エネルギー管理士の蒸気計算：乾き度・比エンタルピーとボイラ効率
▶ 前回の記事はこちら：第2回「エネルギー管理士の省エネ法：原油換算で指定区分と選任人数を判定する」
蒸気表を開くと、h′・h″・s′・s″ と似た記号が並んでいます。エンタルピーとエントロピーも名前が似ていて、違いがあいまいなまま式の形だけ覚えてしまいがちです。
体験記を読むと、ここは熱の課目Ⅱでつまずく入口の一つです。2024年に熱分野で合格した じゃこ さんは、難しかったことに「熱分野の理解（課目2）と、試験自体のボリュームです。」と書き、エントロピーとエンタルピーの違いが曖昧だったことを振り返っています。令和8年度に課目Ⅱだけを落とした くろたん さんも、課目Ⅱを「僕が現在、一番苦戦している科目です。」と書き、エンタルピー・エントロピーを苦戦した例に挙げています。2026年4〜10月に X で受験者の投稿を約70件読んだときも、熱の課目Ⅱ（熱力学・流体・伝熱）につまずいたという声が燃焼計算と並んで目立ち、その中には、エンタルピーとエントロピーの違いがわからないという声もありました。
この連載「エネルギー管理士 頻出テーマ」は、過去8年分（令和元〜8年度）の出題・体験記・X の受験者の声をもとに、よく出てつまずきやすいテーマを1回に1つ掘り下げます。第3回は 蒸気 です。乾き度と比エンタルピーから課目Ⅳのボイラ効率までを一続きで解けるようにします。
私たちは資格の問題集アプリ「ナレッジバンドル」を作っていて、エネルギー管理士の500問（全4課目・熱／電気）を収録しています。蒸気の問題では、正しい式の横に、x を掛ける場所を間違えた式が並びます。アプリでは解説の中の「乾き度」「比エンタルピー」のような用語をタップすると用語辞書が開くので、式を選ぶ前に言葉の意味へ戻れます。
▶ アプリ「ナレッジバンドル」はこちら
蒸気とボイラは3つの課目に毎年出ている
過去8年分の問題冊子と標準解答（省エネルギーセンター 過去の試験問題）を数えると、蒸気とボイラは3か所に出ています。
課目Ⅰ 問題3（共通・必須）: 蒸気の小問が 8年で8回。乾き度の定義（質量の割合）、湿り蒸気の比エンタルピー、水を蒸気にするのに要る熱量、換算蒸発量の式が順番に出ています。令和8年度は乾き度0.9の比エンタルピーを選ぶ計算でした
課目Ⅱ 問題4・5（熱分野）: 水蒸気の性質（湿り蒸気・乾き度・蒸気表・絞り）が中問の主題になったのが 8年で6回
課目Ⅳ 問題13（熱分野・必須）: ボイラの効率・損失・燃料節減が 8年で8回。うち計算は令和2・4〜8年度の6回です
課目Ⅰは共通課目なので、蒸気の5点は電気分野の人にも関係します。体験記でも、課目Ⅰ 問題3の計算を得点源に挙げた人が5人いました。
なお、課目Ⅳ 問題11 では温度計測も8年で8回出ていて、うち7回は熱電対です（両接点の温度差で起電力が出るゼーベック効果）。ランキンサイクルや冷凍サイクルは第4回で扱います。
水の状態は5つの名前で呼び分ける
圧力を一定にしたまま水を温め続けると、状態は次の順に変わります。
圧縮水: 沸騰する前の水。温めると温度が上がる
飽和水: 沸騰が始まる直前の水。このときの温度が飽和温度
湿り蒸気: 水と蒸気が混ざった状態。熱を加えても温度は飽和温度のまま変わらず、熱は蒸発に使われる
乾き飽和蒸気: 水が1滴も残っていない、ちょうど蒸発し終えた蒸気
過熱蒸気: 乾き飽和蒸気をさらに温めて、飽和温度より高くなった蒸気
蒸気表には、圧力（または温度）ごとに h′・s′（飽和水）と h″・s″（乾き飽和蒸気）が載っています。ダッシュ1本が水、2本が蒸気です。
この記事では、1MPa の値として次の数字を使います。蒸気の性質の国際的な計算式 IAPWS-IF97 を実装した Python ライブラリ iapws（1.5.5）で計算した値です。
飽和温度 179.9℃
飽和水の比エンタルピー h′ ＝ 762.7 kJ/kg
乾き飽和蒸気の比エンタルピー h″ ＝ 2,777.1 kJ/kg
蒸発潜熱 r ＝ h″ − h′ ＝ 2,014.4 kJ/kg
乾き度は「質量」の割合
乾き度 x は、湿り蒸気1kg のうち乾き飽和蒸気が何kg あるかを表します。
