給水管径の決め方｜枝管と主管で計算法を使い分ける

給水系統図に便器や洗面器を描き終えると、次に「この枝管は25mmで足りるのか」「立て管は50mmと65mmのどちらにするのか」という疑問が出てきます。最初は迷って当然です。管均等法、器具給水負荷単位法、流量線図という名前が並んでいても、それぞれが何を決める道具なのか分からなければ、どの表から開けばよいか判断できません。

考えるときは、まず枝管と主管を分けます。便所内のように器具が限られた枝管では、管均等法で候補口径を出せます。多くの器具が合流する主管では、器具給水負荷単位法などで同時使用流量を求め、その流量を候補の管へ流したときの速さと摩擦損失を比べます。どちらの方法を使った場合も、最後は高低差やメーター、弁、継手の損失まで足し、いちばん条件が厳しい水栓や洗浄弁に必要な圧力が残るかを確かめます。

太い管を選べば水は流れやすくなりますが、材料費が上がり、パイプシャフトの納まりも厳しくなります。反対に細すぎると、複数の器具を同時に使ったときに圧力が大きく下がります。そこでこの記事では、便所枝管を50mmとする計算と、600L/minの主管で75mmと100mmを比べる計算を一緒に進めます。計算の考え方をつかんだら、実案件では計画地の水道事業者の基準、採用する管の実内径、器具とメーターの仕様へ数値を置き換えてください。

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給水管径は流量・流速・圧力の3条件で決める

給水系統図の末端にある洗面器を一つ見てみましょう。その洗面器だけにつながる枝管を流れるのは、基本的にその器具で使う水です。ところが主管側へ目を移すと、便器、流し、ほかの階の器具から来る水が次々に合流します。そのため、同じ建物の給水管でも、末端の枝管と主管では流量がまったく違います。最初に区間を分け、各区間を1分間に何Lの水が通るのかを求めるのはこのためです。

流量が分かったら、たとえば75mmと100mmのように候補を二つ置いてみます。同じ600L/minを流しても、75mmの管では水が速く流れ、管の内面との摩擦も大きくなります。100mmにすると流速と摩擦損失は下がりますが、そのぶん材料費や配管スペースは増えます。ここでは「太ければ安心」と考えず、必要な条件を満たす最小の口径を探します。

候補を絞ったあとに確認するのが、末端に残る圧力です。給水元で使える圧力から、配管を上るための高低差、直管の摩擦、メーター、弁、継手で失う分を順に引きます。それでも末端の水栓や洗浄弁を動かす圧力が残れば、その口径を採用できます。つまり、流量、流速・摩擦損失、末端圧力の三段階を通して、初めて管径が決まります。

3つの手法は枝管と主管で使い分ける

三つの名前が並ぶと、すべてを同じ配管へ順番に使うように見えるかもしれません。しかし、管均等法と器具給水負荷単位法は、主に対象とする配管が違います。器具が限られた枝管では管均等法で候補口径を出します。多くの器具が合流する主管では、器具給水負荷単位法で設計流量を求め、その流量を流量線図または公式へ入れて候補口径を比べます。どちらも最後は水理計算を行い、末端圧力を確かめて確定します。

管均等法は器具が少ない枝管を早く決める

たとえば、一つの便所に大便器、洗面器、掃除流しがまとまっているとします。器具ごとに接続口径が違うので、そのままでは合計できません。そこで25mmや20mmの接続管を「15mm管の何本分か」という同じ物差しへ換算し、合計を収容できる最小口径を表から選びます。これが管均等法です。

便所内のように器具の範囲がはっきりした枝管なら、一本ずつ流量線図を読む前に候補口径を出せます。ただし、換算値は使う管均等表によって変わります。以前の計算書にある数字だけを写さず、今回の設計で指定された表を開いてください。

器具給水負荷単位法は同時使用流量を求める

建物全体の主管では、すべての水栓や便器が同時に使われるわけではありません。とはいえ、器具の最大流量を単純に足すだけでは過大になり、何も見込まなければ不足します。器具給水負荷単位は、器具の使用頻度や使用時間、同時に使われる可能性を一つの数値として扱うための方法です。

給水系統図で、調べたい区間より下流にある器具の負荷単位を合計し、その値を所管基準の同時使用水量図へ入れます。ここで得られる答えは管径ではなく、たとえば600L/minという設計流量です。この流量を次の流量線図や計算式へ渡して、ようやく候補口径を比べられます。

