マンションの給水槽、給水ポンプの概要、調査、改修

マンションの給水槽、給水ポンプの概要、調査、改修に関する技術情報をまとめました。

※他の参考記事
給水装置と給水方式
 
 
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給水ポンプの工事標準仕様の概要
※公共建築工事標準仕様書(機械設備工事編)平成28年版
 
1)揚水用ポンプ
 
●揚水用ポンプの横形と立形
 
〇立形を使うメリットは?
・据付面積が小さい(省スペース)
汎用横型ポンプと比較した場合、概ね1/2.5~1/4程度の据付面積となる。
 
●電動機直結形と電動機直動形(ポンプ本体と電動機が分離できる構造)
・電動機直結方式は芯出し不要。
・電動機直動形は、直結不良による振動騒音がない。
 
2)小形給水ポンプユニット
 
※製品例
・テラルポンプ:定圧加圧給水ポンプユニット NX-LAT型
・川本ポンプ:インバーター式給水加圧ポンプユニット KF型
 
●ユニットの主要な構成要素
 
〇ポンプ(2台以上)
例)ステンレス製横形多段渦巻ポンプ
 
〇圧力発信器
・制御に利用するために、圧力を電気信号に変換
 
〇制御盤
・ポンプの制御および電動機へ動力供給する盤。
・ポンプの運転・停止、運転状態の把握、運転ポンプの切り替え等を行う。
・ポンプの運転・停止、また、圧力発信器からの信号でポンプを可変速制御し、推定末端圧力一定制御等を行う。
 
〇圧力タンク
・配管内の圧力を保圧し、ポンプの起動・停止回数及び圧力変動を低減している。
 
●圧力タンク
 
〇圧力タンクの構造
・圧力タンク外壁内部に風船のような形のダイヤフラムが入っており、そのなかに窒素が充てんされている。
・水がこのダイヤフラムを押し上げ、圧縮されて液への圧力を貯圧する。
 
〇加圧ポンプにおける圧力タンクの役割
・水が管内に送られると、ダイヤフラムの風船を、水の圧力によって窒素ガスが圧縮される。それにより、管内に圧力を貯めこむことが出来るようになる。
 加圧ポンプは、主に管内の圧力で制御しており、管内の圧力が低くなればポンプオン、管内圧力が高くなればポンプオフという形で制御されている。
 ポンプオン後、圧力タンクのダイヤフラム内の窒素に圧力を押し込む時間、ポンプは動き続けて、停止圧力に達した段階で、ポンプは停止する。その後、水を使用すると、貯圧された圧力タンクがしばらく水を押し続けて、圧力が下がる時間を緩やかにする。
・圧力タンクが設置されていない場合、液体は気体と違って縮む特性がないので、少量の水を使用した場合(管内から水圧を放出した場合)、瞬時にポンプ発進圧力に達して、ポンプがオンする。その後、瞬時に停止圧力に達してポンプが停止、その後、管内の圧がまたすぐに下がってONをするという動作を繰り返すことになってしまう。
 
〇ダイヤフラムの役割
・充填する窒素や空気は水に溶ける性質があり、圧力タンク内の窒素がどんどんなくなってしまうので、窒素と水を接触させないように、ダイヤフラムを装着している。
 
●圧力一定制御と末端圧力推定制御
 
〇吐出し圧力一定制御
・圧力発信器等からの信号によりインバーター制御を行い、吐出圧力を一定にして圧力を制御する方式
 
〇末端圧力推定制御
・圧力発信器等からの信号によりインバーター制御を行い、末端圧力が一定となる吐出圧力を推定して圧力を制御する方式
・使用水量に応じてポンプの回転数を変化させ、また同時に変化する配管抵抗の圧力を加減して給水末端での圧力が一定となるように吐出圧力を制御するので余分な圧力が発生することがなく省エネルギー。
・ポンプの圧力が一定の場合、流量が減少する夜間等は末端圧力が過剰に上昇してしまことがあるが、末端圧力制御を行いポンプの吐出圧、送水流量等を制御することにより、流量減少時でも効率的な運転が可能となる。
 末端圧制御により必要揚程(吐出圧力)が小さくて済むためポンプ所要動力減となり省エネルギーとなる。副次的効果として圧力低減は漏水量削減効果がある。
 また送水系統の流量を極力一定にするよう制御することや、ポンプ効率を加味しポンプ原単位の一番効率のよい運転パターンなどで電力消費量を軽減している。
 
