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。

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か

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。

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…。

ダクト内風速はどう考えて決めればよいのか？入札のために用意された設備図を見ていてたまに風量に対してこれは細過ぎるのではないか、と思われるダクトサイズ選定がされていることがあります。

さすがにそのまま見積もりしてしまったら後からヤバいことになりそうなレベルの場合はダクトメジャーで確認しながらダクトサイズを修正して拾いをします。

適正なダクトサイズを選定するための風速と静圧の考え方とは？

風速の許容値と静圧

ダクト内風速については用途によって許容値があります。

騒音の許容をどこまで受け入れられるかで決まっているようです。

私自身は店舗の設備設計をすることが多いですが、だいたい6～8m/s程度が許容範囲かなと思いながら設計しています。

上記の表でも一般店舗、食堂は 9.0m/sまで許容範囲となっています。

静圧というのは、全圧から動圧を除いたもので、ダクトの抵抗、あるいは圧力損失と思えばよいです。

この静圧については基本は1.0P/mで考えて、低圧ダクトでは0.8～1.5Pa/mの範囲で抑えます。

天井ふところがあまりないため、ダクトサイズを絞らなければならない場面があります。

2.0P/m超えてくるとちょっと風量確保ができるか怪しくなってきます。

ダクトサイズを絞った部分で抵抗がかなり大きくなりその先の風量がしっかり出ない場合もあるので注意が必要です。

もう一点、排煙ダクトは20～15m/sと記載がありますが、これはその施設によって設定が違うので確認が必要です。

経験上の話で言ってしまうと排煙ダクトも高圧ダクトとしてではなく低圧ダクトと同様に考えて設計している施設が多く、ダクト内風速を最高で10m/s程度の考えで設計した方が無難です。

現実的に20m/sというダクト内風速だとかなり抵抗が大きくなってしまい希望している風量が得られないパターンが多いです。

排煙ファンが700Pa以上の静圧で設定されているのになぜか計算通りの風量がでないという‥そんな経験もしました。

過去に風量確保ができず苦労した数件の現場が思い出されます。

ほんとうにこれは一度施工してみて風量測定するまで性能が出るかどうか確認しようがないこともあり注意が必要です。

ダクト圧力の分類とダクトの板厚

ダクト圧力の分類とダクト板厚は以下の資料のようになります。

高圧ダクトの板厚は低圧に比べて1番手上を選ぶイメージです。

スパイラルダクトはハゼの部分の強度があるため角ダクトのような板厚は要求されていません。

空調負荷計算〜3 すきま風熱負荷〜で書いた内容の中で外気を取り込んだときに顕熱負荷と潜熱負荷に分けて計算すると説明しました。

ところで、顕熱負荷そして潜熱負荷とはいったい何なのでしょうか。

潜熱負荷のイメージ

顕熱負荷というのは例えば外気温33℃の空気を27℃に下げる場合は温度差6℃を下げるための負荷ということになります。

では、潜熱負荷とは何でしょうか。

33℃の外気を27℃に下げる場合、空調機内の熱交換器は20℃程度となっていると想定したとき外気が熱交換器を通る際に外気に含まれている気体の状態である水蒸気が液体の水に変化します。

