水道水の水圧(kPa)を流量から計算して下さい

質問

私の家の水道の蛇口からの水圧が、何kPa(予想は300～500kPa)あるか
知りたいのですが、水圧計がないので、冷水蛇口を全開にし、その流量を調べました。

【結果】
最大流量：約36L/min（口径13mmの水道管で、蛇口は全開）

【質問】
水道蛇口の水圧(kPa)を計算して教えて下さい。
訳あって、単位はkPaでお願いします。

回答No.1

char2nd · ベストアンサー

ウェストン公式を使えば求められるかも知れませんが、未知の値がありますね。

　Ｌ：給水管の長さ（ｍ）
　Ｐ：配水管の水圧（MPa)
　Ｈ：配水管から水栓までの高低差（ｍ）

　給水管の流速は管径と流量が判っているので算出できます。

　Ｑ＝36(L/min)×0.00001/60＝0.0000006(m3/sec)
　Ｖ＝Ｑ/(π/4・d^2)＝0.0000006/(π/4・0.013^2)＝0.00452(m/sec)

　ウェストン公式

　ｈ＝[0.0126+(0.01739-0.1087d)/√V］・L/d・V^2/(2g)
　　ｈ：損失水頭（kgf/cm3)
　　ｄ：給水管径（0.013ｍ)
　　ｇ：重力加速度（9.8m/sec）

　ｈをSI単位系に換算するには、×9.8/100 とします。このときの単位は［MPa］です。［kPa］とするにはさらに1000を乗じます。
　水栓部における水圧は、配水管水圧から損失水頭を除いたものです。

　ｐ＝Ｐ－ｈ

お礼

回答ありがとうございます。

さすが物理学のカテなので、専門的ですね。

質問の目的は、エコキュート（パワフル高圧タイプ）を導入するのに
「300kPa（給水元圧）以上の水圧が必要」との事で、およその給水元圧
を知りたかったのです。

給水元圧＝Ｐ：配水管の水圧（MPa)×1000でしょうか？

屋外にあるメーター（水量器）に「13mm」と記載されてたので、
配管の内径は13mmと思われます。

屋外の水量器から水道までの距離は約10ｍで、配水管（水量器の高さ）から
水栓までの高低差は＋約1.5mです。

本当にアバウトで結構ですので、よろしくお願いします。

回答No.3

okormazd

管長や管挿入物の種類や数を適当に決めて計算すると添付図のようになる。
この結果から、配水本管の水圧は、300[kPa]を超えてはいないのではないかと思われる。
水道の水圧は1日の間でも変動するし、地域によっても違うのでなんともいえないが。
なお、蛇口前面の水圧も計算できるが、せいぜい120[kPa]程度だろうから、これを知っても意味は無い。

お礼

厳密に計算していただき、ありがとうございます。

>この結果から、配水本管の水圧は、300[kPa]を超えてはいないのではないかと思われる。

微妙な結果ですね。
標準の高圧力型(170kPa)とパワフル高圧(280kPa)のどちらにしたらよいか、
迷うところです。
※パワフル高圧の条件として「給水元圧300kPa以上」とあります。
もし、給水元圧が290kPaでも、おそらくパワフル高圧の方は減圧して、再加圧するので
最大280kPaになると期待してるのですが・・・
http://panasonic.jp/sumai/hp/2point/index.html

今朝、流量を何度も測定したら約36L/minではなく、※約32L/minでした。
※10Lの目盛付バケツに蛇口全開で15秒流し、それを４倍(8L×4)しました。

配管経は13mm=12.7mmで良いのかもしれませんが、金属蛇口の直径が
15mmあるので、内径は13mm位ではないでしょうか？
今朝、改めて道路近くの止水栓の深さ(0.6m)を確認しました。
従って、配水本管と蛇口までの高低差は約2m。配水本管(L)=約20mとなります。

再計算していただけると助かりますm(_ _)m

補足

報告が遅くなってすみません。

地元の水道局に問い合わせたところ、配水本管の水圧は、400[kPa]ありました。

給水元圧300kPa以上あったので、パワフル高圧給湯器を導入する価値はありそうです。

今の400[kPa]よりは水圧は下がりますが、170kPaと280kPaの差は体感できる程の
水圧（水量）かと思います。

回答No.2

char2nd

まず、配水管というのは道路に埋設されている水道本管のことです。メーターからの距離や高さでは算定できません。
　配水管は歩道があれば歩道に、歩道がなければ車道の片側に埋設されるのが普通ですが、歩道が後から追加施工された場合は車道に埋設されていることもあります。又、車道自体が拡幅されていれば、当初は片側に依っていても現況では中心近くにある、というケースもあります。配水管の位置は仕切弁や地下式消火栓などから推測するしかありません。正確を期すのであれば地中レーダーかもしくは試掘ということになりますが、これは道路使用許可が必要で、費用もかかります。
　配水管の埋設深さは、歩道であれば0.6ｍ、車道であれば1.2ｍ程度が普通ですが、浅層埋設基準が適用されていれば車道でも0.6ｍ以上の土被りで施工する場合もあります。又、寒冷地や標高の高いところだと凍結深以上の深さに埋設する必要があるので、上記の数値よりも深くなることがあります。

