ALC 中層集合住宅専用排水立て管システムの提案と性能評価
（その
2）排水横主管の拡径に伴う適用階数の検討
Proposal and Performance Evaluation of Dedicated Drainage Stack System for ALC Middle-Rise Apartments
(Part2) Examination Applicable Floors due to Expansion of House Drain 学生会員 ○阿部 斗哉（関東学院大学） 学生会員 石井 方奈子（関東学院大学） 正 会 員 大塚 雅之（関東学院大学） 学生会員 篠塚 利彦（関東学院大学） 正 会 員 松村 弘慈（旭化成ライフライフ(株)） 1. はじめに 本研究は、近年多くみられる 5 層程度の ALC 鉄骨造の中層集合住宅において排水用小型多口 管継手及び減速継手を用いた専用の排水立て管 システムの提案し、排水能力の把握をするとと もに適用の可否を検討することを目的とする。 前報 1）では同システムにおいて、排水横主管 の管径を 100A とした場合における各種供試排 水立て管システムの排水能力の把握及び適用の 可否について検討した。その結果、試行的なも のも含めた各種排水立て管システムにおいて判 定基準値を超える正圧が生じ、適用不可となり、 排水横主管の管径は原則通り1 サイズ拡径する ことが必要であると述べた。 本報では、前報 1）の結果も踏まえ、排水横主 管の口径を1 サイズ拡径し、排水横主管径 125A とした場合における各種排水立て管システムの 排水能力と適用階数を把握する。 2.実験概要 2.1 供試排水立て管システム 図 -1 に 示 す 同 様 の 各 種 供 試 排 水 立 て 管 シ ス テムを用い、排水性能の評価を行う。なお、排 水横主管の口径は前報1）の結果を踏まえ、図-2 に示す原則通りに 1 サイズ拡径した 125A（こう 配 1/150）とし、排水立て管とはインクリーザ （呼径 100×125A）及び 90 度 LL 継手（呼径 125A） を介して接続する。また、通気方式、排水横主 管形態は前報1）と同様とし排水能力の把握を行 う。 2.2 排水負荷の与え方 排水負荷の与え方は SHASE-S 2184）に準拠し、 前報 1）と同様、表-1 に示す通り、0.5[L/s]刻み に 一 層 最 大 2.5[L/s]の 排 水 を 上 階 か ら 順 次 与 え、最大の排水負荷流量を 5.0[L/s]と設定する。 排水横主管 管径 125A こう配 1/150 インクリーザー 100×125A 90°LL 継手 125A 図-2 排水横主管詳細 図-1 供試排水立て管システム P P P P P P W P P P P P W P ※1 圧力センサ 減速継手 多口管継手 排水横主管 管径 125A 排水横枝管 管径 75A 排水立て管 こう配 1/100 こう配 1/150 管径 100A 90°LL 継手 [mm] 30 00 3000 300 0 3000 69 5 11000 ∇4FL ∇3FL ∇2FL ∇1FL ∇5FL インクリーザー 100×125A [mm] 圧力センサ 11000 通気弁 ※1 各通気弁の設置は 1 箇所又は 2 箇所と適宜変更する 空気調和・衛生工学会中部支部 学術研究発表会論文集 第22号 2021年3月 －49－
2.3 測定項目及び方法 測定項目は前報 1）と同様、伸頂通気管及び 5 階横枝通気管、各階排水横枝管での管内圧力変 動P[Pa]の最大値・最小値（Pmin、Pmax）及び 伸頂通気管端部の管内中心風速変動 W[ｍ /s]と する。判定・評価方法についても前報1）と同様 とし、中心風速は式（1）～（3）を用いて通気 流量Qa を算出し、評価する。排水能力の判定条 件は、前報と同様、システムの最大値 Psmax、 システムの最小値 Psmin を求め、SHASE-S 2184） 判 定 基 準 値 と な る ±400[Pa]以 内 に お さ ま る 合 計排水負荷流量 Qw を排水能力（設計用許容流 量値）とする。 3.実験結果及び考察 3.1 管内圧力分布の比較 図-3 に 5 階から 2.5［L/s］、4 階から 1.0［L/s］ を排水した、合計排水負荷流量 3.5[L/s]の（1） 伸頂通気方式、（2）通気弁方式 1 箇所、（3）2 箇 所の排水横主管ストレート及び曲がりの管内圧 力分布を示す。なお、同図には前報 1)の排水横 主管径 100A の排水横主管曲がりの結果も示す。 