水道申請なんてものをやっていると、だいたい「これくらいならこの口径でいいでしょ」と、わかってくるものの、実際に計算するとなると面倒だったりします。

しかし、一旦口径を決めて取出したあとに、やっぱり足りない!ってことになってしまったら大惨事です。

給水装置工事主任技術者試験でも、出題頻度が高い分野ですから、ぜひやり方を覚えていってください。

口径決定の基本事項

給水管の口径は計画使用水量を十分に供給できるもので、かつ、経済性も考慮した合理的な大きさとしなければなりません。

また、計画使用水量総損失水頭を足した数字が配水管の計画最小動水圧以下にしなければなりません。

 

アパートやマンションではより高い場所に給水することになりますから、本管の水圧以上の給水は出来ない事になります。

また、世帯数が多く使用水量が多くなれば、流速も早くなり、より大口径が必要になります。

 

集合住宅以外でも、水理計算をしなければいけないケースもあります。

例えば、地方や田舎にはΦ50の本管でまかなっている地域があります。

そんな地域で数十世帯の開発や造成がある場合はどうすればいいでしょうか?

 

既存の50ミリ管でまかなえるのか?

それともより大口径の管を延長するのか?

延長するなら口径はいくつが最適なのか?

 

これらを水理計算によって導き出し、口径を決定していくわけです。

口径決定の計算手順

給水装置計画論の核心である水理計算を実際に行っていきます。

口径決定とは、”水理計算で決定されるもの”ということです。

  1. 流量(計画使用水量)を算出する
  2. それぞれの口径を仮定する
  3. 給水装置の末端から水理計算を行い、各分岐点での所要水頭を求める
  4. 同じ分岐点からの分岐路において、それぞれの所要水頭を求め、その最大値が分岐点の所要水頭とする
  5. 配水管(本管)から分岐する箇所での所要水頭が、配水管の計画最小動水圧水頭以下に口径を決定する

この、計画最小動水圧とは、0.25Mpaであることが一般的だと思います。

地域によって違うところもあるかもしれません。

また、一定の場合は0.30Mpaとする時もあります。

この場合は増圧猶予などの特殊な給水方法が可能です。

許容動水勾配

許容動水勾配は次の式で求められます。

 

許容動水勾配

i = h ー h0 ー hα / L + Le ✕ 1,000

 

i:許容動水勾配(‰)

h:配水管内の水頭(m)

0:配水管から給水栓までの垂直高さ(m)

α:余裕水頭(m)

L:直管長(m)

e:水栓、メーターなどの直管換算長(m)

 

例題

図-1に示す給水装置において、A~B間の最低限必要な給水管口径を求めなさい。

ただし、A~B間の口径は同一で、損失水頭は給水管の損失水頭と総給水用具の損失水頭とし、給水管の流量と動水勾配の関係は図-2を用い、管の曲による損失水頭は考慮しない。

また、計算に用いる数値条件は次の通りとする。

  1. 配水管水圧は0.2Mpa
  2. 使用水量は24リットル/分
  3. 余裕水頭は8.0m
  4. 総給水用具による損失水頭の直管換算長は38m
給水管の口径決定 水理計算

図-1

給水管の口径決定 ウェストン公式

図-2

 

 

解答

まずは、流量から同時使用水量を求めますが、今回は1栓で24リットル/と言っていますから、ウェストン公式に合わせてに直します。

24リットル/分 ÷ 60 = 0.4リットル/秒

 

次に許容動水勾配の公式に数値を当てはめます。

i:許容動水勾配(‰)

h:配水管内の水頭(m)=0.2Mpa?

0:配水管から給水栓までの垂直高さ(m)=4.0m

α:余裕水頭(m)=8.0m

L:直管長(m)=18.0m

e:水栓、メーターなどの直管換算長(m)=38m

 

配水管内の水頭は、1Mpa=100mに相当します。

L = 0.2 ✕ 100 = 20m

と、なります。

 

直管長は横も縦もすべて足します。

 

これで、数字は揃ったので、公式に当てはめて計算していきます。

i = 20 ー 4.0 ー 8 / 18 + 38 ✕ 1,000 ≒ 143‰

わかりましたか?

分数がわからないならこうしましょう。

i = 20 ー 4.0 ー 8 ÷ 18 + 38 ✕ 1,000 ≒ 143‰

i = 8 ÷ 56 ✕ 1,000 ≒ 143‰

 

次に、ウェストン公式の表から、143‰と、流量0.4リットル/秒の交点を見ます。

給水管の口径決定 水理計算 解答例

許容動水勾配と流量の交点が口径となりますが、今回は適切な口径が存在しません。

この場合、一般的に許容動水勾配以下になる口径にすれば足りますから、Φ20が適切となります。

また、ウィーターハンマーを防止するために、流速(v)を2m/秒以下になる口径としなければなりません。

今回は、Φ20にすれば、流速は約1.4m/秒になりますから、求める口径は20mmが正解です。

 

解答 20mm

まとめ

問題は理解できましたか?

