カテゴリー別アーカイブ: 衛生設備

給水ポンプの選定について

給水設備において受水槽から高架水槽までの送水、あるいは受水槽から直接各水栓などへはポンプによって送水されてます。

ポンプを選定するときにどのように考えればよいのか、建物の高さや配管の距離によって変わることは想像がつきます。

計算例を示しながら説明していきます。

croissant. さんによるphotoAC からの画像

直送ポンプの選定について

給水ポンプ選定をする際に能力を決定するために瞬時最大流量と揚程を確認する必要があります。

給水ポンプの送水量は瞬間最大流量以上とし、揚程は算出した揚程以上として選定します。

まず瞬時最大流量の求め方は以前のブログで紹介した給水の負荷流量計算を参照してください。

瞬時最大流量は210L/minとします。

次に揚程ですが下記に示す式で求めます。


H≧H1+H2+H3

H:直送ポンプの揚程[m]

H1:直送ポンプの吸水面から最高位にある器具までの実高さに相当する水頭[m]

2:管路における摩擦損失水頭[m]

H3:最高位にある器具や水栓の必要圧力に相当する水頭[m]


ちなみに揚程とは摩擦損失などを水柱の高さとして表現したものになります。

下に図示した系統について揚程の計算をしてみます。

また、計算を簡略化するために条件を下記のように設定します。

最遠の器具までの配管長は60mとし摩擦損失はその配管長の摩擦損失と同等とします。

単位当摩擦損失は0.35kPa/mとします。

以上の条件での計算例を示します。

H1は図より11.0m

H2については配管長60mで摩擦損失はその配管長の摩擦損失と同等という条件より配管長の2倍に対する摩擦損失をもとめればよい

2=60×2×0.35/9.8=4.3m

3については最高位かつ最遠の位置にある大便器洗浄弁の流水時必要圧力が70kPaより

H3=70/9.8=7.14m

これらの値を代入して計算していきます。

H≧H1+H2+H3

=11.0+4.3+7.14=22.44m

H≧22.44m という結果が得られます。

ポンプ選定図で品番を決定する

エバラポンプのカタログを参照します。

F1300型吐き出し圧力一定・並列交互運転方式で選定していきます。

下記の選定図で給水量210L/min を垂直にとり、揚程22.44mを水平にとって交わる点がどこに位置するかを確認します。

ポンプ選定時 エバラポンプのカタログより

ちょっと微妙な位置になりますが32-5.6Sの範囲に交点が記入されます。

次に下に示した仕様表から32-5.6Sの機種は 32BIPME5.6S となります。

この機種は単相100Vなのでもし三相200Vで選定したい場合は32BIPME5.75 を選定すればよいです。

エバラの給水ポンプユニットF1300型、交互並列運転方式の外観は下の写真です。

エバラポンプ F1300型

とりあえずはポンプの選定ができました。

本音を言うと配管経路の摩擦損失計算をもっと細かくしたかったのですが煩雑になるので今回は簡略化しました。

またの機会に挑戦したいと思います。

排水設備の機能について〜SARSはトイレから〜

コロナウイルスの一種であるSARS(重症急性呼吸器症候群)は日本では2類に分類される指定感染症ですが現在は収束しています。

2002年の11月に中国の広東省で初の感染者が確認されてから2003年9月の収束まで30カ国で8098人の感染者と774人の死亡者が確認されました。

感染が広がる中で香港の高層マンションで排水菅の不備により321人が感染したという事例がありますが排水管の不備とはいったいどういうことなのでしょうか。

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便器から飛沫が飛ぶ可能性

大便器まわりにウイルスが多く存在するという話がありますが、あながち嘘でもなく、ダイヤモンドプリンセス号においてもトイレ周辺から新型コロナウイルスが多数検出されたという報告があったようです。

香港城市大学の研究によればトイレの水を流す際に1回あたり最大80万個のウイルスを含む飛沫が空中に吹き上がるとのこと。新型コロナトイレの糞口感染対策が盲点

つまり排水管に不備などなくとも飛沫は飛んでいるということですがSARSの感染拡大のひとつの原因となった高層マンションでの排水管の不備はさらに多くの飛沫を飛ばす状態になっていた可能性があります。

このSARSの話は「感染症の世界史」という本にあります。

マンションの排水管の不備で(感染源となった)男性の飛沫や糞沫に含まれていたウイルスがトイレの換気扇に吸い上げられてマンション内に拡散した可能性が高い、という記載です。