流量線図は口径・流速・摩擦損失を同時に読む

設計流量が600L/minと分かっても、それだけでは75mmと100mmのどちらがよいか決まりません。流量線図で600L/minの位置を探し、候補口径の線と交わるところから、流速と単位長さ当たりの摩擦損失を読み取ります。流速が基準内でも摩擦損失が大きければ、その口径は使えません。

ここで注意したいのが管種です。同じ呼び径でも、鋼管、ステンレス管、樹脂管では実際の内径や内面の状態が異なります。図面に「100A」と書いて終わりにせず、採用する管の寸法表で実内径を確認し、その管種に合う線図または計算式を使います。

管均等法で便所枝管の口径を決める

便所枝管の計算を、令和6年の建築設備士第一次試験で出題された条件を使って進めてみましょう。男性用便所には、大便器3個、小便器3個、洗面器3個、掃除流し1個があります。それぞれの接続口径は、大便器25mm、小便器15mm、洗面器15mm、掃除流し20mmです。求めたいのは、これらが合流したあとの最小管径です。

器具の接続口径を基準口径の相当数へ換算する

口径が違う管をそのまま足すことはできないので、まず15mm管を共通の物差しにします。問題で与えられた均等表を見ると、15mmは1.0、20mmは2.5、25mmは5.2です。つまり、25mmの接続管1本を、15mm管5.2本分として数えます。

令和6年第一次試験の例は50mmになる

表の計算を上から足すと、15mm相当数は24.1になります。では40mmで足りるでしょうか。均等表では、40mmが収容できるのは17.2までなので、24.1は入りません。次の50mmを見ると33.7まで収容できるため、こちらなら入ります。したがって、この条件で選ぶ最小管径は50mmです。

ここで、25+25+25+15……と接続口径を足してはいけません。口径の数字は水量ではないため、合計しても主管径にはならないからです。異なる口径を同じ15mm相当数へ直してから足す。この順番を守れば、表のどこを見ればよいか迷いにくくなります。

負荷単位法で主管の設計流量を求める

便所一室の枝管から建物の主管へ進むと、つながる器具が一気に増えます。このとき管均等表だけで全体を決めるのではなく、建物の使われ方を含めて同時使用流量を求めます。横浜市の現行指針では、一定規模以上の事務所ビルなどについて、器具ごとの負荷単位を累計し、同時使用水量図から流量を求める方法を示しています。

公共用・私室用と洗浄方式を先に分ける

負荷単位を拾う前に、衛生器具表の「器具名」だけでなく「洗浄方式」と「使われる場所」まで見てください。同じ大便器でも、洗浄弁と洗浄タンクでは一度に流れる水の使われ方が違います。横浜市の表では、大便器洗浄弁は公衆用10・私室用6、洗浄タンクは公衆用5・私室用3です。洗面器も公衆用2・私室用1に分かれています。

たとえば事務所の共用便所にある洗浄弁式大便器なら、公衆用の欄を見ます。ホテル客室内の器具なら、私室用に該当するかを確認します。節水形には別の値が示される場合もあるため、衛生器具表、器具仕様書、計画地の水道事業者が示す最新版の三つを照合してから数値を転記します。

累計負荷単位を同時使用流量へ換算する

負荷単位は、給水系統図の末端から主管へ向かって足していきます。洗面器の枝管では洗面器だけ、便所から出たあとの管では便所内の器具すべて、さらに立て管の途中で給湯室系統と合流したあとは両方の器具を数えます。区間ごとに下流側の器具が変わるので、計算書の区間名を系統図の記号とそろえておくと拾い漏れを防げます。

合計した負荷単位を、所管基準が指定する同時使用水量図へ入れます。ここで、大便器が洗浄弁式かタンク式かによって使う曲線が分かれることがあります。読み取った曲線名も計算書へ残しておけば、あとから数値を確かめられます。読み取った流量を流量線図へ入れるならL/min、公式へ入れるならm³/sというように、次の計算で使う単位もここでそろえます。

流量線図で候補口径を絞る

設計流量が求まったら、採用する管種の流量線図を開きます。最初から一つの口径に決めず、75mmと100mmのように前後の二案を置いてください。二案を同じ条件で比べると、「75mmでは何が足りず、100mmならなぜ通るのか」を計算書に説明できます。

まず流速上限を確認する

まずは管の中を水が速く流れすぎないかを見ます。流量Qと管の実内径Dが分かれば、平均流速vは次の式で確認できます。

v = 4Q / (πD²)

横浜市の令和8年適用指針では、口径75mm以下の給水管を2.5m/s以下としています。ただし、この2.5m/sを全国のどの建物にも使えるわけではありません。別の水道事業者、官庁施設の発注条件、騒音に配慮する建物では、より低い上限が指定されることがあります。計算書へ数値を入れる前に、計画地の給水装置基準と発注条件を確認します。