最初は慣れないので、手間取ってしまうかも知れません。

しかもこのウェストン公式の表は初めて見る、ということもあれば、知っていたけどどう使うかわからないということもあると思います。

給水装置工事主任技術者試験では必ず1問くる可能性が高いので、しっかり理解しておきましょう。

 

 

 

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動水勾配と流量・流速・管の断面積の関係と計算方法

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動水勾配の計算はそんなに難しいものではありません。

むしろ、流量・流速・管の断面積の計算のほうがよくわからなくなる時があります。

流速の計算は実務でも頻繁に使いますので、ここでぜひ理解して覚えましょう。

給水装置工事主任技術者試験対策では必須項目です。

直結直圧式の動水勾配線図を理解しよう

よくこんな図を見たことありませんか?

動水勾配線図

 

配水管から分岐した水は、分水栓、止水栓、水道メーターなどの障害物を経由して給水栓、いわば蛇口から吐水されます。

このとき、給水管の摩擦抵抗や、各種栓類の抵抗によって、水圧が失われていきます。

 

つまり、管内を流れるだけでも摩擦で水圧が落ちるし、メーターなどの障害物でも圧力が減っていき、蛇口から水が出る時に水圧が0になってはいけませんよっていうことです。

分岐するときの口径の算定は、”分岐部分から、末端の給水栓までの動水勾配を求め、末端の給水栓から給水可能な口径”を求めることです。

動水勾配を求める計算

動水勾配を実際に計算していきます。

わかりやすく計算方法を解説していきますが、それでもわからなかった場合は、また後日改めて眺めてみてください。

慣れるとわかることもあります。

 

動水勾配の公式

i = hf / (L+Le) ✕ 1,000

i:動水勾配

f:直管の摩擦損失水頭

L:直管の長さ

e:直管換算延長

要約すると、動水勾配を計算するには、直管の長さと換算延長を足したものを、摩擦損失水頭で割って1,000を掛ければ良いということになります。

 

例題

配管の長さ20mに対して、損失水頭が1mであった時の動水勾配を求めなさい。

ただし、、直管換算長は考慮しないものとする。

 

 

解答

動水勾配の公式に当てはめます。

i = 損失水頭が1m ÷ (管の長さが20m + 換算長は0) ✕ 1,000 = 50‰

先に( )を計算します。

 

分数が苦手でわかりにくいのはわかりますが、単純に上を下で÷だけです。

1を20で割ればいいだけなので、0.05になります。

電卓で1÷20を計算してみてください。

 

0.05に1,000を掛ければ、50になりますから、答えは50‰となります。

解答 50‰(パーミル)

流量計算

流量、断面積、流速の間には次の関係があります。

流量・断面積・流速

Q = A ・ V
V = Q / A
A = Q / V

Q:流量

A:管の断面積

V:流速

管の断面積は、半径✕半径✕円周率で求められます。

SUSΦ50の場合

((0.049 ÷ 2)^2)✕ 3.14 = 0.001884785㎡

これが断面積になります。

 

例題

容量100㎥の受水槽に、口径75ミリメートルの給水管で給水する場合の所要時間を求めなさい。

ただし、給水管の管内流速は2m/秒、断面積は0.004㎡とする。

 

 

 

解答

まず、流量を求めましょう。

流量は、Q=A・Vですが、これだと㎥/になってしまうので、3,600A・Vで計算し、㎥/にします。

Q = 3,600 ✕ 断面積は0.004 ✕ 流速は2m = 28.8㎥/時

 

受水槽の有効容量をv㎥、所要時間をt時とすると

t = v/Q = 100 ÷ 28.8 ≒ 3.5時間

解答 3時間30分

まとめ

計算問題は公式を覚えて、練習問題を解かないと理解するのは難しいと思います。

特に、流量、断面積、流速はなかなか整理が難しいところです。

ここまでは基本的な計算なので、慌てずじっくり理解していきましょう。

今後は過去問なども例題にして解説していきたいと思います。

 

 

 

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給水管の口径ってどうやって決めるの?水理計算とは?

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給水装置工事主任技術者試験の要となっている給水装置計画論を解説していきます。

出題数は5問で、そのうち計算問題は2~3問です。

合格最低基準は2問ですから、計算問題ができないと不合格になります。

 

計算は実務でも絶対使うものですから試験の問題くらいは解けるようにしておきたいところです。

ちなみに、私も最初はできませんでしが、それでもできるようになるくらい難しい計算ではありません。

基本計画

給水装置の基本計画とは、基本調査、給水方式の決定計画使用水量の決定給水管の口径決定があります。

給水方式の決定

給水方式には、直結式と、受水槽式、直結・受水槽併用式があります。

直結式

直結式は、配水管内の圧力を利用して給水する方法で、直圧式と増圧式があります。

直結式は断水時に給水負荷となりますから、災害、事故などで断減水時にも常に水を使うような建物には非常に不利な方法です。

例えば、飲食店や病院などでは水が止まると営業出来ない場合があります。

直結増圧式

直結増圧式は配水管内の圧力と、増圧ポンプの圧力でさらに高いところに給水する方法です。

通常、直結直圧式の場合 地上3階程度(東京都は5階程度)までしか給水できません。

そこに増圧ポンプを設置することにより、さらに高いところまで給水できるようになります。

例えば、都庁や森タワーなどの高層ビルなど。

 