乾き度 x ＝ 乾き飽和蒸気の質量 ÷ 湿り蒸気全体の質量
たとえば湿り蒸気2kg の中に乾き飽和蒸気が1.9kg、水が0.1kg なら、x ＝ 1.9 ÷ 2 ＝ 0.95 です。x ＝ 0 なら飽和水、x ＝ 1 なら乾き飽和蒸気になります。
課目Ⅰでは令和2・5・7年度に乾き度が何の割合かが問われ、正解は 質量 でした。体積の割合ではありません。
比エンタルピーは h′ から潜熱の x 倍だけ増える
湿り蒸気1kg が持つ熱量（比エンタルピー）は、飽和水の分に、蒸発した割合だけの潜熱を足したものです。
h ＝ h′ ＋ x（h″ − h′）
計算例1：1MPa、乾き度0.95 の湿り蒸気
蒸発潜熱を出す: h″ − h′ ＝ 2,777.1 − 762.7 ＝ 2,014.4 kJ/kg
乾き度を掛ける: 0.95 × 2,014.4 ＝ 1,913.7 kJ/kg
飽和水の分を足す: h ＝ 762.7 ＋ 1,913.7 ＝ 2,676.4 kJ/kg
手順2の 1,913.7 kJ/kg が 潜熱だけ の値です。潜熱を聞かれたら x（h″ − h′）で止めます（課目Ⅰ 令和3年度）。
同じ圧力で乾き飽和蒸気にするには、残りの水の分 (1 − 0.95) × 2,014.4 ＝ 100.7 kJ/kg が要ります。
比エントロピーも同じ形で、s ＝ s′ ＋ x（s″ − s′）です。課目Ⅱでは、断熱膨張後の比エントロピーから x ＝ (s − s′) ÷ (s″ − s′) と乾き度を逆算する形が出ます。
エンタルピーとエントロピーは何が違うのか
「比」はどちらも 1kg 当たり という意味ですが、中身は別物です。
比エンタルピー h（kJ/kg）: 1kg の流体が持っている熱量。ボイラで加えた熱、タービンで取り出した仕事など、熱量の出入りは h の差で計算する
比エントロピー s（kJ/(kg·K)）: 単位に温度 K が入っている。熱量そのものではなく、熱の「質」を表す量。損失のない断熱変化では s が変わらないので、タービン出口の状態（乾き度）を決めるときに使う
迷ったら単位を見ます。熱量を聞かれたら h、断熱膨張のあとの状態を聞かれたら s です。
絞りは「エンタルピー一定」
弁や細い穴を通して圧力を下げることを 絞り といいます。絞りでは外と熱も仕事もやり取りしないので、比エンタルピーが変わらない（等エンタルピー変化）のが特徴です。エントロピーは一定ではなく増えます。課目Ⅱでは、令和3・7年度に等エンタルピーと等エントロピーを取り違えさせる形で出ています。
計算例2：乾き度0.97 の蒸気を大気圧まで絞る
1MPa、乾き度0.97 の蒸気は h ＝ 762.7 ＋ 0.97 × 2,014.4 ＝ 2,716.7 kJ/kg。大気圧（0.101325MPa）まで絞っても h は変わりません。
大気圧の h″ は 2,675.5 kJ/kg（IAPWS-IF97 による計算値）なので、絞ったあとは 過熱蒸気（約120℃）です。絞ると、湿っていた蒸気が乾く方向に変わります。
ボイラ効率は「入熱」と「出熱」の比
ボイラの効率は、燃料が持ち込んだ熱（入熱）のうち蒸気に移った熱（有効出熱）の割合です。計算の決まりは JIS B 8222（陸用ボイラ－熱勘定方式） にあります。
入出熱法: 効率 ＝ 有効出熱 ÷ 入熱
熱損失法: 効率 ＝ 1 − 損失の合計 ÷ 入熱
有効出熱 ＝ 蒸発量 ×（発生蒸気の比エンタルピー − 給水の比エンタルピー）
入熱 ＝ 燃料の量 × 発熱量（＋燃料の顕熱など）
JIS B 8222 には「発熱量は，使用時の燃料の低発熱量を用いる。場合によって高発熱量を用いるときは，その旨を明記しなければならない。」とあります。ボイラ効率は 低発熱量基準が原則 です。課目Ⅰ 問題3 の発電効率は高発熱量基準で出ることが多いので、問題文でどちらの発熱量が与えられているかを必ず確かめます。
計算例3：入出熱法で効率と換算蒸発量を出す
条件（自作）: 蒸発量 5,000 kg/h、発生蒸気は1MPa の乾き飽和蒸気（h″ ＝ 2,777.1 kJ/kg）、給水は80℃（比エンタルピー 335.7 kJ/kg）、燃料 340 kg/h、低発熱量 41.0 MJ/kg。
