討することが求められている。
セラミックファイバは，他の耐火物と比較して熱伝導率が小さく，断熱性が高く，軽量で熱容量が小さいという特徴を持っている。そのため加熱炉で使用した場合，バッチ炉では蓄熱損失の低減になり，連続炉でも温度調整を鋭敏化できるので，省エネルギーという観点から見ると，非常に優れた炉材といえる。
ある工場のエネルギー消費原単位として，エネルギー使用量を製品の生産数量で除した値を使用している。前年度は，生産数量が 1 000 台で，電気使用量は 6 000 MW·h，A 重油の使用量は 660 kL であった。また，今年度は，生産数量が 1 200 台で，電気使用量は 7 260 MW·h，A 重油の使用量は 740 kL であった。この工場において前年度に対して今年度のエネルギー消費原単位は 1.4 [%] 改善されたことになる。ここで，電気量の熱量への換算係数を 9.76 GJ/MW·h，A 重油の高発熱量を 39.1 GJ/kL とする。
燃料としてガスを使用している，ある自家用火力発電所の年間平均発電端熱効率（高発熱量基準）が 38 % である。この発電所で年間 20 GW·h の発電端発生電力量を得るには 4.21 × 106 [m³N] のガスが必要である。ここで，ガスの高発熱量を 45 MJ/m³N とする。
空気調和設備では，ある機器の効率を上げるために運用条件を変えると，他の機器のエネルギー使用量が増加するといった相反する場合がある。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の管理は，外気条件の季節変動などに応じ，熱源機とポンプ，冷却塔などの補機とを含めた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。
平衡三相負荷に電力を供給するケーブルに，1 相当たり 80 A の電流が流れている。ケーブルの 1 相分の長さが 150 m，ケーブル 1 m 当たりの抵抗値が 0.0005 Ω/m であるとき，ケーブルの 3 相分の電力損失は 1.44 [kW] となる。
40 kW の平衡三相負荷があり，その力率は 80 % であった。この負荷に並列にコンデンサを接続して，力率を 100 % にするために必要なコンデンサの容量は 30 [kvar] である。
必要なコンデンサの容量は，次式で求められる。
\[ \sqrt{(\frac{40}{0.8})^2 - 40^2} = 30 \text{ [kvar]} \]電動機の定格時の入力（電力）が同一であれば，その定格電流は定格電圧に依存することになる。定格時の入力が 660 kW の三相誘導電動機を考えると，定格電圧が 400 V の場合は，定格電流は 1.12 × 103 [A] となる。また，定格電圧が 6 600 V の場合の定格電流は，400 V の場合の 0.06 倍となる。ただし，力率はいずれも 85 % とする。
ポンプやファンは電動機を含めて，一般に低負荷になると効率が悪くなる傾向にある。効率の良い領域で運転するために，工場・事業場判断基準の基準部分では，複数の電動機を使用するときは，それぞれの電動機の適正な需要率が維持されるように管理標準を設定し，稼働台数の調整及び負荷の適正配分を行うことが求められている。
電気化学反応の計算では，反応物質によらない固有の定数としてファラデー定数が用いられる。ファラデー定数の単位は A·h/mol 又は C/mol で表される。
照明設備について，工場・事業場判断基準の基準部分は，日本工業規格 Z 9110 に定められた照度基準及びこれに順ずる規格に基づいて管理標準を設定して使用することを求めている。また，適宜，調光による減光又は消灯を行うことにより，過剰又は不要な照明をなくすことを求めている。
厚さを $d$ [m]，熱伝導率を $\lambda$ [W/(m·K)]，板両面の温度を $\theta_1$，$\theta_2$ [°C] とすると，板の厚さ方向に伝わる単位面積当たりの熱流 $q$ は，次式で求められる。
\[ q = \lambda \frac{\theta_1 - \theta_2}{d} = 0.2 \times \frac{90 - 20}{0.3} = 46.7 \]