給水配管サイジングの基本原則
給水配管の口径選定では、器具が同時に使用された際のピーク流量を想定し、管内を流れる流体の「流速」と「管摩擦損失(圧力損失)」を適正範囲内に抑えることが求められます。
- 許容流速の標準: 一般給水配管では 1.0〜2.0 m/s(消音・ウォーターハンマー防止および配管内面のエロージョン抑制のため)。
- 摩擦損失の基準: 一般的には 100〜300 Pa/m(10〜30 mmAq/m) 程度を上限として系統全体の許容圧力降下から設定。
1. 器具給水負荷単位(FU)による同時使用水量の算定
建物全体のすべての水栓が同時に全開になることは稀です。そのため、給水器具ごとに割り振られた「器具給水負荷単位(Fixture Unit: FU)」を合算し、同時使用特性曲線(ハンター曲線)に基づき設計流量($L/\min$)を算出します。
特にフラッシュバルブ(洗浄弁式大便器)を含む系統では、瞬時流量が極めて大きくなるため専用の換算式が用いられます。
2. ヘーゼン・ウィリアムス(Hazen-Williams)の公式
本ツールでは、実務で標準的に使用されるヘーゼン・ウィリアムス式を用いて水頭損失および摩擦損失を算出しています。
h_f / L = 10.666 × C-1.85 × D-4.87 × Q1.85
ΔP / L [Pa/m] = (h_f / L) × ρ × g
ΔP / L [Pa/m] = (h_f / L) × ρ × g
※$C$: 流速係数(新管鋼管: 100, ライニング鋼管: 130, 樹脂管: 140 等)、$D$: 管内径 (m)、$Q$: 流量 (m³/s)