●自動交互運転と自動交互並列運転
 
〇自動交互運転タイプ
・配管内圧力が低下すると自動起動し、使用水量が減少すると自動停止する運電を2台のポンプで交互に実施する運転。
①給水栓開
→水が使用されると、吐出配管内圧力が低下
→吐出配管内圧力が最小維持揚程(PL)付近まで低下
→圧力発信器が検知してポンプが起動。
②最大給水量(Q2)までの間、使用水量の増減に合わせて、インバータで回転数を制御することにより、吐出圧力をPLからPHまで変化させ、推定末端圧力一定制御を行う。
③使用水量が減少し、停止流量Q1以下
→フロースイッチによりこれを検出
→ポンプが停止
④再び給水栓が開かれ水が使用されると、前回休止していたポンプが起動する。
 
〇自動交互並列運転タイプ
・2台のポンプを設置して、使用水量がポンプ1台の最大給水量以下では交互運転を行い、ポンプ1台の最大給水量を超えると並列運転(2台同時運転)を実施する運転。
①給水栓開
→水が使用されると、吐出配管内圧力が低下
→吐出配管内圧力が最小維持揚程(PL)付近まで低下
→圧力発信器が検知してポンプが起動。
②最大給水量(Q3)までの間、使用水量の増減に合わせて、インバータで回転数を制御することにより、吐出圧力をPLからPHまで変化させ、推定末端圧力一定制御を行う。
③使用水量が増大し、並列水量(Q3)付近
→休止中のポンプが追従起動。
④並列運転時も給水量が変化するとユニット吐出曲線のカーブに応じた圧力で運転を継続。
⑤使用水量が減少し、並列水量(Q2)以下
→追従したポンプが停止し、先発ポンプのみの運転となる。
⑥さらに使用水量が減少し、停止流量Q1以下
→フロースイッチによりこれを検出
→ポンプが停止
④再び給水栓が開かれ水が使用されると、先に休止していたポンプが起動する。
 
●その他の機能
 
〇連続運転防止機能
・同一ポンプが一定時間連続運転すると休止中のポンプに自動で切り替わる。
〇運転時間均一化制御機能
・水の使用時間帯や季節の変化による各ポンプの運転時間の偏りを抑制する運転時間均一化制御機能を搭載。
〇バックアップ運転
・ポンプ異常時には自動的に休止中のポンプに切り替わる。
〇リトライ機能
・同一ポンプが同じ異常を繰り返すかを自己判断し、警報出力を自己判断する。
〇小水量停止制御
・マンションのような住宅設備の場合、深夜などの使用給水量が極端に少ない時間帯は、ポンプが締切運転を継続しないように、ポンプを停止させる必要がある。
・小水量を検知する方法としては、水の流れを機械的に検知するフロースイッチを用いる直接的な検知方法等、様々なものがある。
 
3)水道用直結加圧形ポンプユニット(増圧給水用)
 
※製品例
・テラルポンプ:直結給水ブースタポンプ MC5型
 
●構成
・キャビネット形とする。
〇ポンプ
・2台以上
・電動機直動形とする。
〇圧力発信器等
・圧力を受圧エレメントで検出し、電気信号を発信するものとする。
〇制御盤
〇圧力タンク
・隔膜式とし、タンク本体は鋼板製で、接液部の防錆は樹脂粉体コーティング、樹脂ライニング、樹脂シート貼り等とし、衛生上無害なものとする。
〇電動機
〇バルブ類
〇逆流防止装置等
・直結加圧形ポンプユニットには水質を汚染しない、配水管の水圧に影響を与えない等の目的で逆流防止器を設置しなくてはならない。
・JWWA B 129(水道用逆流防止弁)又はJWWA B 134(水道用減圧式逆流防止器)によるもの。
・特記がない場合は吸込側に設ける。
 