次に摩擦損失が圧力予算へ収まるか確認する

流速が上限以内なら、すぐ採用してよいのでしょうか。答えは「まだ」です。短い配管なら問題がなくても、50m、100mと長くなるほど摩擦損失が積み上がり、末端の圧力が足りなくなることがあります。

まず、給水元で使える水頭から、末端までの高低差、器具に必要な水頭、メーターや弁で失う水頭を引きます。残った分が、直管と継手の摩擦に使える水頭です。候補口径の単位長さ当たり損失へ、直管の実長と継手・弁の相当長を足した長さを掛け、その範囲に収まるかを確認します。

600L/minの主管を75mmと100mmで比較する

では、実際に二つの口径を比べてみましょう。器具給水負荷単位法などで、主管の設計流量が600L/minと求まった場面を想定します。配管長は50m、ヘーゼン・ウィリアムス式の流速係数Cは110です。候補として、実内径75mmと100mmを置きます。これは横浜市の指針にある式を使い、比べ方を確認するための例です。

75mmは流速2.26m/s・損失5.36m

600L/minを公式で使える単位へ直すと、0.010m³/sです。まず説明用の実内径を75mmとして、D=0.075mを流速式へ入れます。計算結果はv=2.26m/sです。この段階で分かるのは流速の計算値までで、所管基準に適合するかはまだ判定しません。

同じ説明用実内径75mmをL=50m、C=110としてヘーゼン・ウィリアムス式へ入れると、摩擦損失は5.36mになります。今回、直管摩擦に使える水頭は3.0mと置いているため、2.36m超えています。したがって、摩擦損失の比較だけでも75mmは候補から外れます。

100mmは流速1.27m/s・損失1.32m

次に、説明用の実内径を100mmとして計算します。D=0.100mにすると、流速は1.27m/s、50m当たりの摩擦損失は1.32mです。摩擦損失は、この例で直管摩擦へ割り当てた3.0m以内に収まりました。そのため、摩擦損失の比較では100mmを候補にできます。

ただし、ここで置いた実内径75mm・100mmは比較用の条件で、呼び径75A・100Aの実内径と同じとは限りません。また、横浜市の2.5m/s以下という条件をファクトシートで確認できたのは「口径75mm以下の給水管」です。説明用実内径75mmというだけでは、この適用範囲に入るとは断定できません。75mm側・100mm側のどちらも、採用する呼び径と管種を決めたうえで、計画地の水道事業者の基準や発注条件から流速上限を確認してください。

3.0mも法令で決められた値ではありません。給水元の圧力から、末端器具に残す圧力や高低差などを引いたあと、この経路の摩擦に使える水頭として置いた数値です。実案件では、管種と呼び径を決めて寸法表から実内径を拾い、所管基準の流速条件を確認したうえで、エルボやチーズ、弁の相当長も加えて計算し直します。

最後に末端圧力を水理計算で確かめる

100mmが候補になっても、まだ計算書を閉じないでください。次は「この建物で、いちばん水が届きにくい器具はどれか」を探します。最上階の水栓、給水元から最も遠い器具、大きな作動圧力を必要とする洗浄弁などが候補です。給水元からその器具まで、水が通る順に区間を並べます。

各区間には、流量、管種、実内径、実長、継手と弁の相当長、摩擦損失を記入します。次に、メーターや逆流防止器の製品資料を開き、設計流量での損失を拾います。そこへ高低差と器具の必要水頭を足したものが、この経路に必要な水頭です。

必要水頭が給水元で利用できる水頭を超えた場合は、どこを直せばよいでしょうか。まず損失の大きい区間の管径を一段上げます。それでも足りなければ、配管経路を短くできないか、給水方式やポンプ条件を変える必要がないかを検討します。横浜市の指針も、器具の所要水量と区間流量を求め、口径を仮定したあと、給水装置全体の所要水頭が配水管の水圧以下になるか確かめる手順を示しています。表や線図は候補を出す道具で、最終決定はこの水理計算で行います。

給水管径で間違えやすい3つの判断

管均等法だけで建物全体を決める

「便所枝管を管均等表で決められたから、立て管も同じ表でよい」と考えると、建物用途や同時使用の影響が抜けます。管均等法は器具が限られた枝管の仮決めに使い、器具数が多い主管では器具給水負荷単位法など、同時使用を反映できる方法で流量を求めます。