この状態変化のために熱が奪われています。

見かけ上に顕れる温度を下げているわけではないので潜んだ熱ということで「潜熱」と呼ばれています。

つまり、冷房する際は単純に33℃を27℃に下げる分の熱を奪えばよいのではなく、水蒸気が水になる状態変化のために奪われる熱の分もプラスして冷却しているのです。

ちなみに水蒸気が変化した水は空調機のドレンとして排水されています。

状態変化と熱のやり取りのイメージを以下に図示しておきます。

潜熱については中学校の理科でも話が出てきます。

氷⇒水⇒水蒸気という変化をする場合の時間と温度の関係を簡略的に示したグラフが以下になります。

なんか中学校の時に勉強したかもな、となんとなく思い出す方もいると思います。

グラフが階段の踊り場のように水平になっている部分は氷が水へ、あるいは水が水蒸気へ状態変化してる最中であることを意味します。

この最中は温度変化はしません。

しかし加熱はし続けていて熱は移動しています、このとき移動している熱が「潜熱」です。

空気線図上で変化の動きをみてみる

夏期の空冷空調機による冷房時の温湿度の変化を空気線図上で追ってみると下図のようにななめ左下へ移動するような変化をたどります。

温度が下がると同時に絶対湿度も下がることがわかります。

また、気温が高いほどこの矢印の角度が急になります、つまり温湿度が高い時期の外気ほど少ない温度変化でも多くの結露水が発生することを意味しています。

次に冬期の温湿度変化をみてみます。

冬期は加湿機能のない通常の空冷の空調機では温度のみが変化して絶対湿度は加湿されないので変化しません。

よって相対湿度は下がることになります。

冬の室内の乾燥の原因のひとつがこの暖房によるものです。

加湿器を併用しなければかなり相対湿度が下がってしまうということになります。

室内の環境として相対湿度は最低でも40%以上にしておくべきです。

一般的な空調機で暖房する場合は室内の相対湿度が30％以下になっていることもあり得ますので冬場は加湿器の併用をしないと室内がかなりの乾燥状態になる可能性があります。

仕事で負荷計算書が必要になったときに以前は教科書を見ながら手計算状態で作成していたので時間がかかっていましたが、今は負荷計算の書式をエクセルで資料として作ったので、と言うか作ってもらったのですが、とにかく書式が存在するので計算書作成が速くできるようになりました。

ただし、書式があるのをいいことに何も考えずに数字を代入するだけという考えで作成するとおかしな計算結果になります。

イレギュラーな要素がある場合もあるので、やはり案件に応じて慎重に計算書を作る必要があります。

室内で発生する内部発生熱負荷というものをどこまで考慮して計算するのがよいのか、よく悩みます。

結局、よきにはからうということになるのですがお客様への説明はできるようにしておく必要があるので、どのように考えて計算したかを明確にしておかなければなりません。

人体発熱

人体からの発熱は人体表面からの対流と放射による顕熱（SH）と発汗により放熱される潜熱（SL）があります。

下の表のように作業状態や温度帯別で数値が示されています。

作業状態によって顕熱と潜熱の割合は異なりますが合計した全発熱量の数値は一定となることがわかります。

機器発熱・照明発熱

OA機器の発熱量と厨房機器による発熱量の資料が以下になります。

照明発熱については照明器具の消費電力に遅れ係数を掛け算して求めます。

床単位面積あたりの冷房負荷q_Eは次式で求めることができます。

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q_E=W・r_L

q_E:単位床面積あたりの照明負荷[W/m²]

W:単位床面積あたりの照明の消費電力[W/m²]

r_L：証明負荷遅れ係数

（露出型0.85　埋込型0.75　だが安全をみて1.0とする場合が多い）

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早い話が照明器具の消費電力を調べて合計して遅れ係数を掛け算すればそれが照明発熱による負荷と考えることができるという意味になります。

遅れ係数を1.0で考える場合は照明器具の消費電力の合計がそのまま照明発熱の負荷の数値ということになります。

厨房機器から発生する熱

上記の資料で厨房機器発生熱負荷の表を示しましたが、この表をよく見ると厨房機器の消費電力に対する負荷の量は書いてあります。

なのですが、ガス機器についての表がありません。

結局ガス機器の場合は直火で焼いたり煮たりするわけで、その熱量についてはうまいこと数値化できないということなのかわかりませんが空調用の熱負荷に換算するような表がありません。

ガス機器の厨房機器から発生する熱を空調熱負荷に換算する方法が見当たらない、かつそれを本当にやろうとするとかなり大きな空調負荷になることが予想されます。

ということで、この空調負荷計算の話題になってから何回か同じことを書いていますが、厨房はそこで作業する人に直接冷気を当てるスポット空調で考えてパンカールーバーなどを配置します。

