管内圧力 計算 と損失水頭 と動水勾配

管内圧力 計算 動水勾配

管内圧力 計算 静水圧 水頭

DIYで「圧がある／ない」を語るとき、まず押さえるべきは“水頭（ヘッド）”という考え方です。水頭は、水が持つエネルギーを「高さ（m）」で表したもので、圧力を長さの単位に置き換えて扱えます。0.098MPa（約1kgf/cm2）の水圧は水頭10mに相当する、という換算が水道の水理計算で頻繁に使われます。

静水圧は、管内の水を止めた状態で、その点が受ける水圧です。配水地の水位や配水ポンプの揚程に対応する高さまでガラス管の水位が上がる、という説明が典型で、ここでは流れによる損失がありません。

一方で、蛇口を開いて水が流れると、そのガラス管の水位は下がります。これは流速を作ること、摩擦や抵抗に打ち勝つことにエネルギーが使われ、損失水頭が発生するためです。

DIY修理で役立つのは、「止めた状態で圧が十分なのに、流すと急に弱い」なら、静水圧の問題ではなく、途中の損失水頭（詰まり・口径不足・器具の抵抗）が支配的だと判断できる点です。

逆に、止めた状態でも圧が低いなら、配水管側の条件（地域の最小動水圧、引込条件）に依存しやすく、家側だけで改善できる範囲が限られます（ここを見誤ると、配管を太くしても期待通りに改善しません）。

管内圧力 計算 損失水頭 摩擦損失水頭

「管内圧力の計算」といっても、DIYで最重要なのは“末端で必要な圧が残るか”を、損失水頭として合計することです。水理計算では、総損失水頭（摩擦・入口・曲り・止水栓・メータ等の損失の合計）に、給水栓の立ち上がり高さや余裕水頭を足し、それが有効水頭の範囲内に収まるように管口径を決めます。

摩擦損失水頭は、長さLに比例し、内面粗雑度に比例し、流速Vの2乗に比例し、直径dに反比例します。ここがポイントで、「ちょっと流量が増えただけなのに急に弱くなる」現象は、流速の2乗で損失が増える性質と整合します。

さらに重要な注意として、摩擦損失水頭は“管内流水の有する圧力に関係がない”と整理されています。つまり「元圧が高いから摩擦損失が減る」という発想は基本的に誤りで、損失は主に流速・口径・長さ・粗さで決まります。

実務寄りの資料では、口径50mm以下はウエストン公式、75mm以上はヘーゼン・ウィリアムズ公式を用いる、という扱いが示されています。

DIYの室内配管・給水管は多くが50mm以下に収まりやすいので、細い管ほど損失が急増しやすい（＝口径の選び直しが効く）領域だと理解しておくと、修理や更新の判断が速くなります。

また、配管の損失水頭は、直管だけでなく「入口」「曲り」「弁」「断面変化」「出口」など多様な損失を含み、一般に損失係数f（資料中では式の形として $h=f\cdot V^2/(2g)$h=f⋅V2/(2g) の説明）で表せる、とされています。

DIYでありがちな落とし穴は、直管延長だけを見て「短いから大丈夫」と判断し、エルボだらけ・古い止水栓・メータ周りの抵抗を無視することです（体感上は、これだけで末端の出が変わるケースが珍しくありません）。

管内圧力 計算 直管換算 メータ エルボ

“意外に効く”のが、器具類の損失を「直管何m分」に置き換える直管換算の考え方です。資料には、損失水頭のうち水栓類・メータ・管継手等は実験値に基づき、直管換算表を用いる方法が示されています。
たとえば、直管換算表の例として、口径20mmでの代表値が掲載されています（値は条件により変動し得ますが、設計・推定の初期値として便利です）。

• メータ：8.0～11.0m（口径20mm）
• ボール式逆止弁：16.0m（口径20mm）
• 丸ハンドル用止水栓：5.1m（口径20mm）
• エルボ：0.84m/個（口径20mm）
• サドル分水栓：2.0m（口径20mm）

