配管の流量・流速・圧力損失の計算
配管の内径と流したい流量を入れると、流速と、配管の摩擦による圧力損失(ヘーゼン・ウィリアムズの式)を計算します。高低差を入れると、ポンプに必要な揚程の目安もわかります。
くわしい条件を変える(なくても計算できます)
計算方法
流速 = 流量 ÷ 断面積(断面積 = 半径 × 半径 × 円周率)
圧力損失(m) = 10.67 × 配管の長さ(m) × 流量(m³/秒)^1.85 ÷(流速係数C^1.85 × 内径(m)^4.87)(ヘーゼン・ウィリアムズの式)
例:内径20mm、流量20L/分(0.000333m³/秒)、塩ビ管(C=150)、長さ10mのとき、流速は約1.06m/s、圧力損失は約0.70mです。流速係数Cは、配管の内側のなめらかさを表す数字で、新品の塩ビ管ほど大きく(流れやすく)、古い鋼管は小さく(流れにくく)なります。
式の意味を説明します。流速は、流れる量を管の断面積で割った値です。同じ量を流すなら、管が細いほど速くなります。圧力損失は、管の内側との摩擦で失われる水の勢いを、水柱の高さ(m)で表したものです。内径の約4.87乗で効くため、少し太くするだけで大きく下がります。
例:塩ビ管で内径30mm、流量30L/分、長さ15mなら、流速は0.71m/s、圧力損失は約0.31mです。
気をつけること。この式は、流速がゆるやかな水道管で使われるものです。曲がりや継手、バルブでの損失は入っていないため、実際にはこれより大きくなります。蛇口の先で必要な圧力は、別に足して考えてください。お湯では粘りが変わるため値がずれます。
出典:ヘーゼン・ウィリアムズの式(水道の管路計算で広く使われる式の定義)
よくある質問
流速係数Cとは?
配管の内側のなめらかさを表す数字です。数字が大きいほど水が流れやすく、圧力損失が小さくなります。塩ビ管は新品でなめらかなので大きく、金属管はさびや汚れで小さくなりやすいです。
ポンプの揚程はどう決める?
配管の圧力損失に、高低差と、蛇口やシャワーの先で必要な圧力(機器の説明書に書いてあります)を足して決めます。
流速の目安はどれくらい?
給水管では、一般に1〜2m/s程度におさまるように配管の太さを決めます。速すぎると水音や配管の傷みの原因になります。