また厨房に設置する空調機の能力は想定で400～500W/m²で考えて選定すればほぼ問題は起きません。

ということで空調熱負荷計算はこの第4回目でいったん区切って他の話題に移ります。

またの機会に熱負荷計算書の書式を紹介できればと思っていますがしばらく換気や衛生などの記事も書きたいのでいつになるかわかりませんが、すいません。

居室や火気使用室は換気をするために必ず外気を取り入れる必要があります。

夏期に室内へ外気を取り込んで冷やす際に空気中の気体の状態で存在する水蒸気が液体の水へと状態変化するために熱がうばわれます。

この潜熱負荷が夏期の空調負荷が大きくなるひとつの要因となっています。

すきま風負荷の計算式

すきま風負荷には顕熱負荷と潜熱負荷があり以下の計算式によって計算します。

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すきま風による顕熱負荷q_s[W]を求める計算式は

q_s = c_p・ɤ・Δt・Q_i / 3600

= 0.33 Δt・Q_i

すきま風による潜熱負荷q_L[W]を求める計算式は

q_L= r・ɤ・1000・Δx・Q_i / 3600

= 833 Δx・Q_i

c_p:空気の低圧比熱　1.0×10³[Ｊ/kg・k]

ɤ:空気の比重量　1.2[kgf/m³]

r:水の蒸発潜熱　2500[Ｊ/g]

Δt:室内外乾球温度差　[k]

Δx:室内外絶対湿度差　[kg/kg(DA)]

Q_i:すきま風の風量　[m³/h]

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上記の式を使って実際に数値を代入して計算してみます。

外気温度34.7℃　室内温度設定27℃で取り込む風量が3000m³/hの場合の顕熱負荷は

q_s = 0.33 Δt・Q_i　より

q_s = 0.33 ×(34.7－27.0)×3000[m³/h] = 7623[W]

となります。

外気の絶対湿度0.0186[kg/kg(DA)]で室内がの絶対湿度が0.01229[kg/kg(DA)]　取り込む風量が3000m³/hの場合の潜熱負荷は

q_L = 833 Δx・Q_i　より

q_L = 833 （0.0186 – 0.01229）×3000[m³/h] = 15768.7[W]

となります。

厨房に取り込む給気もすきま風負荷として計算

すきま風負荷という名前がついているため、あくまですきまから入ってくる風量を計算するイメージかもしれませんが厨房に給気として取り込む外気による負荷もこの計算で求めてしまいます。

上記の計算では風量を3000m³hとしましたが、これは喫茶店などのお店全体の風量を想定しました。

居酒屋などの飲食店の場合は厨房の換気量がもっと大きいため8000～10000m³/h程度にはなります。

さらにここに機器類からの発熱も考慮すると空調負荷がかなり大きくなり、空調機の台数が増えて厨房の天井が空調機だらけになるような設計になってしまう可能性もあります。

このため、厨房は作業員に直接風を当てるスポット空調という考え方で計画されることがほとんどです。

空調熱負荷計算の中で方角による差がもっとも顕著に現れるのがこの窓ガラスを通ってくる透過日射熱負荷です。

夏場に西側の窓まわりが異様に暑くなるのはこの透過日射熱の影響によるものです。

透過日射熱とは何なのか

室外から室内に侵入する熱は以下の3つに分けて考えることができます。

1．ガラス面の内外温度差による貫流により侵入する熱

２．日射のうち一度ガラスに吸収されガラス温度を高めたあと対流と放射に分かれて侵入する熱

3．ガラスを透過して直接侵入する熱

この3つのうち、2と3を合わせた熱を透過日射熱と呼んでいます。

貫流熱負荷は外部と内部の温度差によって発生するものですが、日射は太陽からの電磁波が直接物体に作用して温度を上昇させます。

太陽光をルーバーなどで遮ることでその影響を抑えることができます。

透過日射熱負荷の計算式

透過日射熱負荷の計算式は以下になります

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q_G = A・Sn・SC

q_G: 透過日射熱量[W]

