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
1）通気方式の違いによる排水性能への影響
Proposal and Performance Evaluation of the Drainage Stack System for ALC Middle-Rise Apartments
(Part1) Influence on Drainage Performance due to Differences in Vent System
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 阿部斗哉（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（旭化成ライフライン（株）） 1.はじめに
東日本大震災以降、耐震・耐火性に優れてい るALC（Autoclaved Lightweight aerated Concrete） 板を用いた鉄骨造の戸建住宅が普及している。 平成 30 年総務省住宅・土地総計調査によれば、 近年、集合住宅の建設戸数が年々増加傾向にあ り、特に、3～5 階建ての中層集合住宅の割合が 住宅総数内の 4 割と多く占めている 1）。図-1 に 示すように、住戸内において一般の RC 造の場 合、区分所有上、専用部のスラブの上に排水横 枝管システムを設置し、床仕上げ（二重床）と する必要がある。しかし、ALC 鉄骨造では床仕 上げ工程を少なくすることができ、工費の削減 につながり、特に区分所有が適用されない賃貸 住宅での普及は期待できる。また、既報2）では、 排水用小型多口管継手及び減速継手を併用した ALC 戸建て住宅専用の排水立て管システムを提 案し、2 層程度を対象にその排水性能を検討し た。その結果、通気弁を排水横枝管に一箇所設 置することで、管内圧力は判定基準値におさま り、減速継手の負圧緩和の効果が期待できるこ とが分かった。 以上の背景より、本報では、排水用小型多口 管継手及び減速継手を用いた 5 層規模の ALC 中 層集合住宅を想定した専用の排水立て管システ ムを提案し、通気方式の違いによる排水性能を 把握するとともに、適用の可否を検討する。 2.実験概要及び実験方法 2.1 供試排水立て管システム 図-2 に供試排水立て管システム（５層程度） 図-1 集合住宅排水横枝管システム RC 造 [ 分譲住宅 ] ALC 鉄骨造 [ 賃貸住宅 ] （仕上げ） ▼想定F.L.▼想定S.L. ▼想定F.L. （仕上げ） ▼想定S.L. ▼想定C.H. コンクリート 集合管継手 ALC H鋼 多口管継手 図-2 供試排水立て管システム系統図 図-3 各階排水継手詳細 圧力センサ 減速継手 多口管継手 各階継手 詳細へ 排水横主管 管径 100A 排水横枝管 管径 75A 排水立て管 伸頂通気管 ベントキャップ 伸頂通気管（閉） 風速センサ 風速センサ こう配 1/100 こう配 1/100 管径 100A 90°LL 継手 [mm] [mm] 30 00 300 0 30 00 3 000 69 5 11000 ∇4FL ∇3FL ∇2FL ∇1FL ∇5FL 圧力センサ 11000 通気弁 排水立て管 100A 排水立て管 100A 曲がり配管 ストレート配管 (1) 伸頂通気方式 (2) 通気弁方式 1 箇所及び 2 箇所 排水横主管形態詳細 通気弁 (40A) 概要 ※1 各通気弁の設置は 1 箇所又は 2 箇所と適宜変更する P P P P P P W P P P P P W P ※1 1000 1000 10000 LL 継手 11000 127 52 67 27 48 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 －45－
の系統図を示す。同図（1）は基準排水立て管と なる排水立て管頂部にベントキャップを設けた 伸頂通気方式、試行的ではあるが、同図（2）は 屋上を貫通させ伸頂通気管を設けることを避け、 通気弁を各階横枝管に 1 箇所及び 2 箇所設置し た通気弁方式とする。排水立て管は呼径 100A、 排水横枝管は呼径 75A（こう配 1/100）、排水横 主管は、建築的おさまりを考え戸建て住宅の設 計に合わせ排水立て管と同径の呼径 100A（こう 配 1/100)とし、排水横主管形態はストレート及 び排水立て管の管芯より 1ｍの位置に第一曲が りを設けた曲がり配管とする。図-3 に各階に設 置する排水継手詳細を示す。同図に示すように、 排水立て管には、既報 2）と同様の排水用小型多 口管継手と流下速度を減速させることを目的と した減速継手を、非フランジ式継手を用いて設 置した。 2.2 排水負荷の与え方 表-1 に排水負荷パターンを示す。排水負荷方 法は、SHASE-S2183）に準拠し、5 階及び 4 階か ら定流量負荷を 0.5［L/s］～2.5［L/s］まで、 0.5［L/s］刻みで与え、最大合計排水負荷流量 は 2 層分、5.0[L/s]までとする。既報2）におい て住戸内に設置した 5 器具（大便器、台所流し、 洗面器、浴槽、洗濯機）の合流排水時の器具平 均排水流量qd 値が 2.72[L/s]であったため、各 階 の 最 大 排 水 負 荷 流 量 を そ れ に 近 い 2.5[L/s] とした。 2.3 測定項目及び判定基準 測定項目は伸頂通気管及び 5 階横枝通管、各 階排水横枝管での管内圧力変動 P[Pa]の最大値 Pmax・最小値 Pmin、伸頂通気管端部及び横枝通 気管の管内中心風速変動W[m/s]とする。さらに、 中心風速の最大値より式（1）を用いて通気流量 Qa[L/s]に変換する。