その事実は確かに書かれていますが排水管の不備というのが具体的にどのようなことだったのかまでは残念ながら書いてありません。

ネットで調べたら何か出てくるかと思いましたが探し方も悪かったのかもしれませんが何も出てきません。

そこで、どのような状態だったことが考えられるかのか予想してみました。

排水管内からガスが逆流

排水は立管から各階で枝配管を分岐させる形で配管します。

例えば最上階のトイレからSARSに汚染された汚物が流れたとした場合、排水立管が全体的に汚染されます。

そして、ここがポイントだと思っていますが、排気のための換気扇を作動させたのはよいが、給気口がない、あるいは給気口はあるが何らかの理由で閉鎖している状態だった場合、室内およびトイレ内は負圧になります。

室内およびトイレ内が負圧の状態になると排水管内のガスを引っ張って吸い上げてしまうことがあります。

マンションの排水管と
排水管内ガスが移動するイメージ

さらに大便器のトラップの封水が便器の不良などで破られ易い状態だったとしたら大便器から排水管内のウイルスを含んだ飛沫が大量に逆流してくる可能性はあります。

321人の感染者を出したという事実を見ると、このような不具合が起こっていたのではないかということが予想されます。

現在の日本国内のマンションの計画はそこまで杜撰なものはないので同じようなことが起きる可能性は低いですが、施工時に室内やトイレ内が負圧になり過ぎないか、各器具のトラップは問題なく機能するかなどは確認しておく必要があります。

たとえSARSウイルスの飛沫でなくとも、大便器からかなりの量の飛沫が飛んでくるとしたら、それはよくないので…。

給水配管径を流量線図と許容摩擦損失から決める

今回は給水配管の配管径はどのように考えて決定するかを説明します。わかりにくい部分もあるので私も苦手意識がありますが設備屋さんとしては避けて通れないテーマです。長めになりそうですが、なるべくわかりやすく説明していきます。

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まず許容摩擦損失を求める

まず2F建ての建築物のイメージでの給水配管のモデルを以下に示します。

給排水・衛生設備計画設計の実務の知識を参考にしていますが、現在では採用が避けられがちな高架水槽の計算がモデルになっています。

たぶん、話をわかりやすくするための高架水槽のモデルだと思いますがそれでも教科書を読んで一回で理解するのは難しいので詳細の説明を追加していきます。

給排水・衛生設備計画設計の実務の知識を参考に筆者作成

図示された給水配管の配管径を求めていきますが、まず許容摩擦損失の公式を示しておきます。


R=((H-P/K(L+l))×1000

R:単位長さあたりの許容摩擦損失(mmAq/m)

H:静水頭に相当する水圧(mAq)

P:器具の水圧または標準水圧(mAq)

K:局部損失を考慮した管路係数(2.0~3.0)

L:主管の直管長(m)

l:枝管の直管長(m)


高架水槽で給水する場合、最も条件が悪いのは最上階の最遠の器具です。

上記モデルの場合はGの大便器洗浄弁が最も条件が悪い水が出にくい器具です。

このGすなわち2Fの大便器洗浄弁までの配管径を考えるための許容摩擦損失を計算します。


G点の静水頭:H=9.5+1.5-0.6-0.6=9.8mAq=96.1kPa

…9.8mは高架水槽からGまでの落差を意味します。最後にPaの単位に換算し直しています。

G点の必要静水頭:P=7.0mAq=68.6kPa 

…これは大便器洗浄弁自体の摩擦損失です。器具によって任意の摩擦損失になります、ここでは7.0mAqとするということです。

A-B間の距離  LAB=1+3+9.5=13.5m

B-G間の距離 LBG=0.5+1.5+1.5+1.5+1.0+1.0+1.5+1.0+0.6+0.5+0.6=11.2m

許容摩擦損失Rは

R=((HG-PG) / K(LAB+LBG) )×1000mmAq /m 

で表されるので上記の数値をそれぞれ代入して

=((9.8-7.0)/2(13.5+11.2))×1000

=56mmAq/m = 549Pa/m これが2F部分の許容摩擦損失です。

同様に1F部分の許容摩擦損失を計算します。

R=((9.8+4.5-7.0)/2(13.5+4.5+11.2))×1000

=125mmAq=1226Pa/m これが1F部分の許容摩擦損失です。

瞬間最大流量を求めてから流量線図で配管径を選定する

次に瞬間最大流量を求めます。

これについては給水の負荷流量計算を参照してください。

2FのG-F間は110L/minになります。

この区間の配管径を流量線図で判断します。

硬質塩化ビニルライニング鋼管の流量線図  建築設備設計基準(国土交通省大臣官房官)より

2Fの許容摩擦損失は594Pa/mという計算結果だったので摩擦損失はそれ以下になる範囲で選定していきます。

110L/minの位置から右にまっすぐ線を伸ばして配管径50Aとぶつかったところのまっすぐ下をみていくと235Pa/mです(ウィリアム・ヘーゼンの公式より数値を求められますがここでは詳細を省略)。