これより、（1）伸頂通気方式では、頂部が大 気に開放されていることから、排水負荷直下階 でPsmin が生じ、排水横主管ストレートの場合、 Psmin が-430[Pa]に達し、判定基準値を超えた。 排 水 横 主 管 曲 が り の 場 合 、 負 圧 が 緩 和 さ れ 、 Psmin は-380[Pa]程度となった。しかし、Psmax に お い て は 排 水 横 主 管 の 両 形 態 で +50[Pa]程 度 となり、判定基準値内におさまった。 一方、（2）（3）通気弁方式では伸頂通気管部 が閉じられているため、各階に設けた通気弁よ り空気が流入し、排水負荷階でPsmin が生じる 結果となったが、両排水横主管形態で判定基準 値内におさまった。Psmax は排水横主管曲がり において+260[Pa]程度に達し、判定基準値内に はおさまったが、伸頂通気方式と比べ、正圧が 増加した。 これは、各階に通気弁を設置したことで排水 立て管の通気流量が増加し、排水横主管の曲が り部分で一時的な管内閉塞が生じ、通気が阻害 されたため、正圧が増加したと推察する。しか し、最下階である 1 階は上階の排水と別系統と されるため 2 階を最下階とみなした場合には、 通気弁方式の双方で±50[Pa]程度と判定基準値 内におさまり、伸頂通気管を閉じてもこの程度 の圧力コントロールは可能であるという知見が 得られた。また、全通気方式において前報の排 水横主管径 100A と比較すると、Psmax が大幅に 緩和していることが確認でき、排水管設計の原 則通り、排水横主管を拡径することは有効な手 法であると考えられる。 表-1 排水負荷パターン 排水階[F] 5 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 4 - - - 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 合計排水流量[L/s] 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 1箇所排水[L/s] 2箇所排水[L/s] P=-0.3948Qa²- 5.0742Qa ・・・式（3）※2 Qa=0.82×V×A×10³ ・・・式（1） P=-1.4591Qa² - 8.9188Qa ・・・式（2）※1 ※1：通気弁方式1箇所の近似式 ※2：通気弁方式2箇所の近似式 【凡例】 Qa:通気流量[L/s] V：管内中心風速[m/s] A：配管断面積[m²]…A＝π・d²/4 d：配管の実内径[m] P:実測した管内圧力[Pa] 図-3 管内圧力分布の比較 （合計排水負荷流量 3.5[L/s]） Pmin Pmax ストレート 曲がり 排水横主管100A曲がり （1）伸頂通気方式 （2）通気弁方式 1 箇所 （3）通気弁方式 2 箇所 0 2 4 6 8 10 12 14 16 -600 -400 -200 0 200 400 600 高 さ [m] 圧力[Pa] SHASE-S 218 ±400Pa 5階 2.5L/s 4階 1.0L/s 0 2 4 6 8 10 12 14 16 -600 -400 -200 0 200 400 600 高 さ [m] 圧力[Pa] SHASE-S 218 ±400Pa 5階 2.5L/s 4階 1.0L/s 0 2 4 6 8 10 12 14 16 -600 -400 -200 0 200 400 600 高 さ [m] 圧力[Pa] SHASE-S 218 ±400Pa 5階 2.5L/s 4階 1.0L/s －50－
3.2 各種通気方式の通気流量の比較 図—4（1）（2）に各種通気方式別の合計排水負 荷流量 Qw と通気流量 Qaの関係を排水横主管 ストレート、曲がりに分けて示す。これより、 伸頂通気方式では、合計排水負荷流量 1.0[L/s] 以上の負荷を与えると排水横主管形態がストレ ート及び曲がりの双方で約 30[L/s]となり、通 気流量の増加は少なくなる。一方、通気弁方式 では合計排水負荷流量が増加するにつれ、通気 流量も増加する。また、各階に通気弁を多く設 置するほど通気流量が増加することが確認でき る。 また、通気弁方式 2 箇所において、排水横主 管ストレートの場合、約50[L/s]以上の通気流量 が排水横主管に流入しても管内圧力は判定基準 値内におさまるが、曲がりの場合、合計排水負 荷流量が 5.0[L/s]のとき、最下階となる 1 階で 管 内 圧 力 が+404[Pa]と判 定基準 値を 超えた こと から、管内圧力が判定基準値以内におさまる限 界の通気流量は約 50[L/s]と推察する。 