A: 窓ガラス面積[m²]

Sn:窓ガラスからの標準日射熱取得[Ｗ/ｍ²]

SC: 遮蔽係数

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日射熱取得のデータを以下に示します。

窓の遮蔽係数などの資料を以下に示します。

簡単にですが計算例を示します。

東京で時刻12時、南面の窓ガラスで透明フロートガラス8.0mm明色ブラインド、ガラス面積A=17.4m²の場合

Sn:ガラス窓標準日射熱取得の表より180[Ｗ/ｍ²]

SC: 遮蔽係数は資料から読み取って0.48

各数値を　q_G = A・Sn・SCに代入すると

q_G = 17.4×180×0.48=1503.4[Ｗ]

西の窓ガラスからの透過日射熱には気を付けたほうがよい

日射熱取得の表を見てわかる通り、西面と東面の直達成分が大きいことがわかります。

これは日が沈む時間帯と日が昇る時間帯に日射が窓ガラスに対して垂直に射し込むからです。

そしてたいてい問題になるのは西の窓ガラスからの日射です。

東側があまり問題にならないのは朝から午前中にかけてまだ空気が温まりきらない時間帯であることや、朝早い時間は出勤している人があまりいないから、など問題になりにくい要素があります。

西側から日射が射した場合、夏場14時くらいから16時にかけて窓際の温度はかなりの高温になっていき日が沈むまでその状態が続きます。

また躯体や部屋内の材料にこもった熱が室内に放出されるその影響によって暑さが夜まで続いたりすることもあり東側に比較して問題になることが非常に多いです。

ちなみにガラス窓標準日射熱取得の値は東京夏期、南面12時で180［w/m2］に対して西面16時で609［w/m2］なので西面の日射の値の大きさがわかります。

過去に西側の窓ガラスまわりの客席が夏場は暑くて座っていられないというクレームに何度か対応したことがあります。

西の窓際に温湿度計を置いて数値を確認したところ14時ころから温度が上昇し始めて15時から16時のピークにかけて40℃～45℃になる席もありとてもそこに座って過ごすことのできる環境ではありません。

西に窓面が多くある場合は必ず、ブラインドやロールカーテンの設置を予め提案しておかなければいけません。

ロールカーテンを設置し日陰の状態にして、店内空調をしっかり効かせて温度を計測したら30℃以下になり、とりあえず席を使用できる状態にはなったのでお客様に納得していただけましたが。

建築士の製図試験でも西側の日射を考慮して窓の外側に鉛直ルーバーを描き込ませる問題があります。

上の写真のように西側全面に外付けで縦方向のルーバーがあるのが理想的ですが、なかなかこのような形で計画設計が進められる案件はないのが現実です。

その建物や状況に応じてでき得る限りで日射の対策を心がけたいです。

以前のブログで空調負荷を用途別、単位面積あたりで想定して簡易的に求める方法を紹介しました空調機選定の考え方〜1〜。しかしあくまで想定の数値であり、例えば壁の材質や厚さによって失われる熱量も違えば窓ガラスの面積が異なれば射し込む日射量も異なるので、あたりまえなのですが、単位面積あたりの負荷も建物ごと、さらには部屋ごとに異なります。