そして流速は2.0m/sを超えないように選定します。これは大事です。

給水配管の流速はおおよそ1.0~2.0m/sの間で選定するというのは覚えておくとよいです。

594Pa/mなので配管径50Aは問題なし、ということになります。

1Fについては1226Pa/m以下の範囲でみていきます。

計算と配管選定の結果を以下の表に示しますので流量線図で間違いがないか確認してみてください。

1Fの摩擦損失で1箇所だけ許容摩擦損失を超えた1275Pa/mでの選定があります、水色で網がけしたところになります。

超えたらダメなのでは?と私も思いましたが流速が2.0m/sを超えていなければ多少許容摩擦損失は超えていても確かに大勢に影響はないのでこのような結果を教科書でも示しているのだと思います。

さらに言ってしまうとポンプで圧送する場合は2m/sを超えた設計となっている現場はかなりあります。

許容摩擦損失はあくまで目安であり、水がある程度の勢いで水栓などから出て問題なく使用できればそれでよいということです。

給水圧が足りなかった苦い経験

とは言っても、やはり基本にはある程度忠実に考えて設計や計画をしないと思わぬトラブルがおきるので注意が必要です。

まだ3年目か4年目の頃だったと思いますが既存で屋上に高架水槽が設置されている現場で最上階にお客様用のトイレを作った現場でのこと。

大便器から水が出ないと騒ぎになっだことがあります。

高架水槽との落差が無さすぎて圧力が確保できなかったのです。

大便器はサティスだったと思いますが最低使用圧力が静水圧で150kPaは必要です。

通常の考え方で高架水槽から最上階大便器までの落差は15mは必要ということです。

落差も足りないことに加えて配管長もやや長く分岐が多かったので摩擦損失も大きかったのだと思います。

新装開店するお店でトイレが使えないのはあり得ない、ということで急遽小さい加圧ポンプを発注して最上階のみ別系統で給水を配管し直して圧送するという処置をとりました。

これ言葉で書くと数行ですがお客様への説明から計画し直しの図面描いて承認とってとかなり大変な騒ぎでしたよ…。

しかも設計施工での受注だったので追加工事として認められることもなく利益を削って対応したという現場でした。

勉強にはなりましたが残せるはずの利益が残せなかったのは痛かったです。

と言うか、高架水槽は屋上に架台つけて高さ確保しないとダメなのではないか?と後で気づきましたが。

既存の利用者は最上階にトイレは設置していなかったのかもしれません。

高架水槽の現場では圧力が足りたないという事態がおきやすいので設備屋のみなさん気をつけてください! そんなこと知ってるか…。

やっと配管径まで選定することができました…次の衛生設備の回ではポンプの選定について説明したいと思っています!

給水の負荷流量計算

ポンプの選定などをする際に給水の負荷流量として瞬時最大流量を算出する必要があります。

流量の確認をするために計算したい、だけど教科書をひっぱり出してきて思い出しながら計算するのがおっくうだと思う方、私もその一人です。流量計算の考え方を簡単にまとめてみます。

PublicDomainPicturesによるPixabayからの画像 

器具給水負荷単位による方法 まず給水負荷単位数の累計を算出

SHASE-S2009などに瞬時最大流量の求め方として4つの算出方法が示されていますがそのうちのひとつの方法、器具給水負荷単位とHunterの同時使用流量のグラフから簡便に求めることができます。

単純化した給水管ルートの図を下に示します。このモデルの給水負荷単位から同時使用流量をどのように求めるか説明しながら話を進めます。

図:給水配管ルートのモデル 事務所と考え公衆用として扱うこととする

次に器具給水負荷単位が示された表が以下になります。

表:器具給水負荷単位      
給排水・衛生設備計画設計の実務の知識を参考に筆者作成

図から器具数をひろい、上記表より器具給水負荷単位を確認して器具給水単位の累計を求めます。実際の計算手順は以下になります。


表より大便器、洗浄弁、公衆用3個所の給水負荷単位は1台当たり10なので

10 × 3 = 30

同様に小便器、洗浄弁、公衆用5台の給水負荷単位は5なので

5 × 5 =25

洗面器、公衆用5台の給水負荷単位は2より

2 × 5 =10

給水負荷単位の累計はこれらの合計なので

30 + 25 + 10 =65

給水負荷単位累計は65となります。


ちなみに洗浄弁というのはフラッシュバルブのことでタンクなしのタイプのハンドルやボタンあるいは自動操作で給水管から直接便器に大量に洗浄水を流すタイプの洗浄の仕方のことです。