蒸気1kg が受け取った熱: 2,777.1 − 335.7 ＝ 2,441.4 kJ/kg
有効出熱: 5,000 × 2,441.4 ＝ 12,207,000 kJ/h
入熱: 340 × 41,000 ＝ 13,940,000 kJ/h
効率: 12,207,000 ÷ 13,940,000 ＝ 0.8757 → 約87.6%
手順1で給水の 335.7 を引き忘れると、効率は 5,000 × 2,777.1 ÷ 13,940,000 ＝ 99.6% になります。100%に近い値が出たら引き忘れを疑います。
換算蒸発量 は、圧力や給水温度の違うボイラどうしを比べるため、100℃ の水を100℃ の蒸気にする量に換算した値です。JIS B 8222 の式は、蒸発量 ×（h蒸気 − h給水）÷ 2,257 です。2,257 kJ/kg は100℃ の水の蒸発潜熱です。
12,207,000 ÷ 2,257 ＝ 約5,409 kg/h
計算例4：排ガス温度と空気比を下げたときの燃料節減
ボイラの損失の計算でよく扱われるのが 排ガス損失（排ガスが持ち去る熱）です。燃料1kg 当たりで、排ガス損失 ＝ 排ガス量 × 排ガスの比熱 ×（排ガス温度 − 基準温度）と計算します。基準温度は、JIS B 8222 では原則として試験時の外気温度です。
条件（自作）: 低発熱量 41.0 MJ/kg、排ガスの比熱 1.36 kJ/(m3N·K)、基準温度 20℃、排ガス以外の損失は3.0%で変わらないとする。
改善前: 空気比1.3 で排ガス量 14.0 m3N/kg、排ガス温度 240℃
改善後: 空気比1.1 で排ガス量 12.2 m3N/kg、排ガス温度 180℃
改善前の排ガス損失: 14.0 × 1.36 × (240 − 20) ＝ 4,188.8 kJ/kg → 4,188.8 ÷ 41,000 ＝ 10.22%
改善後の排ガス損失: 12.2 × 1.36 × (180 − 20) ＝ 2,654.7 kJ/kg → 6.47%
効率（熱損失法）: 改善前 1 − 0.1022 − 0.030 ＝ 0.8678（86.78%）、改善後 1 − 0.0647 − 0.030 ＝ 0.9053（90.53%）
燃料節減率: 1 − 86.78 ÷ 90.53 ＝ 約4.1%
同じ蒸気をつくる燃料は効率に反比例するので、節減率は 1 − 改善前の効率 ÷ 改善後の効率 です。効率の差 3.75 ポイントを節減率にすると間違えます。空気比を下げると排ガス量が、排ガス温度を下げると1m3N 当たりの持ち去る熱が減り、この2つが掛け算で効きます。
取り違えやすい点
h ＝ h′ ＋ x（h″ − h′）。x × h″ や h′ ＋ x × h″ と書かない
潜熱だけを聞かれたら x（h″ − h′）。h′ を足さない
乾き度の式 x ＝ (s − s′) ÷ (s″ − s′)。過去の解答群では s′ ＋ x·s″ や x（s″ − s′）が並んでいた
絞りは等エンタルピー変化。等エントロピー変化ではない
ボイラ効率は低発熱量基準が原則。発電効率の高発熱量基準と混同しない
有効出熱は給水の比エンタルピーを引く
燃料節減率は 1 − η前 ÷ η後。効率の差ではない
どれも式の一部を落とすか入れ替える間違いです。私たちのアプリでは間違えた問題だけを解き直せるので、どこで取り違えたかを解説で確かめてから同じ問題に戻れます。
確認問題
この記事のために作った問題で、過去問の転載ではありません。
問1
ある圧力の蒸気表の値を、仮に h′ ＝ 600 kJ/kg、h″ ＝ 2,750 kJ/kg とする。この圧力で乾き度0.9 の湿り蒸気の比エンタルピーに最も近いものはどれか。
815 kJ/kg
1,935 kJ/kg
2,475 kJ/kg
2,535 kJ/kg
問2
蒸気の性質の説明として、正しいものはどれか。
乾き度は、湿り蒸気の体積のうち乾き飽和蒸気が占める割合である
蒸気を弁で絞って圧力を下げると、比エントロピーは変わらない
