Transcript 3_1 給水設備の計算手順 -高置水槽方式を例として

［Last Update 2015/04/30］
建築環境工学・建築設備工学入門
＜給排水・衛生設備編＞
<給水設備>
給水設備の計算手順
- 高置水槽方式を例として -
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給水設備機器容量の求め方
サンプル建物の概要
INDEX
建物用途：オフィス
延べ面積：5,000㎡
各階面積：600㎡
階
数：地下1階、地上8階
建物高さ：32m
階
高：4.0m
給水方式：重力式
高置水槽
揚水管(Qm)
給水管(Qp)
揚水ポンプ
M
P
受水槽
水道引込み管(Qh)
予想給水量の算出
（１） 建物使用人員数［Ｎ］を想定する。
■ 建物使用人員数（Ｎ）
＝単位面積当りの人員密度［人/㎡］×床面積［㎡］
＝0.2人/㎡×5,000㎡
＝ 1 000 ［人］
（２） 建物の水使用特性に類似する給水原単位から使用水量を算定する。
■ 1日使用水量（Qd）
＝１人当たり使用量（Qn）×建物使用人員数（N）
＝120リットル/（人・d）×1 000人
＝ 120,000 ［リットル/d］
＝ 120 ［m3/d］
■時間平均予想給水量（Qh）
＝１日使用水量（Qd）/建物使用時間（T）
＝120m3/（人・d）÷10hr
＝ 12 ［m3/hr］
■時間最大予想給水量（Qm）
＝時間最大予想給水量のピーク率（Km）×時間最大予想給水量（Qh）
＝2.0（－）×12（m3/hr）
＝24[m3/hr]
■ピーク時最大予想給水量（Qp） ＝ピーク時最大予想給水量のピーク率（Km）×時間最大予想給水量（Qh）÷60
＝4.0（－）×12（m3/hr）÷60（min/hr）
＝800[リットル/min]
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4
建物予想給水量の算定 用途別時刻変動
集合住宅
ホテル
8.0
4.0
平日
0
0
4
8
12
16
時刻 [時]
20
日曜
8.0
4.0
24
平日
0
4
8
12
16
時刻 [時]
20
平日
0
4
8
12
16
時刻 [時]
20
4.0
平日
0
店舗・飲食店
4
8
12
16
時刻 [時]
20
平日
0
4
8
12
時刻 [時]
16
20
24
4
8
12
16
時刻 [時]
20
24
20
24
劇場
12.0
日曜
8.0
平日
4.0
0
0
24
平日
0
水使用量 [％]
4.0
水使用量 [％]
日曜
8.0
20
4.0
24
12.0
土曜
12
16
時刻 [時]
8.0
0
小規模小売店舗
12.0
8
12.0
8.0
24
4
高等学校
0
0
平日
0
水使用量 [％]
水使用量 [％]
4.0
4.0
24
12.0
8.0
8.0
0
小学校
12.0
水使用量 [％]
土曜
0
事務所
水使用量 [％]
12.0
12.0
水使用量 [％]
日曜
土曜
水使用量 [％]
水使用量 [％]
12.0
病院
8.0
4.0
平日
0
0
4
8
12
16
時刻 [時]
20
24
0
4
8
12
16
時刻 [時]
時刻別予想給水量の推移
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オフィスビルを例として
C
A
B
B
C
ピーク時最大
A
Qd ：１日当たりの使用水量[ℓ/d]
T ：１日平均使用時間[h]
Qh ：時間平均予想給水量[ℓ/h]
Km ：時間最大給水量のピーク率
Qm ：時間最大予想給水量[ℓ/h]
Kp ：ピーク時最大予想給水量のピーク率
Qp ：ピーク最大予想給水量[ℓ/min]
引込み管サイズと受水槽容量の関係
給水引き込み管径サイズの算定
水道本管と吐水
口の落差を考慮
する。
継ぎ手や量水器等の局
部抵抗を考慮する。
M
受水槽容量の算定
量水器
上水本
管
給水本管の圧力は
一般的に150～400kPa程度
150kPa≧h-20kPa+30kPa
⇓
h≦140kPaとなり、引込み配管
長が極端に長い場合を除き、十
分に余裕がある
⇓
流速により、配管径を決定する
Vs ：受水槽の有効容量[ℓ]
Qd ：1日当たりの使用水量[ℓ/d]
h1
定水位弁
受水槽
受水槽の容量は、揚水ポンプ
の揚水量および連続運転時間，
上水引き込み管の給水能力及
び連続給水時間の関係式で決
定される。
実務上は、水道事業者の規定
などから1日使用水量の1/2程
度とすることが一般的である。
Hj ：上水本管の水圧[kPa]
H ：配管などの圧力損失[kPa]
H1 ：上水本管と定水位弁の静水頭差に相当する水圧差[kPa]
H2 ：定水位弁の必要最低圧力[kPa]
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受水槽容量の算出
受水槽の容量は、配水管（インフラ）の状況に左右される
①水使用時間帯で渇水しないこと。
②水の使用時間帯以外の時間帯に受水槽が満水に復元されていること。
これらの条件は、下式で表すことができる
①の条件 Vs≧Vd－Qs×T
②の条件 Qs×（24－T）≧Vs
Vs ： 受水槽の有効容量[m3]
Vd ： 1日の使用水量[m3/d]
Qs ： 配水管などの水源からの給水能力[m3/d]