同 図 よ り 3.1 と 同 様 の 合 計 排 水 負 荷 流 量 3.5[L/s]に着目すると、排水横主管ストレート、 曲がりの双方にて伸頂通気方式では約 30[L/s]、 通気弁方式 1 箇所では約 35[L/s]、同方式 2 箇 所 で は 約 45[L/s] と な り 、 管 内 圧 力 に お い て Psmax が最も大きい通気弁方式 2 箇所で、通気 流量が最も大きい結果となった。 以上のことより、通気弁方式において通気流 量が増加するにつれて、Psmax は増加すること から、通気過多にならないよう十分に注意する 必要がある。 3.3 各種通気方式の排水能力の把握 図-5（1）（2）に 1 階を別系統とした場合の合 計排水負荷流量 Qw と Psmin・Psmax の関係を 排水横主管ストレート、曲がりに分けて示す。 同図より、±400[Pa]以内におさまる排水能力 を表-2 に示す。これより、排水能力は排水横主 管ストレートの場合、伸頂通気方式で 3.0[L/s]、 通気弁方式 1 箇所で 3.75［L/s］、同方式 2 箇所 で今回与える最大の合計排水負荷流量である 5.0[L/s]以上、曲がりの場合、伸頂通気方式で 3.5[L/s]、通気弁方式 1 箇所で 4.0[L/s]、同方 式 2 箇所で 5.0[L/s]以上となった。 また、最下階である1 階を別系統としている ため、Psmax の変動は少なく、排水横主管スト レート、曲がりの双方で伸頂通気方式、通気弁 （1）排水横主管ストレート -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 Ps max ,Ps mi n[P a] 合計排水負荷流量Qw [L/s] SHASE-S218 ±400Pa 3.75 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 Ps max ,Ps min [P a] 合計排水負荷流量Qw［L/s］ SHASE-S218 ±400Pa 図-5 合計排水流量（2）排水横主管曲がり Qw と Psmin,Psmax の関係 伸頂通気方式 通気弁方式1箇所 通気弁方式2箇所 Psmax Psmin 伸頂通気方式 通気弁方式1箇所 通気弁方式2箇所 Psmax Psmin 0 10 20 30 40 50 60 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 通気 流量 Qa [L/s ] 合計排水負荷流量Qw[L/s] 0 10 20 30 40 50 60 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 通気 流量 Qa [L/ s] 合計排水負荷流量Qw[L/s] 図-4 合計排水負荷流量 Qw と 通気流量 Qa の関係 （1）排水横主管ストレート （2）排水横主管曲がり 約 約 35 約 45 約 約 35 約 45 限界の通気流量 伸頂通気方式 通気弁方式1箇所 通気弁方式2箇所 伸頂通気方式 通気弁方式1箇所 通気弁方式2箇所 空気調和・衛生工学会中部支部 学術研究発表会論文集 第22号 2021年3月 －51－
方式1 箇所において負圧側で判定基準値を超え る結果となった。 以上より求めた排水能力値のうち、最も厳し い排水能力値となる伸頂通気方式3.0[L/s]、通気 弁方式 1 箇所 3.75[L/s]、同方式 2 箇所 5.0[L/s] を仮の設計用許容流量値と見なす。 3.4 各種通気方式の適用階数の把握 前報 1）と同様、SHASE-S 2064）の原単位デー タと既報 2）3）で求めた器具排水特性値を用いて、 定常流量法により排水負荷流量を算定する。 図 -6 に 階 数 ご と に 求 め た 排 水 負 荷 流 量 を 示 し、3.3 で得た設計用許容流量値を点線で併記 した。同図の照合結果として表-3 に適用階数を まとめて示す。なお、定常流量法で用いる代表 器具の qd 値は前報 1）と同様とし、5 階規模の 中層建物の排水負荷流量を算定する。これより、 SHASE-S 2064）の原単位データを用いた場合の 適用階数は、概算ではあるが、伸頂通気方式で 1 階、通気弁方式 1 箇所で 2 階、同方式 2 箇所 で7 階となり、本研究の適用目標とする 5 層規 模の建物では、清水排水に限れば通気弁方式 2 箇所のみ適用できる可能性がある。一方、既報 2）3）より最近の節水形の衛生器具を用いた場合 の適用階数は、伸頂通気方式で 2 階、通気弁方 式 1 箇所で 5 階、2 箇所で 10 階となり、本研 究の適用目標とする5 層規模の建物では、清水 排水に限れば通気弁方式1 箇所及び 2 箇所にお いて適用できる可能性がある。