労働衛生コンサルタントの筆記試験を受験される方を応援するために、過去問を一問ずつ解いていきたいと思います。＜＜尚、回答例は小生の見解ですので、誤解誤答・ご不明な点についてはコメントにてご意見を頂きたいと思います。＞＞
労働衛生工学 第４４回（平成２８年）
問３、問４は、局所排気装置設計に関わる計算問題です。
問４は、がっつりと、ダクトの各位置での風速や圧力損失を計算して、局所排気装置計算書を完成させる問題です。毎年出題されていますが、フードが囲い式だったり、スリット式だったり、ちょっとずつひねってあります。枝分かれは有りますが、主ダクトを副ダクトのバランスをとる問題はこの年は出題されていませんでした。
問４粉じん作業の行われている作業場に設置する局所排気装置(図１)について、以下の設問に答えよ。但し、囲い式フードから排気口までを主ダクト系列、スロット型外付けフードから主ダクト系列との合流点までを枝ダクト系列とする。
【小問１）】
１）①～⑦に示した設計条件、および、主ダクト系列の局所排気装置計算書に記載された数値を基に計算を行い、回答用紙の主ダクト系列の局所排気装置計算書の空欄にその計算結果を記入せよ。 | ||
計算は、有効数字３桁（1.00未満の有効数字３桁とは、例えば、0.0300のとき、300が有効数字３桁となる）で行い、解答欄には、有効数字３桁で回答を記入せよ。なお、ダクトは円形ダクトとし、空気密度は1.20Kg/m3とする。 | ||
| ①床上に設置する囲い式フード（図２）の排風量は、粉じんの制御風速0.70と平均風速が等しいものとして計算する。但し、囲い式フードの開口面の面積は、0.715m2とする。 | ||
| ②枝ダクト系列の作業台上に設置するスロット型外付け式フード（図３）の排風量は、スロットの長さ（L)は1.00m、スロット開口部からの距離は0.12ｍ、制御風速（Vc）は1.00m/sとして計算する。 | ||
| 尚、排風量の計算式は、表の自由空間に設置されたスロット型外付け式フードの排風量の計算式（Ｉ）を参考に、（ＩＩ）または、（ＩＩＩ）のうちから適切なものを選択する。 | ||
③直線ダクトの圧職損失係数の計算には、次式を用いる。 直線ダクトの圧力損失係数 ＝0.02×ダクト長Ｌ（ｍ）／ダクト直径Ｄ（ｍ） | ||
④合流部（図の４－５番地）の主ダクト系列側の圧力損失は、主ダクト系列側の合流前の速度圧に比例するものとする。 | ||
⑤拡大ダクト（図１の５－６番地）の圧力損失は、拡大前後の速度圧の差に比例するものとする。 | ||
⑥空気清浄機の圧力損失は、速度圧に比例するものとする。また、その性能値は、排風量40m3/minのとき、圧力損失１００Paとする。 | ||
⑦排気口は、ルーバー型排気口（開口率ａ／Ａは0.7）で、その圧力損失は、排気口のルーバー間の気流の速度圧に比例するものとする。 但し。ａはルーバー間の隙間の総面積、Ａは排気口面積(拡大後のダクト断面積に等しい）。なお、主ダクト系列の局所排気装置計算書の搬送速度と速度圧の欄は、ルーバー間の気流の速度と速度圧を記入する。 | ||
問題の①~⑦の順番に、問題で言っていることを式にして、ダクトの各位置での排風量・流速・速度圧を求めます。必要に応じて、圧損係数を求めて、その場所での圧力損失を求め、速度圧と合わせて、その場所での静圧を求めることで、表を上から１行ずつ埋めていくことになります。
小生の回答案
①主ダクト系列：囲い式フードの排風量Q1を求めます。 平均風速＝制御風速V＝0.7m/s、 開口面積Aが0.715m2。補正係数ｋは１として良いと思われますね。 囲い式フードの排風量は、 Q1(m3/分)=ｋ×V×A×60秒＝1.0×0.7×0.715×60＝30.0m3/分 さらに、回答用紙のダクト断面積を用いて、 流速V1＝Q1/60/A=15.92→15.9m/s 速度圧＝1.2×V1×V1÷２＝151.6→151Pa も求めておきます。 | ||
②枝ダクト系列：スロット式外付けフードの排風量Q2を求めます。 Q2=60*2.8*1.00*0.12*1＝20.16→ 20.1m3/分 | ||
③直線ダクトの圧職損失係数の計算には、次式を用いる。 直線ダクトの圧力損失係数 ＝0.02×ダクト長Ｌ（ｍ）／ダクト直径Ｄ（ｍ） ４か所求めます。 ダクト長もそれぞれの区間で違うので、丁寧に計算しましょう 区間1-2 ＝0.02×3.0÷0.2＝0.300 区間3-4 ＝0.02×15.0÷0.2＝1.50 区間8-9 ＝0.02×1.0÷0.25＝0.0800 区間10-11 ＝0.02×10÷0.25＝0.800 | ||
④合流後の流量は、Q1+Q2=50.1m3/分 合流後はダクト径が変わってダクト断面積が0.0415に変わっていますので これを使って、 合流後の流速V2＝（Q1+Q2）/60/0.0415=20.12→20.1m/s 合流後の速度圧＝1.2×V2×V2÷２＝242.4→242Pa | ||
⑤拡大ダクト（図１の５－６番地）の圧力損失を求めるために 拡大後の速度圧を求めます。 流量は同じで断面積が0.0490m2に変わっているので 拡大後の流速V3＝50.1/60/0.0490＝17.04→17.0m/s 拡大後の速度圧＝1.2×V3×V3÷２＝173.4→173Pa 拡大部の圧損は、表の圧損係数0.58を使って 拡大部の圧力損失＝0.58×（242-173）＝40.0Pa | ||
⑥空気清浄機の圧力損失は、速度圧に比例するということは、 →速度圧は、流速の二乗に比例し、流速は排風量に比例する →速度圧は、排風量の二乗に比例する。 この問題での排風量は50.1m3/分なので、40m3/分の時の100Paから 圧力損失＝100Pa×(50.1の二乗)／(40mの二乗) ＝100×2510÷1600＝157 | ||
⑦排気口の圧力損失も、流速→速度圧→圧損の順で求めます。 排気口の流速＝50.1で上と同じ 排気口の断面積は、ルーバーで狭くなっているので、その分流速は上がります ルーバー間の流速V4＝50.1/60/÷（0.0490÷0.7）＝24.34→24.3m/s ルーバー間の速度圧＝1.2×V4×V4÷２＝354.3→354Pa | ||
以上の計算結果を使って、回答用紙の局所排気装置計算書を埋めていきます。