＞屋外にあるメーター（水量器）に「13mm」と記載されてたので、配管の内径は13mmと思われます。

　これは本管から分岐している給水管の管径です。室内の蛇口などはさらに口径が小さくなっているはずです。給水管と同口径の水栓を複数設置することはあり得ません（それだと各個の水圧が非常に小さくなってしまうため）。通常であれば、それぞれの蛇口は10mm口径だと思います。

　それと、配水管の水圧ですが、実はこれは一定ではありません。基準で最低水圧が定められてはいますが、実際の水圧は接続している家屋や施設等の水道利用状況などによって異なります。極端な話、夕方の一番水道の利用量が大きくなる時間帯だと、配水管内の水圧はかなり小さくなります。逆に日中や夜間は利用量が少ないので水圧は高くなります。
　そのような訳ですから、配水管の水圧については水道事業者でも簡単には出せません。設計上は最低水圧で必要量が確保できるかどうかを確認するくらいです。
　最低水圧については、水道事業者で独自に定めている場合が多いです。以前は日本水道協会の指針で定められていましたが、３階建て住宅が増えてきたこともあって最低水圧を高めに設定する自治体が出てきたからです。ただし、最低水圧を高めにしているのはあくまでも住宅密集地の場合ですし、どこの自治体でもそのように設定しているというわけでもありません。

＞「300kPa（給水元圧）以上の水圧が必要」

　水道法だと、最低動水圧は150kPaですから、多少高めだとしても250kPaくらいのはずです。蛇口の出口付近だと損失水頭によりこれより下がりますから、せいぜい230kPa位かも知れません。あくまでも最低値ですから、実際の動水圧はこれより高いかと思いますが、微妙なところでしょうね。
　いずれにしても、最も水圧が下がるであろう時間帯に計測しないと意味はないです。

お礼

再び、詳しい回答ありがとうございます。

>配水管というのは道路に埋設されている水道本管のことです。

Ｐ：配水管の水圧（MPa)は水道本管の水圧、すなわち給水元圧(kPa)×1000なのですね？
ちなみに、道路から水栓（蛇口）までの距離は約20mです。

>配水管の埋設深さは、歩道であれば0.6ｍ、車道であれば1.2ｍ程度が普通

約30年以上前に開通した4m幅の私道で、車道（歩道無）です。
埋設深さは不明ですが、0.6～1.2mで約1mで計算しましょうか？
従って、Ｈ：配水管から水栓までの高低差（ｍ）は約2,5m位でしょうか？

>室内の蛇口などはさらに口径が小さくなっているはずです。
>通常であれば、それぞれの蛇口は10mm口径だと思います。

水量器の「13mm」ははっきり刻印されてるので、間違いないですが
我が家の蛇口（どの家庭でも使用してる形状です）の外径は、ほとんど15mmで、
内径は13mmと予想しましたが、実際は10mm内径でしょうか？洗面所や浄水器は
外径13mmの簡単に曲がる金属のホースを使用しており、そちらの内径が10mmでは？

>夕方の一番水道の利用量が大きくなる時間帯だと、配水管内の水圧はかなり小さくなります

厳密に計測するなら、夕方に流量測定してみます。

>水道法だと、最低動水圧は150kPaですから、多少高めだとしても250kPaくらいのはずです

実は、下記サイトの標準の高圧力型(170kPa)とパワフル高圧(280kPa)の選択で迷ってるのです。
このエコキュートは水道直圧式ではなく、一度減圧してからポンプで加圧してるらしいのです。
特に、パワフル高圧の条件として「給水元圧300kPa以上」があるので、
我が家の給水元圧を知りたかったのです。

http://panasonic.jp/sumai/hp/2point/index.html

台所ではなく、浴槽の温水シャワー流量も測定しました。ご参考まで。

(1)台所 　約36L/min（給水約20℃）※シャワーヘッド無
(2)台所 　約24L/min（給湯約42℃）※シャワーヘッド無
(3)浴槽 　約20L/min（給湯約42℃）※シャワーヘッド有

現在、水道直圧式の石油給湯機を使用中ですが、エコキュートの導入にあたり
特に温水シャワーの水圧低下を心配しております。

給水元圧が300kPa以上あれば、パワフル高圧(280kPa)に決まりです。

以上の情報から、標準の高圧力型とパワフル高圧で、１階のシャワー流量が
約12L/minと約14L/minの違いがでるか、判断できますか？

補足

報告が遅くなってすみません。

地元の水道局に問い合わせたところ、配水本管の水圧は、400[kPa]ありました。

給水元圧300kPa以上あったので、パワフル高圧給湯器を導入する価値はありそうです。

今の400[kPa]よりは水圧は下がりますが、170kPaと280kPaの差は体感できる程の
水圧（水量）かと思います。