給水設備

給水設備とは

給水設備は、建物、車両、船舶などにおいて、人々の生活や業務に不可欠な水を供給するための設備です。上水道、中水道、工業用水道などから水を受水したり、敷地内の井戸から水を汲み上げたりして、それぞれの場所で求められる水質を満たす水を供給するために、適切な設計、施工、維持管理が求められます。

給水の範囲

上水道においては、止水栓から給水栓に至るまでの経路を「給水」と定義します。

給水方式の種類

給水方式は、建物の規模や地域のインフラ状況などによって様々な方式が採用されています。主な方式として、以下のものがあります。

直結直圧式（直結式）

水道本管の水圧をそのまま利用して、直接水を供給する方式です。一般的に2階建て以下の建物（地域によっては5階程度まで）に適しており、管理が容易な点が特徴です。戸建て住宅で多く採用されています。

直結増圧式（直結式）

水道本管から引き込んだ給水管に増圧給水装置（増圧ポンプ）を直結し、水圧を上げて水を供給する方式です。受水槽が不要で、管理が容易で衛生的なメリットがあります。しかし、水道管の強度などのインフラが整っていない地域では使用できません。近年、受水槽方式に代わり、多くの地域で普及が進んでいます。

ただし、停電時には増圧給水装置が停止し、増圧によって給水している上層階では断水が発生します。

高置水槽方式（受水槽方式）

必要な水圧を得るために、ポンプで水を高所の水槽に揚げ、重力で給水する方式です。圧力タンク方式と比較して、以下の利点があります。

断水・停電時でも、タンクに貯留された水を利用できます。災害時の配管破損に備え、緊急遮断弁の設置が推奨されています。
必要な動力が少なく、省エネルギーです。
ポンプの起動・停止回数が少なく、長寿命です。
圧力変動が小さいです。

一方で、以下のような欠点もあります。

定期的な水槽清掃と水質検査が必要です。
設置面積が大きく、高所に重量物を設置するための構造上の配慮が必要です。
タンクの保有水量が適切でないと、貯留時間が長くなりすぎ水質が悪化する場合があります。
日光の透過により藻や苔が発生し、水槽本体が劣化する恐れがあるため、定期的な補修が必要となる場合があります。

高架水槽は、高所に設置された大型の貯水タンクであり、水圧を安定させるとともに、場合によってはランドマークとしての役割も担います。

圧力タンク方式（受水槽方式）

気体を封入した圧力タンクにポンプで水を供給し、圧力を高める方式です。圧力タンクなし加圧ポンプ方式と比較して、停電時にも圧力タンク内の圧力が低下するまで一定時間給水できるという利点があります。しかし、圧力タンク内の気体封入ベローズの保守が煩雑で、圧力変動が大きいという欠点があります。

圧力タンクなし加圧ポンプ方式（受水槽方式）

一般的に「受水槽方式」と呼ばれる場合、この方式を指すことが多いです。ポンプの台数や回転数を制御し、一定の圧力で加圧して給水します。停電時には給水が停止し、加圧ポンプが故障すると即断水となるため、日頃のメンテナンスが重要です。

給水設備の設計

給水設備の設計では、受水槽の容量、ポンプの能力、配管サイズなどを決定します。

受水槽容量

受水槽容量は、建物で使用する1日当たりの水量から決定され、一般的には日使用水量の4/10～6/10を受水槽容量とします。受水槽の材質には、FRP、ステンレス、木材などがあり、一般的にはFRPが用いられます。

ポンプの仕様

給水ポンプの能力は、対象系統の瞬間最大流量と全揚程で決定されます。近年では、推定末端圧一定制御型のポンプが主流となっています。

配管サイズ

給水配管のサイズは、対象系統の瞬間最大流量で決定されます。空気調和・衛生工学会の設計基準では、配管内の流速が2.0[m/sec]以下になるよう推奨されています。瞬間最大流量の計算法としては、給水器具負荷計算法(Hunter法)が汎用的に用いられています。

船舶・車両の給水設備

船舶や車両の給水設備は、移動体であるため、配管による給水が困難であり、タンクによる貯留が必要です。また、小型化、軽量化、姿勢変化や振動への対応が求められます。

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