●制御方式
・圧力発信器等からの信号によりインバーター制御を行い、末端圧力が一定となる吐出圧力を推定して圧力を制御する末端圧力推定制御とする。
・停電時に配水管の圧力により、直圧給水ができる構造とする。
 
●運転方式
・ポンプの切替えは小水量停止時に自動的に行われるものとする。
〇ポンプ2台の場合
・自動交互運転
〇ポンプ3台以上の場合
・予備機を設けた自動交互・並列運転とし、ローテーション機能を備えたものとする。
給水ポンプの劣化調査・診断
1)主な診断対象
 
〇揚水ポンプ
・受水層に貯まった水を高置水槽に汲み上げるポンプ。
・通常、高置水槽へ設置された電極棒で動作を制御している。
〇圧送給水ポンプユニット
・受水層に貯まった水を、流量や給水圧力を制御して各住戸に直接送るポンプ。
〇直結増圧ブースターポンプ
・受水層を設けず、給水本管からの水を各住戸に直接送るポンプ。
・ポンプ、逆流防止器、圧力タンク、制御機器から構成される。
 
2)主な劣化現象
 
・経年劣化、腐食の進行、異常負荷等による。
 
●仕様によらず共通の事項
〇モーターの異常
〇タービンの損傷
〇グランドパッキン等の劣化
 
●揚水ポンプ
〇外面腐食
・水中ポンプ
・電動機外面が腐食すると、絶縁抵抗値の低下が懸念される。
 
●圧送給水ポンプユニット
〇弁類の不良
〇制御回路・制御機器類の故障
・フロースイッチ、圧力発信器等。
 
●直結増圧ブースターポンプ
〇制御回路・制御機器類の故障
・フロースイッチ、圧力発信器等。
 
3)調査と診断
 
●一次診断
〇外観目視調査
・外面の腐食、漏水痕の有無などを確認する。
 
●詳細調査
〇振動測定
・電動機の劣化状況を確認するため、振動値を測定する。
・回転振動計を使用する。回転部分に異常があると、振動として検知される。
〇絶縁抵抗測定
・ポンプ外面の絶縁抵抗値を測定し、漏電の有無を確認する。
・水中ポンプの外面腐食が進行しているときは、特に注意が必要。
〇異常騒音の確認
・ベアリング等回転部に起因する異常を確認する。
 
●診断の注意点
・交換の要否を検討する。
・既存ポンプの能力、仕様等を明確にする。
給水槽の劣化調査・診断
(1)給水槽の変遷
 
①1960年(昭和35年)~
・高置水槽、受水槽は鋼板製で、受水槽では建物基礎を利用したビルピットコンクリート製のものもある。
 
②1970年(昭和45年)~
・鋼板製の他にFRP製(サンドイッチ・単板構造)が用いられている。
 
③1990年(平成2年)~
・95年の阪神大震災後、設計基準も変わっている。
FRP水槽の補強、配管との接合部のフレキシブル継手の採用、水槽内部の貯留水の流出を防ぐための遮断弁の開発も行われている。
・ステンレス製の水槽も採用されている。
 
(2)給水槽の種類と経年劣化
 
●仕様によらず共通の劣化
〇配管接続部の腐食
〇パネル接合部のパッキン損傷
〇弁類の不良、付属弁類動作不良
 
1)FRP製
 
・最も多く採用されている。
・不飽和ポリエステル樹脂とガラス繊維を用いて作られたもの。
ガラス繊維強化プラスチック。
・室外に設置する場合は紫外線により劣化が進行する。
 