呼び径をそのまま内径として計算する

図面にある「50A」「75A」は呼び径であり、その数字がそのまま水の通る内径とは限りません。管種と肉厚が変われば実内径も変わります。流速と摩擦損失を計算するときは、採用管種の寸法表を開き、実内径へ置き換えます。

流速だけを見て合格にする

今回の説明用実内径75mmがよい例です。流速は2.26m/sと計算できますが、その値が上限内かどうかは、採用する呼び径・管種と計画地の基準を確認しなければ判定できません。さらに、50m当たりの摩擦損失5.36mは、説明用に置いた直管摩擦予算3.0mを超えています。流速だけで丸を付けず、メーター、弁、継手、高低差も含めて、末端に必要な圧力が残るところまで確認します。

管径を図面と計算書へ反映する

管径が決まったら、計算書の数字を図面へ戻します。計算書では100mmなのに系統図では75Aのまま、という食い違いがあると、施工図作成や見積りの段階で誤った口径が使われます。次の項目を、計算書と図面を並べて確認してください。

• 系統図の各区間へ、累計負荷単位、設計流量、決定口径を記入する
• 平面図へ管種、呼び径、分岐位置、立上り・立下りを記入する
• パイプシャフトでは外径、保温、支持金物、弁操作と更新の空間を確認する
• 梁・壁・床の貫通部は、配管外径と保温を基に構造・防火区画と調整する
• メーター口径と給水管径を別々に選び、所管の流量範囲で照合する
• 計算変更後は系統図、平面図、機器表、スリーブ図の口径を同時に更新する

建築設備士試験対策｜具体的な学習内容

令和6年第一次試験 建築設備No.19

男性用便所の器具接続口径と管の均等表から、合流後の最小管径を選ぶ問題です。この問題では、大便器3個が25mm、小便器3個と洗面器3個が15mm、掃除流し1個が20mmという条件です。最初に器具を数え、次にすべてを15mm相当数へ直します。

3×5.2+6×1.0+1×2.5=24.1

合計24.1に対して、40mmが収容できる17.2では不足します。50mmなら33.7まで収容できるので、答えは50mmです。試験中は、器具数を数える作業と、均等表から収容数を読む作業を一度に行わないほうが安全です。まず器具数を余白へ書き、そのあと表を読むと、拾い漏れと行の読み違いを減らせます。

平成29年第二次試験 設計製図第3問

共用棟1階男子浴室の飲料水給水管、給湯管、排水管、通気管、循環配管を作図する問題で、資料として管の均等表が与えられました。ここでは器具を線でつなぐだけでは足りません。器具の接続口径を拾い、合流するたびに管均等表で口径を決め、その数字を配管図へ書き込みます。

公式の完成解答例は公開されていません。練習するときは、末端器具から主管へ向かって区間を分け、各区間の相当数を図面の余白へ書いてみてください。口径が変わる位置と配管の合流点をそろえるのがポイントです。第一次試験No.19で一つの合流点に対して行った計算を、第二次試験では平面図上の合流点ごとに繰り返す、と考えると作業を整理できます。

まとめ｜簡便法で仮決めし、水理計算で確定する

給水管径を決めるときは、枝管と主管で計算法を使い分けます。器具が少ない枝管は管均等表で候補を出します。多くの器具が合流する主管は、器具給水負荷単位などから同時使用流量を求め、その流量を流量線図または公式へ入れて候補口径の流速と摩擦損失を比べます。

便所枝管の例では、15mm相当数24.1を収容できる最小口径が50mmでした。600L/min・50mの主管では、説明用の実内径75mmは摩擦損失5.36mとなり、使える3.0mを超えました。実内径100mmでは1.32mに収まるため、摩擦損失の比較では100mmを候補にできます。最後に、採用管種の実内径、所管の流速条件、メーター、弁、継手、高低差、器具必要水頭を確認し、末端に圧力が残ることを確かめて口径を確定します。

実案件で最初に開く資料は、計画地の水道事業者の基準、採用管種の寸法表、衛生器具とメーターの仕様書です。計算書の区間名を給水系統図の記号とそろえておけば、器具数や配管経路が変わったときにも、どの区間から計算し直せばよいかすぐに追えます。

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参考・出典

• 横浜市「給水装置工事設計・施工指針 令和8年4月1日適用版 第3章」
• 国土交通省「建築設備設計基準 令和6年版」
• 建築技術教育普及センター「令和6年建築設備士第一次試験 建築設備」
• 建築技術教育普及センター「令和6年第一次試験 正答肢」
• 建築技術教育普及センター「平成29年建築設備士第二次試験」

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