ただし、通気弁方式では図 -4 に示す通気弁の通気特性実験装置を用いて、 バルブの開閉により、通気流量を変化させて図 -5 に示す通気流量と管内圧力の関係を求める。 同図より算出した式（2）、（3）に実測した管内 圧力分布の負圧発生階の圧力を代入し、排水立 c て 管 内 へ 流 入 す る 全 通 気 流 量ΣQa[L/s]を推 定 する。排水能力の判定条件は、SHASE-S 2183）に 準拠し、各階の Pmax 及び Pmin の内、システム の最大値 Psmax、システムの最小値 Psmin を求 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] 表-1 排水負荷パターン ① 図-4 通気弁の通気特性実験装置 P 500 1000 800 1800 750 250 W3 W1 W2 送風機 バルブ（75A） ※ W1～W3：風速センサ ※ P：圧力センサ 通気弁 50 0 DT継手 300 通気弁② 【凡例】 Qa:通気流量[L/s] V：管内中心風速[m/s] d：配管の実内径[m] A：配管断面積[m²]…A＝π・d²/4 P:実測した管内圧力[Pa] ※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 P=-0.3948Qa²- 5.0742Qa ・・・式（3）※2 Qa=0.82×V×A×10³ ・・・式（1） ・・・式（2）※1 P=-1.4591Qa² - 8.9188Qa （1）伸頂通気方式 （2）1 箇所 （3）2 箇所 図-6 管内圧力分布の比較 （合計排水流量 3.5[L/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 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 Pmin Pmax 曲がり ストレート 図-5 通気流量と管内圧力の関係 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 横枝 管内 圧[ Pa ] 横枝管通気流量Qa[L/s] 通 気 弁 ① 通 気 弁 ① +② 通気弁方式1箇所 通気弁方式2箇所 －46－
め、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 図-6 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] の場合における管内圧力分布を示す。同図（1） は伸頂通気方式、（2）は通気弁方式 1 箇所、（3） は通気弁方式 2 箇所とする。これより、（1）伸 頂通気方式では頂部が大気に解放されているた め、排水負荷直下階でPsmin が生じる結果とな ったが、判定基準値以内におさまった。通気弁 方式では頂部が閉じられており、各階に設けら れた通気弁より空気が流入することから、排水 負荷階にてPsmin が生じ、（2）通気弁方式 1 箇 所の場合に、Psmin が-415～-488[Pa]となり、判 定基準値を超えた。特に、排水横主管形態が曲 がりの場合において正圧が増加しており、（1） 伸頂通気方式と比較して、（2）（3）通気弁方式 においてはその差が顕著にみられる。これは、 排水横主管曲がり部分で管内が閉塞し、通気抵 抗が大きくなるためであると考える。よって、 排水管設計の原則どおり排水横主管を排水立て 管より１サイズ拡径させ、125A とすることが望 ましい。 3.2 各種通気方式の通気流量の比較 図 -7 に 各 種 通 気 方 式 別 の 合 計 排 水 負 荷 流 量 Qw と合計通気流量 Qa の関係を排水横主管形 態別で示す。伸頂通気方式では、合計排水負荷 流 量 1.5[L/s]以 上 の 負 荷 を 与 え て も 通 気 流 量 に 変 化 が 見 ら れ ず 、 通 気 流 量 の 上 限 が 約 30[L/s]となる。一方で、通気弁方式においては 特に通気弁方式 2 箇所において通気流量が顕著 に増加している。 また、排水横主管ストレートと曲がりの場合 を比較すると、曲がりの場合に通気流量が低下 した。これは、排水横主管の曲がりを設けた部 分で管内閉塞が生じ、下層階で吸引される通気 流量が低下したことによると推察する。 （1）排水横主管ストレート （2）排水横主管曲がり 図-7 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 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 （2）排水横主管曲がり 図-8 合計排水負荷流量 QWと Psmax、Psmin 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 伸頂通気方式 通気弁方式1箇所 通気弁方式2箇所 -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 6 Ps m ax ,Psmi n [Pa ] 合計排水負荷流量Qw [L/s] SHASE-S218 ±400Pa 4.25 -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 6 Ps m ax ,Ps mi n [Pa ] 合計排水負荷流量Qw [L/s] SHASE-S218 ±400Pa 3.75 4.75 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] 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 －47－