グラフから同時使用流量を読み取る

下に示すグラフから器具給水負荷単位数65の時に同時使用流量の数値を読み取ります。

グラフ1:器具給水負荷単位数と同時使用流量を表すグラフ  R.B.Hunter
グラフ2:器具給水負荷単位数と同時使用流量を表すグラフ 器具給水負荷単位数の小さい部分を拡大

曲線1は大便器洗浄弁の器具が多い場合 曲線2は洗浄弁の大便器が多い場合に使用します

赤でマーキングしたように器具給水負荷単位65の位置から上にまっすぐ伸ばした直線と曲線1が交わる点でまっすぐ横を見ていくと同時使用流量は210l/minとなることがわかります。


流量がわかったら配管径や給水ポンプの選定ができるわけですが、そのあたりの話は次の機会にしたいと思います。

また、このグラフの曲線について計算式はないのか?疑問に思うかもしれませんが近似式はあるようですので興味のある方はさらに調べてみてください。

もっと簡易的に流量の概算値を知る方法

水栓をかなり大きく開いたときに流れる流量は15l/min程度です。おおよそ下の写真右から2番目の状態です(1000l/h≒16.7l/min)。

給水栓からの時間当たり流量比較 米子市のHPより(おそらくどこかの衛生器具メーカーカタログの抜粋)

例えば、ある店舗で同時使用する水栓が5個所だと想定した場合に1栓あたり15l/minですから同時使用流量の概算値は下記の計算になります。

15l/min × 5個所 = 75l/min  

上記の結果が得られます。この計算はシンプルですが申請などが絡まない現場において必要最低限の流量の概算値を予測する場合はかなり役に立ちます。

建築設備専門家の方には是非使っていただければと思います!

便器と便座の隙間から

衛生設備関連でお客様からよくいただくクレームに大便器まわりの床が濡れているので便器のソケットから排水管が外れているのではないか、というものがあります。

私のところに半年から1年に1回は相談が来る感じなので全国の設備屋さんが対応している総数はかなりの件数と思われます。

lyperzytによるPixabayからの画像 

なぜ便器まわりの床だけが濡れているのか?

結論から言うと、大便器と便座の隙間に尿が入り込んでそれが便器を伝って重力で下に流れ、最終的に便器と床の際に溜まります。これが原因であることが多いです。

この原因となる使用者がトイレを出たあと、しばらくして次にトイレを使用する人が見たときに、床と便器の隙間からなにか液体が漏れ出しているように見えるのですが実はその前にトイレを使用した方の尿が床に溜まっている状態なのです。

尿が便器と便座の隙間から外へ出て便器先端部から下へ便器表面を伝って床の便器まわりに溜まるイメージを下図に水色で示しました。

床の便器周りから水が漏れている、とか、便器まわりの床が水浸しだから排水管が外れているのではないか、というクレームについてはまず便器と便座の隙間から外へ出てしまった尿が原因ではないか疑ってみてください。

便器と便座の隙間から尿が出ないようにする対策方法

原因がだいたいわかったところで、お客様にこれをどう説明してどう対策するか。

最近は座りション派の男性も増えました。

マンション住まいの方は特に飛沫の影響で汚れるのを嫌う家族から立って小便をすることを禁止されている家庭も多いと思います。

私自身も公衆トイレの使用以外ではほぼ座りションです。

意図せず放った尿がちょうど隙間に到達して結果的に汚してしまっていたということがあったかもしれません。

尿が外に出てしまうことを防止する商品がいくつかあるので紹介します。

Panasonic アラウーノのモレガード

Panasonicが販売している樹脂性の大便器アラウーノはその形状により便器と便座の隙間から尿が飛び出ないような対策をしています。

PanasonicのHPより アラウーノ モレガードの説明

SANKO トイレ汚れ防止パッド

汚れ防止パッドという商品もあります。

便器先端部の便座との隙間に貼って飛び出そうになる尿を吸い取るという作戦です。

AmazonよりSANKO商品のページを抜粋

その他にも対策できる商品がありますので調べてみてください。

排水管が外れているのではないか?という話を真に受けてお金をかけて大便器を外して確認作業をしたけど何の解決にもつながらなかった、ということにならないように紹介してみました!

問題解決につなげていただけると嬉しいです。