しかし、既報 2） 3）で述べたように合流排水による排水横枝管で の誘導サイホン作用等を考慮すると、最も有効 な方式は通気弁方式2 箇所と考える。 なお、通気弁は吸気のみの装置であることか ら正圧によるトラップの跳ね出し等の影響を考 慮し、下層階にて正圧緩和のための通気管を設 置する等の安全対策を設けることが望ましい。 4.総括 ALC 鉄 骨 造 の 中 層 集 合 住 宅 で の 排 水 立 て 管 システムとして、本報では、排水横主管径125A とした場合の排水用多口管継手及び減速継手を 用いた専用の排水立て管システムを提案し、排 水能力及び各種排水立て管システムにおける適 用の可能性について検討した。 その結果、排水横主管の口径を排水管設計の 原則通り 125A とすれば、計算上は通気弁を一 層に 2 箇所設けた通気弁方式 2 箇所で、適用目 標とする 5 階規模の中層集合住宅に適用できる 可能性があると考える。 しかし、通気流量の比較を行った結果、通気 弁方式は伸頂通気方式に比べ通気流量が大きく なることから、通気流量の過多にならないよう、 通気弁の設置位置・個数に十分配慮する必要が あると考える。 また、実排水による汚物の混入や洗剤泡等の 過度な圧力を想定すると、正圧緩和に対する有 効な通気管等を別途設置すること等の対策が必 要となる が 決 定 し た 排 水 能 力 。 （ 最 大 ）： 合 計 最 大 排 水 負 荷 流 量 を 流 し た 場 合 （ － ）：表 記 以 上 の 排 水 負 荷 を 与 え る と 判 定 基 準 値 ±400Pa を 負 圧 側 で 超 え る 。 表-2 各種通気方式の排水能力 ストレート 曲がり 3.0（-） 3.5（-） 3.75（-） 4.0（-） 5.0(最大) 5.0(最大) 排水階含め+1階別系統 2.5[L/s] 伸頂通気方式 通気弁方式1箇所 通気弁方式2箇所 排水横主管125A 図-6 排水負荷流量と適用階数の比較 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 排水 負荷 流量 QL ［L /s］ 階数[F] 通気弁方式2箇所 5.0[L/s] 通気弁方式1箇所 3.75[L/s] 伸頂通気方式 3.0[L/s] SHASE-S206原単位データ 既報で用いた器具排水特性値 表-3 適用階数 SHASE-S206記載 原単位データ 既報より求めた 実測データ 伸頂通気方式 1階 (3.0[L/s]) 2階 (3.0[L/s]) 通気弁方式2箇所 7階 (5.0[L/s]) 10階 (5.0[L/s]) 通気弁方式1箇所 2階 (3.75[L/s]) 5階 (3.75[L/s]) 【 参 考 文 献 】 1) 石 井 方 奈 子 他：ALC 中 層 集 合 住 宅 専 用 排 水 立 て 管 シ ス テ ム の 排 水 性 能 に 関 す る 研 究 （ そ の 1） 通 気 方 式 の 違 い に よ る 排 水 性 能 へ の 影 響 ,空 気 調 和 ・ 衛 生 工 学 会 中 部 支 部 ※ （ 2021.3） 2) 大 塲 涼 太 他：ALC 鉄 骨 造 の 戸 建 住 宅 に お け る 排 水 横 枝 管 シ ス テ ム の 排 水 性 能 評 価 に 関 す る 研 究 ,空 気 調 和・衛 生 工 学 会・学 術 講 演 論 文 集 ,pp105～ 108,(2018.9) 3) 石 井 方 奈 子 他：ALC 板 を 用 い た 鉄 骨 造 の 低 層 住 宅 に 適 用 す る 排 水 シ ス テ ム の 排 水 性 能 評 価 に 関 す る 研 究 そ の ２ 立 ち 下 が り 管 合 流 シ ス テ ム 及 び 多 口 管 継 手 の 排 水 シ ス テ ム 排 水 性 能 評 価 ,日 本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 梗 概 集 ,pp1717～ 1718(2020.9) 4) 公 益 社 団 法 人 空 気 調 和 ・ 衛 生 工 学 会 給 排 水 衛 生 設 備 規 準 ・ 同 解 説 :SHASE-S 206-2019 5) 公 益 社 団 法 人 空 気 調 和 ・ 衛 生 工 学 会 規 格 :SHASE-S 218-2014 「 集 合 住 宅 の 排 水 立 て 管 シ ス テ ム の 排 水 能 力 試 験 法 」 ：設計用許容流量値 －52－