●型式による分類
・”一体型”:FRP材により一体成型。
・”パネル型”:定尺パネルをボルトを組合わせて作る。
●保温、外装など
・保温機能を有した合成樹脂発泡体をサンドイッチ状に挟んだ”複合板”とFRP材単体の”単板”とがある。
●経年劣化
・屋外設置の場合は、保護塗装が大気汚染や紫外線により劣化、ガラス繊維が飛散し強度の低下をまねく。
・パネル製のものでは、組立ボルトの錆腐食やゴムパッキンの劣化などによる漏水も発生する。
 
2)ステンレス製
 
・腐食に強く強度もあり、特に溶接によって一体成型された”一体型”は、”パネル型”のような接続部がないので耐久性がより高い。
・マンションの改修においては、屋外設置で特に耐久性を重視したい場合に採用される。
 
●型式による分類
・”一体型”:ステンレス鋼板を工場または現場でTIG溶接によって一体的に製造。
・”パネル型”:定尺パネルをボルトを組合わせて作る。
●保温、外装など
・保温機能を付加する場合は、ステンレス鋼板の外部を保温材(ポリスチレンフォームなど)で覆い、その外部をアルミ材などの化粧外装材で仕上げる。
 
3)鋼板製
 
・特に一体型、肉厚な鋼板は工場溶接一体成型したうえで、内面に厚膜な防錆塗装を施して耐久性を高めているので、腐食にも強い。
・重量があるが、確実な設置方法をとることにより、最も高い強度と耐震性が期待できる水槽であり、地震時に水槽内で発生するスロッシング現象(液面揺動)に対しても有効なものである。
・集合住宅の貯水槽に使用されるのは稀だが、消火水槽での使用は比較的多い。
 
●型式による分類
・”一体型”:鋼板を工場で溶接によって一体的に製造。
・”パネル型”:定尺パネルをボルトで組合わせて作る。
●保温、外装など
・内面は防錆としてエポキシ樹脂塗装、外面は錆止めの上に塗装仕上げされている。
●経年劣化
・上記仕上塗装の劣化により鋼板に錆が発生、漏水事故の原因となる。
 
4)コンクリート製
 
・コンクリートの防水性について定期的な修繕を行うことで耐久性を期待できる。
・貯水槽の六面点検の義務づけ以前に多く使用されていた。衛生面を考慮して地上式へ変更することが多い。
 
●型式による分類
・現場打ちコンクリートにより作られる。
・水槽内面はエポキシ樹脂などにより防水塗膜が施される。
●保温、外装など
・建物外装と同じように塗装仕上などが施される。
●経年劣化
・躯体のクラックによる雨水侵入
・防水モルタルの防水機能劣化による外部からの汚水の浸入の危険がある。
 
(3)調査と診断
 
●一次診断
〇外面目視調査
・劣化の位置、範囲、程度等の状況を確認する。
・水槽本体の損傷の有無などを確認する。
 
●詳細調査
〇内面目視調査
・水槽内面の汚損、付属機器の状況などを確認する。
・電極棒(水槽の水位を制御するため、水位を検知するための電極。異常が発生したときは水位警報が発せられる)
〇動作確認
・ボールタップを手で動作させ、固着や動作不良をチェックする。
・定水位弁に水補給時に異音や衝撃が無いか確認する。
 
●診断の注意点
・交換の要否を検討する。
給水ポンプ・受水槽の修繕工事の概要
※国土交通省”改修によるマンションの再生手法に関するマニュアル”
 
1)給水ポンプ
 
●一般的な修繕周期
・5~8年程度でオーバーホール。
・14~18年で交換
・給水用エンジン付ポンプも18~24年で交換する。
※揚水ポンプ・加圧給水ポンプ等のポンプの種類や日常のメンテナンスによっても若干周期は異なる。
 
2)受水槽、高置水槽等
 
●一般的な修繕周期
〇鋼板製 ・外面保護塗装は6年程度、内面塗装は12~18年程度。
〇FRP製 ・外面塗装を6年周期で行い水槽の延命を図る。
・塗装によるメンテナンスを行う場合もあるが、一般的には、26~30年程度で取替える。
 ただし、設置時の仕様やメンテナンスの状況によりこの周期は変わる。
〇水槽の附帯機器類(定水位弁、電磁弁、ボールタップ、電極装置、弁類)
・5~10年程度で取り替える。
 