ここからDIYの実戦的な読み替えができます。たとえば「メータ＋逆止弁＋止水栓」だけで、直管30m超に相当する抵抗になり得ます。

つまり、家の中の直管が短くても、器具の組み合わせ次第で末端圧が落ちる構造は十分に起こり得る、ということです。

もう一つの“地味に効く”視点は、エルボが多い配管の見積りです。口径20mmでエルボ7個なら、0.84m×7＝約5.9mの直管換算として計算例でも扱われています。

「壁の中で何回曲がっているか分からない」場合でも、露出している範囲＋推定曲がり数を控えめに見積もるだけで、圧力低下の説明がつくかどうかを早い段階で判定できます。

参考リンク（損失水頭の考え方・直管換算を含む水理計算の公的資料の章）。
給水装置の水理計算（静水圧・動水圧・損失水頭・直管換算表）

管内圧力 計算 動水勾配 流速 管口径

水道の「弱い」を計算で追うとき、動水勾配は扱いやすい指標です。動水勾配は、損失水頭を距離で割ったもので、通常は‰（パーミリ）で表す、と説明されています。
式の形としては、動水勾配 \(I\) は「損失水頭h／距離ℓ」を基に千分率にしたもの、という整理です。

DIY向けに言い換えると、「1m進むごとにどれだけ水頭（圧力）が減る配管か」を表すのが動水勾配で、配管が細い・流量が大きい・曲がりや器具が多いほど増えやすいです。

資料には動水勾配の標準値の目安が示されており、口径が小さいほど許容の勾配が大きく、口径が大きいほど小さく抑えられています（例：13mmは400‰以内、20mmは200‰以内、50mmは50‰以内など）。

さらに、流速については「給水管内の流速は2m/sec以下とすることが望ましい」と明記されています。

ここはDIYの口径選定で非常に使える“安全側の目安”です。例えばリフォームで配管を引き直すとき、同じ使用水量でも流速が下がるように口径を上げれば、摩擦損失水頭（V^2に比例）が急減し、末端の体感が改善しやすくなります。

また、口径の当たりを付けるだけなら、流量Qと流速Vから内径dを逆算する式が参考として示されています（$Q=\pi d^2 V/4$Q=πd2V/4 から $d=\sqrt{4Q/(\pi V)}$d=4Q/(πV) ）。

資料の例では、1時間当たり1.5㎥、V=1.5m/secと仮定してd≈0.019m（約20mm）と推定できる、という計算例が掲載されています。

管内圧力 計算 水撃作用 止水栓

検索上位の一般解説では見落とされがちですが、DIY修理で“壊す原因”になりやすいのが水撃作用です。資料では、流れている管内の水を仕切弁などで急に停止させると上流側の水圧が上昇し、これを水撃作用と呼ぶ、と説明されています。
水撃圧の大きさは、閉止時間や管路延長・管種によって変化し、水撃作用は管破損の原因となる、と明記されています。

ここからDIYの実務的な注意点が導けます。

• 止水栓を「一気に」閉めるほど水撃が起きやすく、古い継手や脆い配管ほどダメージが出やすい。
  
• 「漏れているから急いで止めたい」場面でも、可能なら段階的に閉め、家中の水栓を少し開けて圧を逃がすと、部材への衝撃を減らせます（修理を増やさないための手順です）。
  
• 交換後の確認でも、勢いよく開閉して異音（ドン、ガン）や振動が出るなら、水撃が起きているサインとして扱うべきです。
  

また、水理計算の設計条件として「配水管の計画最小動水圧は0.196MPa（2.0kgf/cm2）」という前提が示され、給水栓では最小動水圧0.049MPa（0.5kgf/cm2）確保、といった基準も記載されています。

DIYの修理で「末端がギリギリ」な系統にしてしまうと、少しの詰まり・メータ更新・器具追加で急に基準を割り込みやすくなり、水撃や騒音の問題も出やすくなるため、余裕水頭を見込む設計思想自体が安全策になります。

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