よって本来は個別に負荷計算をしなければなりません。

熱負荷をそれぞれの要素に分解して説明していくため説明は長くなります、3～4回に分けて説明になりそうです。

今回はその1として貫流熱負荷を説明します。

空調負荷をそれぞれの要素に分解

空調負荷を計算するときそれを要素ごとに分解して考えます。

主に以下に示す要素に分解します。

1.貫流熱負荷

2.透過日射熱

3.すきま風熱負荷

4.室内の内部で発生する熱負荷

機器発熱などは機器が多ければ負荷を追加して考えることになりますが厨房機器については熱量が多すぎて全ての負荷を空調機で処理することはできません、と言うかしません。

それをしようと思うと現実的に設置不可能な空調機の大きさになってしまうからです。

厨房は外気取り込み量が多いので、厨房機器からの熱は排気される空気とある程度一緒に処理されていると考え通常の負荷計算にプラスαで考え、ここは経験値になってしまいますが、おおむね400w/m²～500ｗ/ｍ²で考えて、スポット空調として作業者に向けてパンカールーバーなどで直接風をあてる考えで設計すれば問題になることはほとんどありません。

貫流熱負荷の基礎式

今回のテーマである貫流熱負荷というのは、壁や天井、床などから出て行く熱がどれくらいなのかを意味しています。基礎式は下記になります。

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q_n = A・U・ETD

q_n:壁体の貫流熱負荷　[W]

A:壁・床・屋根などの面積　[m²]

U:その部位の熱貫流率　[W/(m²・K)]

ETD:実行温度差　[K]

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熱貫流率が大きいほど出て行く熱が大きいということになります。

断熱がしっかりしている建物や部屋ほど熱貫流率は小さくなります。

上記の式自体は単純なのですがこれを求めるまでには手間がかかります。

Aの値は壁や床の面積なので、図面などから読み取ります。

Uの熱貫流率は壁の素材の厚みそれぞれの熱伝導率とその厚さを調べて計算していきますが、これが少しめんどうな作業かもしれません。

熱貫流率を求める式は下記になります。

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U = 1/(1/h₀+l₁/λ₁+l₂/λ₂+l₃/λ₃+　‥‥‥　+l_ｎ/λ_ｎ+1/ｈ_i)

U:熱貫流率　[W/(m²・K)]

ｈ₀:室外側壁表面での表面熱伝達率　[W/(m²・K)]

h_i:室内側壁表面での表面熱伝達率　[W/(m²・K)]

l_ｎ:構造を構成する各材料の厚さ　[m]

λ_ｎ:構造を構成する各材料の熱伝導率　[W/(m・K)]

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熱伝達率と実行温度差の値

具体的な値が示された資料が以下になります。

・外表面熱伝達率　（ｈ₀の値）

・室内側熱伝達率　（ｈ_iの値）

・熱伝導率　（λ_nの値）

・実行温度差　(ETDの値）

・壁タイプ選定表

貫流熱負荷を実際に計算してみる

以下の素材で構成される西側外壁の面積100ｍ²の貫流熱負荷を求める。

吹付け硬質ウレタン　20mm

コンクリート　150mm

モルタル　20mm

タイル　8mm 以上で壁が構成されているものとした場合

q_n = A・U・ETD　より

Aの値は壁面積なので100［m2］

次に熱貫流率Uを求める。

U = 1/(1/h₀+l₁/λ₁+l₂/λ₂+l₃/λ₃+　‥‥‥　+l_ｎ/λ_ｎ+1/ｈ_i)より

U = 1/(1/8.3+0.020/0.034+0.150/1.6+0.020/1.5+0.008/1.3+1/23)

＝ 1.16[W/(m²・K)]

次に実行温度差ETDを読み取る

ウレタン20mmコンクリート150ｍｍより壁タイプはⅢ

西側の外壁なので実行温度差の表より3.8　6.4　8.8　12.0　となる。

最悪の条件である12.0[K]を採用する。

q_n = A・U・ETD　に値をそれぞれ代入すると

q_n = 100・1.16・12.0 = 1392[Ｗ]

このような計算を各方向の壁と床、天井ごとでしていき、最後に合算して貫流熱負荷の値としています。

ガス配管サイズも給水配管と同様に圧力損失を計算しながら決定していくのですが、この計算についてはガス会社が責任を持ってしてくれるのでこれについてはお任せしています。