●主な改修工事
〇各種水槽の共通事項
・接合劣化部の漏水防止。
・耐震性の向上を目的とした取替
 
〇屋外設置FRP製パネル組立型水槽
・紫外線劣化部の強度不足防止。
 
〇屋外露出鋼板製水槽
・腐食劣化部からの雨水侵入防止や漏水防止
給水ポンプ・受水槽の改良工事
※国土交通省”改修によるマンションの再生手法に関するマニュアル”
 
●改良工事の目的、注意点
 
・給水装置・給水施設の取替え等により材質や性能をグレードアップすること、耐震・防震・防音措置を施すことなどがポイントとなる。
・給水システムの変更も重要な検討事項となる。
 
1)材質や性能のグレードアップで耐久性や省エネ性を向上
 
〇受水槽や高置水槽
・昭和50年代中頃まではコンクリート製水槽や内面樹脂塗膜された鋼板製が主流だったが、現在では、取替えが容易なパネル組立型や耐久性に優れたステンレスパネル水槽が一般的になっており、こうした製品に取替える。
 
〇給水ポンプや附帯機器類
・耐久性に優れた製品に交換する。
・給水ポンプはステンレス製やナイロンコーティング製の赤水対策製品に交換する。
・電動機(モーター)をインバーター起動制御方式の省エネタイプのものに交換する。
 
2)受水槽・高置水槽の耐震対策を行う
 
●目的
・地震時には、屋上に設置された高置水槽には強い地震力が加わり、水槽の移動や架台からの落下、水の跳ね上がりによる天板の吹き飛び等の被害が生じる。
→FRP水槽耐震設計基準と構造設計計算法が1996年に強化されており、これらの規定を満たすように補強改修を行う必要がある。
 
●対策
・水槽と基礎架台の緊結、水槽の固定金物による取付け、水槽天板へのステンレス製の補強金物の設置等の耐震対策を行う必要がある。
・地震を感知したら自動的に水槽の出水口を遮断し、水槽内に確保した水の流出を防ぐ緊急遮断弁を取り付けておく。
・高置水槽方式から高置水槽を必要としない直結増圧方式、加圧給水方式等の給水システムに変更することで、建物上部の積載荷重を軽減でき、建物自体の耐震性を高めることもできる。
 
3)防振・防音改修
 
・給水ポンプ等を住棟内に設置する場合は、ポンプ基礎に防振装置の取り付けやポンプ室全体の防音処置を行う。
・配管の取付けにあたっては、防振性を有する支持金物を使用し、しっかりと固定することや、配管が躯体を貫通する部分はスリーブに縁切りをする必要がある。
 
4)受水槽を六面点検可能なものに交換
 
●点検に関する規制
・現行の水道法では有効容量が10tを超える受水槽は簡易専用水道として設置者の管理責任(清掃等)が義務付けられている。
・昭和50年以降、受水槽の床上設置及び六面点検が義務付けられている(建設省告示第1597号)。
 
●対策
・地中埋設型の受水槽の場合、内面防水が15~20年程度で必要になるが、地中埋設型受水槽を六面点検が容易に可能な地上設置型に交換する。
※水槽の適切な設置場所、既設引込管や揚水管等の盛替え改修を行うスペースがあることが条件となる。
 
5)インバーター制御の電動機にグレードアップし省エネ・省保守化
 
・電動機(モーター)を取替える場合には、インバーター制御方式のものを採用することが考えられる。
→省エネ・省保守化を図ることや、給水量に応じて速度をコントロールすることができる。
・コンパクトなインバーター制御の給水ユニットが開発されてきており、これに取替えることにより省スペース化を図ることも可能となる。
※電動機は、単独で取替えることはほとんどなく、給水ユニットの取替えと同時に取替えることが多く、近ごろでは、機器と電動機がコンパクトに一体化し制御盤も付属化している。

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