3.3 各種通気方式の排水能力の把握 図 -8 に 各 供 試 排 水 立 て 管 シ ス テ ム に お け る 合計排水負荷流量 Qw と Psmax、Psmin の関係 を 排 水 横 主 管 形 態 別 で 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、排水横主管ストレートの場合、伸 頂通気方式では 3.75[L/s]、通気弁方式 1 箇所 では 3.0[L/s]、同方式 2 箇所では 4.75[L/s]の 排水能力値となった。排水横主管曲がりの場合、 伸頂通気方式では負圧が緩和され、4.25[L/s]、 通気弁方式 1 箇所では 2.5[L/s]、2 箇所では管 内閉塞による正圧増加により、3.0[L/s]の排水 能力値となった。以上より、排水能力値のうち、 最も厳しい値を設計用許容流量値とする。 3.4 各種通気方式の適用階数の把握 表-3 に示す SHASE-S 2064）の原単位データと 既報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出する。使用する 代表器具のqd は大便器とし、SHASE-S2064）で は 1.5[L/s]、既報2）で求めた 1.2[L/s]（Ⅱ形） とし、排水負荷流量を算定し比較検討する。 図-9 に階数ごとに求めた排水負荷流量と 3.3 で得た各種通気方式の設計用許容流量値を照合 した結果を、表-4 に適応階数をまとめて示す。 これより、概算ではあるが SHASE-S 2064）の原 単位データを用いた場合、全通気方式で適用目 標とする 5 階規模の建物では、適用不可となっ た。また、最近の節水形の衛生器具を用いた場 合では、伸頂通気方式の適用階数は、概算上は 今回、適用目標とする 5 階となったが、管内閉 塞等の安全を考慮すると排水横主管を 1 サイズ 拡径させた 125A とすることが望ましい。 4.まとめ 本 報 で は 、 排 水 立 て 管 及 び 排 水 横 主 管 径 が 100A の 場 合 の 排 水 用 小 型 多 口 管 継 手 及 び 減 速 継手を用いた 5 層規模の中層集合住宅を想定し た排水立て管システムを提案し、各種通気方式 の排水能力を把握するとともに、SHASE 規定値 と最近の節水化された衛生器具の器具排水特性 値を用い、定常流量法による排水負荷算定を行 った。その結果、適用目標とする 5 階規模の建 物では、管内閉塞等の安全を考慮すると、全通 気方式で適用が厳しく、排水システムの設計の 原則に基づき排水横主管を排水立て管より１サ イズ拡径させ、125A とすることが望ましい。 次報にて、同排水立て管システムにて、排水 横主管を 125A とした場合の排水能力及び適応 階数等を報告する。 参 考 文 献 1） 総 務 省 統 計 局 ：「 平 成 30 年 住 宅 ・ 土 地 統 計 調 査 結 果 」、 （2019.4） 2） 石 井 方 奈 子 他：ALC 鉄 骨 造 の 戸 建 て 住 宅 に 適 用 す る 排 水 シ ス テ ム の 開 発 と 検 証 、 関 東 学 院 大 学 理 工/建 築 学 会 延 久 発 表 講 演 会 、pp166～ 167、（ 2020.11） 3） 公 益 社 団 法 人 空 気 調 和 ・ 衛 生 工 学 会 ： 集 合 住 宅 の 排 水 立 て 管 シ ス テ ム の 排 水 能 力 試 験 法 SHASE-S 218-2014、 （2014.11） 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、（ 2020.1） 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 3.0[L/s] 伸頂通気方式 3.75[L/s] 通気弁方式1箇所 2.5[L/s] ストレート 曲がり 3.75（-） 4.25（-） 3.0（-） 2.5（-） 4.75(-) 3.0(+) 排水階含め+1階別系統 2.5[L/s] 伸頂通気方式 排水横主管100A 通気弁方式1箇所 通気弁方式2箇所 決 定 し た 排 水 能 力 （ ＋ ）：表 記 以 上 の 排 水 負 荷 を 与 え る と 判 定 基 準 値 ±400Pa を 正 圧 側 で 超 え る 。 （ － ）：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 器具 器具平均 器具 平均排水 器具平均 平均 排水量 排水流量 排水量 時間 排水流量 排水間隔 W[L] qd[L/s] W[L] td[s] qd[L/s] T0[s] 浴槽 180 1.0 152 366.0 0.25 0.3 洗濯機 120 0.75 30.5 34.0 0.54 0.5 洗面器 6.0 0.75 10 13.0 0.46 700 1.0 大便器 9.0 1.5 5.00 2.5 1.2 700 1.0 台所流し 6.0 0.75 6.00 14.0 0.26 200 1.0 器具名 3600 SHASE-S206 実測値 排水頻度 器具排水特性 (単独排水) 単独排水(排水管非接続) 器具排水特性 排水率 β 表-3 定常流量法に用いる器具排水特性諸値 SHASE-S206原単位データ 既報で用いた器具排水特性値 図-9 排水負荷と適用階数の比較 表-4 排水負荷流量QL と設計用許容流量値の適用階数照合結果 通気弁方式1箇所 適用階数無 (2.5[L/s]) 1階 (2.5[L/s]) 通気弁方式2箇所 1階（3.0[L/s]） 2階 (3.0[L/s]) 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 2階 (3.75[L/s]) 5階 (3.75[L/s]) －48－