T ： 1日の平均水使用時間[h/d]
水源が水道の場合では、配水管の圧力変動により給水能力が変化するので、
一般的に受水槽の有効容量は1日使用水量の半分程度とする。
Vs＝Qd÷２
＝120（m3/d）÷２
＝60m3（有効）
※水道事業者の規定がある場合が多いので、その規定を確認する必要がある。
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高置水槽・揚水ポンプ容量の算定（１/２）
Qpu・T2
揚水ポンプの停止水位
揚水管
揚水ポンプの起動水位
Qpu
給水管
(QpｰQpu)・T1
Ve
QP
Qpu
T1
T2
Qp
：高置水槽の有効容量[ℓ]
：ピーク最大予想給水量[ℓ/min]
：揚水ポンプの揚水量[ℓ/min]
：ピーク時最大予想給水量の
継続時間[min]
：揚水ポンプの最短運転時間[min]
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高置水槽・揚水ポンプ容量の算定（2/2）
高置水槽の容量（Ve）は、ピーク時最大予想給水量（Qp）と揚水量（Qpu）の関
係により求められる。
Ve≧（Qp－Qpu）×T1＋Qpu×T2
Ve ： 高置水槽の有効容量[m3]
Qp ： ピーク時最大予想給水量[リットル/min]
Qpu： 揚水ポンプの揚水量［リットル/min］
T1 ： ピーク時最大予想給水量の継続時間[min]
T2 ： 揚水ポンプの最短運転時間［min］
T1を10min、T2を20min、Qpuを暫定的に400リットル/minとすると、
Ve≧（Qp－Qpu）×T1＋Qpu×T2＝（800－400）×10＋400×20
＝4 000 ＋8 000
＝12 000［リットル］
＝12m3（有効）
揚水ポンプは時間最大予想給水量を満足しており、かつ算定された高置水槽
容量は建物の1日水使用量の1/10となる。
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揚水ポンプ揚程の算出
吐出し速度水頭(m)
揚水ポンプの揚程は、下式により求める。
吐出し側配管類の摩擦損失(m)
水槽内に押し流す圧力V2/2g(m)
Ｈ≧H1+H2+Ｖ2/2g
全
揚
程
(m)
Ｈ ：揚水ポンプの全揚程
H1 ：
揚水ポンプの吸水面から揚水管長部まで
の実高さ（実揚程）
H2 ：
揚水管路における直管、継ぎ手、弁類な
どによる摩擦損失水頭
吐
出
し
揚 吐
程 出
(m) し
実
揚
程
(m)
吐出し配管
バルブ
チャッキ
バルブ
ポンプ
吸込み揚程(m)
Ｖ2/2g：吐水口の速度水頭
吸込み実揚程(m)
吸込み配管
※一般に揚水管の吐水口における速度水頭は僅か
なので省略してもよい。
フート弁
吸込み側
配管類の
摩擦損失(m)
実
揚
程
(m)
管サイズの求め方（流量線図の使い方）
②流量係数 C=000
給水管直管の流量公式は、ダルシー・ワイズバッハ
の式で示される。
⊿p；摩擦による圧力損失
λ ；管内摩擦係数
d ；管内径
ρ ；水の密度
v ；管内平均流速
管内摩擦係数λは、レイノルズ数Reと管壁の粗さを
用いてムディー線図から求めることができるが、Re
に対して非線形性を有する。しかし、建築の給排水
設備分野における実用上の流れは、層流との遷移
域から乱流域にあるため、実際にはより簡便なヘー
ゼン・ウィリアムスの実験式が使用されている。
①管内流量 [ ℓ /min]
𝑙 ρ𝑣2
⊿p＝λ・ ・
𝑑
2
Q=4.87・C・d2.63・i0.54×103
Q ;流量
👉 ①・・・流量線図の縦軸
C ;流量係数👉 ②・・・Ｃの値毎に線図化
i ;単位長当りの圧力損失
👉 ③・・・流量線図の横軸
管径d（👉④）は、流量線図中の右上がりの直線で、
流量Qと管径dの関係から流速v（👉⑤）は図中の右
下がりの直線で示されている。
③単位摩擦抵抗 [kPa/m]
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12
管サイズの求め方（ 例 ）
給水負荷単位
掃除流し
使用水量
4
20
4×20
大便器FV
0.29×0.82
30A
10
105
14×125
大便器FV
0.48×1.4
50A
10
105
24×140
0.48×1.4
小便器
50A
5
30
29×150
小便器
0.18×0.96
60A
5
30
小便器
5
30
34×160
0.18×0.96
60A
②流量係数 C=140
[解説（例）]
①管内流量170ℓ/minと、
③単位圧力損失
0.6kPa/m
又は⑤流速1.5m/s
の交点をとると、管径
50Aと60A間になり、管径
60Aとすると流速は1.0m/s
以内、単位圧力損失は
約0.2kPa/mとなる。
（配管には、一般配管用ス
テンレス鋼管を使用し、流
速は1.5m/s以下、許容圧
力損失0.6kPa/mとする）
給水負荷単位×流量
単位摩擦損失×流速
管 径
①管内流量 [ ℓ /min]
器具名称
170
39×170
0.2×1.0
60A
0.2
0.6
③単位摩擦抵抗 [kPa/m]
発 行
公益社団法人 空気調和・衛生工学会
（SHASE: The Society of Heating, Air Conditioning and Sanitary Engineers of Japan）