ですが設計されてあがってきた図面の配管サイズが適正なのかある程度判断できなければチェックができません。

ガスメーター接続配管サイズを利用して考える

そこで、ガスメーターへの接続配管サイズを配管選定の目安として利用しています。

本来、煩雑な計算が必要なのですがこの方法を使えばおおよその配管サイズを簡便に求めることができます。

まずガスメーターサイズとガス流量の関係の表とサイズを求めるガス配管のモデル図面を下記に示します。

では上記表の数値とモデル図面より実際に配管サイズの選定を考えていきます。

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A-B間の配管サイズについて

使用機器すべての合計のガス消費量に対するガス流量となる

合計のガス消費量は

52.3+34.9+7.5+2.5+2.5+14＝113.7kw

113.7kw × 860kcal/h/kw =97782kcal/h

ガス流量は　97782kcal/h ÷ 10250kcal/h/m³/h = 9.54m³/h

上記の表より9.54m³/hの時は10号メーターで接続配管径32Aとなり　A-B間の配管サイズも32Aとなります。

B-C間は　ガス消費量合計99.7kwより上記と同様の計算でガス流量に換算すると8.37m³/h となります。

表の設計流量6.01〜10.0以下の範囲なので32Aとなります。

同様に計算していくとＦまで32Aとなります。

最後のF-G間が52.3kwなので流量に換算すると4.39ｍ³/ｈより表の1.01〜6.0以下の範囲なので20Aとなります。

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選定されたガス配管サイズがおかしいと思ったときは

このように簡易的な計算でおおよその配管サイズを判断していくことができます。

冒頭でも述べたように本来は圧力損失計算をして配管サイズを決めていくのですが設備工事全体を管理するような立場の場合はそこまでの計算はしなくてもよいです。

過去に一度だけ、ガス屋さんが選定してきた配管サイズが異様に大きいサイズで、見積も高額となってしまっていた現場があり自分で教科書を見ながら計算をしたことがあります。

ガス屋さんから配管サイズ選定の計算書を提出してもらい、自分の計算と比較しながらこんなに太いサイズになるわけがない、とツッコミを入れて結局、配管サイズを修正してもらいました。

でも、後にも先にもそのようなことはその1回だけです。

その時はたまたまレベルの低い担当者にあたってしまったのかもしれません。

そして、そこまでガチンコの計算はしなくても上記に示した考え方で計算した配管サイズで話をしても十分に打合わせはできますので、おおよその配管サイズを知りたいときには上記の方法を参考に計算してみていただければと思います！

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。

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。

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。

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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)

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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。

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G点の静水頭：Ｈ_Ｇ=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_Ｇ=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　 L_AB=1+3+9.5=13.5m

B-G間の距離　L_BG=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=（(Ｈ_G-P_G) / K(L_AB+L_BG) )×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。

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！

制気口や厨房内に設置されるフードなどの面風速はどのように考えて設定すればよいのか？

大きく取りすぎると風量も大きくなりダクトの納まりが悪くなるため換気設備の設計や施工に支障が出ることがあるので注意が必要です。

制気口サイズを風速から設定する

排気設備の吸込口あるいは給気設備の吹出口に取付ける制気口。

このサイズについては大きすぎるものを取付けるとコストの無駄なのと天井の納まりが悪くなるので最低限の大きさで設定します。

ではなにを基準に決めるかと言えば、吹出しあるいは吸込みの風速です。

4m/sを越えると風切り音が発生する可能性があるので基本は3m/s以下で考えます。

計算する時は2〜3m/sで考えればよいです。

制気口には様々な形状があります。

代表的なものとして上の写真のような制気口がありますがルーバーが横に付いている制気口をH、風量調整のシャッター付きのものをHSと呼んでいます。

縦横にルーバーが付いていればVH、さらにシャッター付きであればVHSです。

右上に開口率82%と書いてあります、これは制気口の大きさを決定する上で重要です。

開口率が半分になると制気口は2倍の大きさにする必要があるので。

では上記HSのサイズを求める計算例を下に示します。

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風量400m3/hの吸込口として設置するHSのサイズをもとめます。