蒸気を弁で絞って圧力を下げると、比エンタルピーは変わらない
比エントロピーの単位は kJ/kg である
問3
蒸発量 4,000 kg/h、発生蒸気の比エンタルピー 2,800 kJ/kg、給水の比エンタルピー 360 kJ/kg、燃料消費量 300 kg/h、燃料の低発熱量 42.0 MJ/kg（高発熱量 45.0 MJ/kg）のボイラがある。JIS B 8222 の原則に従い、入出熱法で求めたボイラ効率に最も近いものはどれか。
72.3%
77.5%
83.0%
88.9%
答えと解説
問1 の答え: 4（2,535 kJ/kg）。h ＝ 600 ＋ 0.9 ×（2,750 − 600）＝ 600 ＋ 1,935 ＝ 2,535。1 の 815 は x と（1 − x）を逆にした値（600 ＋ 0.1 × 2,150）、2 の 1,935 は潜熱だけの値、3 の 2,475 は 0.9 × 2,750 で、h′ を使わずに計算した値です。
問2 の答え: 3。絞りは等エンタルピー変化です。1 は誤りで、乾き度は質量の割合です。2 は誤りで、絞りでは比エントロピーは増えます。4 は誤りで、比エントロピーの単位は kJ/(kg·K) です。
問3 の答え: 2（77.5%）。有効出熱 ＝ 4,000 ×（2,800 − 360）＝ 9,760,000 kJ/h、入熱 ＝ 300 × 42,000 ＝ 12,600,000 kJ/h、効率 ＝ 9,760,000 ÷ 12,600,000 ＝ 0.7746。1 の 72.3% は高発熱量で割った値、4 の 88.9% は給水の比エンタルピーを引き忘れた値、3 の 83.0% はその両方を間違えた値です。
まとめ
蒸気は課目Ⅰ 問題3（8年で8回）・課目Ⅱ（6回）・課目Ⅳ 問題13 のボイラ（8回）に出る
水の状態は 圧縮水 → 飽和水 → 湿り蒸気 → 乾き飽和蒸気 → 過熱蒸気。ダッシュ1本が水、2本が蒸気
乾き度は質量の割合。h ＝ h′ ＋ x（h″ − h′）、潜熱だけなら x（h″ − h′）
熱量は h（kJ/kg）、断熱膨張のあとの状態は s（kJ/(kg·K)）。絞りは等エンタルピー
ボイラ効率は低発熱量基準が原則。給水の比エンタルピーを引き、燃料節減率は 1 − η前 ÷ η後
次回のエネルギー管理士試験は、2027年8月1日（日）に実施予定です。申込期間はまだ発表されていません（例年は4月ごろに判明します）。
第4回は「熱力学サイクル」です。今回の比エンタルピーを使って、ランキンサイクルの効率と冷凍サイクルの COP を計算し、カルノー・オットーサイクルとあわせて課目Ⅱ 問題4・5 の型を整理します。
エネルギー管理士の500問をアプリで解くなら「ナレッジバンドル」
資格対策アプリ「ナレッジバンドル」には、エネルギー管理士のオリジナル問題500問がすべて入っています。スキマ時間に1問ずつ解いて、間違えた問題だけを繰り返せます。
全問に解説つき。解説の用語はタップでエネルギー管理士専用の用語辞書が開き、関連用語もたどれる
解説を読んでも引っかかったら、その問題をそのままAIに質問。Google検索もワンタップ
忘却曲線で復習を自動出題。「間違えた問題だけ」「未回答だけ」「ランダム」など出題の絞り込みも自由
本番形式テストで、いまの合格率と弱点カテゴリをグラフで確認
広告なし。全教材は無料体験できます
エネルギー管理士のほか、100以上の資格・検定（レビュー中含む）が1つのアプリで使い放題です。アプリ内の教材追加画面で「エネルギー管理士」と検索してください。
※この記事は2026年10月15日時点の公開情報をもとにしています。試験の制度や日程は変わることがあるので、受験前に必ず省エネルギーセンターの公式サイト（https://www.eccj.or.jp/mgr1/ ）で確認してください。過去問の出題テーマは同センターが公開している過去の試験問題と標準解答から集計したもので、問題文は転載していません。体験記の引用は各記事の原文から行い、リンク先に出典を明記しています。計算例と確認問題はこの記事のために作ったもので、蒸気表の値は IAPWS-IF97 による計算値です。