制気口の吹出し風速は3m/sで考えます。

まず制気口面積Sをもとめます。

S=400m³/h÷3600s/h÷3m/s÷0.82

最後の0.82は開口率です、メーカーカタログなどに書いてありますがわからない場合HSやVHSについては私は0.7として計算しています（今までそれで不具合が出たことはありません）。

よって　S=0.0451m²

正方形の制気口だとした場合一辺の長さは平方根でもとめます。

√0.0451=0.212m

きりのよい大きさで選定するので制気口の大きさは250mm×250mmとします。

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開口率についてもう少し補足します。

室内の制気口やガラリは開口率70〜80%程度に対して外部に面して取付けるガラリは雨風の侵入を抑えるため開口率は少なめで20〜40%程度です。

計算する前にカタログなどで開口率を確認する必要があります。

厨房フードの面風速はどう考えるか

厨房の換気量計算についてで説明したように火気使用室の換気量はV=40KQやV=30KQなどの式を用いて求めます。

しかし、例えば厨房器具のガス消費量をもとにV=30KQで求めた風量が700ｍ³/ｈだったとしてもその厨房器具の上部に設置する厨房フードの風量を700ｍ³/ｈとすることはほぼありません。

厨房フードの風量の大きさは面風速を基準にして決めることがほとんどだからです。

厨房フードの面風速は通常0.3～0.5m/sで設定します。

数字の根拠については厨房設計の知識ややさしい局排設計教室などを確認していただければと思います。

参考書などによっては1.0m/sでの設定を推奨している場合もありますが風量が大きくなり過ぎるため実際の設計においてはほとんど採用していないのが現実です。

では面風速0.4m/sとしてフードの風量を求める計算例を示します。

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フードのサイズが1500W×850D

面風速0.4m/sとする場合の風量は

1.5m×0.85m×0.4m/s×3600s/h=1836m3/h

設計風量として10%程度の余裕を考慮して

1836×1.1=2020m3/h とします。

フードの面風速をもとにして計算した風量とV=30KQで求めた法的に必要な風量700m3/hを比較します。

2020m3/h > 700m3/hより法的に必要な風量を満たしているので問題なし。

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喫煙室の入り口は面風速0.2m/sで計算

東京都福祉保健局の資料に喫煙室の出入口で喫煙室の外から中に向かって0.2m/s以上の風速を確保することが書かれています。

リンク東京都福祉保健局　喫煙室出入口風速

神奈川県の資料に風の流れのイメージがあります。

喫煙室の入口が800W×2000Hの開口だった場合、0.2m/sの風速を確保したいときに必要な風量は

0.8m×2.0m×0.2m/s×3600s/h=1152m3/h

となります。

喫煙室を作る場合、思ったより大きな風量が必要になります。

なので一軒の店舗でも複数箇所喫煙室を設ける場合は客席の一般排気の何倍もの風量が喫煙室の排気として必要になることも実際にあります。

またこれは建築的な内容ですが喫煙室の出入口を開き戸で計画すると煙があおられて外部に出てしまう可能性が高くなるため引き戸で計画することが推奨されています。

0.2m/sの風とはどのくらいのものなのか疑問に思う方もいると思います。

言葉で説明するのが難しいですが、そよ風以下です。

気流検知器という煙を流して風の流れを調べるものがありますが、それを使ってやっと流れがわかるくらいで皮膚で感じ取れるレベルの風ではありません。

あるいは風速計で計測すれば風速の数値は測ることができます。

ちなみに人間がそよ風と感じているのは2〜3m/sくらいの風です。

今回は淡々と面風速の考え方と計算例などを紹介してみましたがぜひ参考にしていただければと思います！