受水槽式

受水槽式は、受水槽と言うタンクに貯水し、そのタンクの水から給水する方法です。

常に給水が必要な建物や、団地などの大勢の人が住んでいるような建物に使用します。

安定して給水できるため、災害や事故にも給水が可能です。

沖縄県ではその土地柄、水不足の頻度が多いため、受水槽式が多く採用されています。

直結・受水槽併用式

直結・受水槽併用式は、一つに建物で、直結式と受水槽式の両方を使って給水する方法です。

受水槽は衛生面から排除の方向になりつつありますので、最近はあまり目立った例がありません。

 

 

計画使用水量の決定

必ず給水の申請には1日どのくらい水を使うのか、というのを書きます。

戸建てだと1.0㎥、ワンルームでは0.4㎥など、だいたい決まってます。

計画使用水量とは給水される水量のことで、給水管口径の算定するのに必要な計画です。

計画使用水量の算出は直結式給水の場合は同時使用水量〈リットル/分〉から求められ、受水槽式給水は1日当たりの使用水量〈リットル/日〉から求められます。

 

同時使用水量とは

同時使用水量とは、給水栓、給湯器などの末端給水用具のうち、いくつかの末端給水用具が同時に使用された場合の使用水量のことで、瞬時の最大使用水量に相当します。

一般的に、計画使用水量は同時使用水量から求められます。

計画1日使用水量は1日当たりに給水される水量を言います。

受水槽式給水法の容量

受水槽への給水量は、受水槽の容量と、使用水量の時間的変化を考慮して決定します。

一般に1日当たりの計画使用水量を使用時間で割った水量で決めます。

計画1日使用水量の算定方法

計画1日使用水量の算定は次の式で求められます。

計画1日使用水量

計画1日使用水量 Q = N・q

Nは人数、qは建物種類別1人1日あたりの給水量〈リットル〉です。

QはN✕qで計算できるということです。

建物種類 単位給水量 使用時間 注記 有効面積あたりの人員 備考
戸建て住宅 200~400リットル/人 10 居住者1人当たり 0.16人/㎡
集合住宅 200~350リットル/人

 

受水槽の容量

受水槽の有効容量は、計画1日使用水量の0.4~0.6倍とし、次の式で求められます。

受水槽の有効容量

受水槽の有効容量 V = (0.4~0.6) Q

受水槽の有効容量は、計画1日使用水量から0.4~0.6を掛ければ算定出来ます。

 

例題

受水槽を用いて給水する集合住宅(2LDK100戸、3LDK50戸)の標準的な受水槽の有効容量を求めなさい。

ただし、2LDKの1戸当たりの居住人員は3人、3LDKの1戸あたりの居住人員は4人とし、使用水量は1人1日300リットルとする。

 

 

解答

まず、計画1日使用水量を計算します。

Q = N・qの公式に当てはめて行きます。

Q = (2LDK100戸 ✕ 3 + 3LDK50戸 ✕ 4) ✕ 300リットル = 150,000〈リットル/日〉

 

計画1日使用水量がわかったら、受水槽の有効容量を計算していきます。

V = (0.4~0.6) ✕ Q に当てはめます。

V = (0.4~0.6) ✕ 150,000〈リットル/日〉

= (60,000~90,000)リットル

リットルを㎥にするには1,000で割ります。

= (60,000~90,000) ÷ 1,000 = 60~90〈㎥〉

答え:60~90㎥

まとめ

計画1日使用水量の計算は実務でも非常によく使います。

今回は計算が苦手でも、どこに何の数字を当てはめればいいのか、わかりやすくしました。

この計算を理解できれば、次の計算も徐々に理解しやすくなります。

まずはここをしっかり理解しましょう。

 

 

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給水装置工事主任技術者とは

給水装置工事主任技術者とは。、給水装置工事主任技術試験に合格し、免状の交付を受けた者のことです。

要は試験に受かった人のことを給水装置工事主任技術者と呼びます。

何する人ぞ?

指定給水装置工事事業者に従事しながら働くことが一般的です。

その中でも主な業務は

よくわかりませんよね(笑)

具体的な仕事としては、現地調査、施工計画、施工図作成、材料選定、工程管理、工事監督、竣工検査などが主な業務になります。

難易度

比較的取得しやすい部類になります。

3ヶ月程度もあれば問題ないでしょう。

計算問題がありますので、苦手な人はもう少し時間が必要です。

 

主にテキストと過去問があれば合格点をねらえます。

独学でも十分対応可能です。

私は2冊しか使用しませんでした。

資格のメリット

給水装置工事主任技術者となり、1年以上の実務経験を積むと、管工事の専任技術者・主任技術者として従事できます。

また、指定給水装置工事事業者の指定を受けるためには必ずいなければなりません。

 

とは言え、全国で145,000人程度いますので、不足しているとは言えません。

しかし、水道というインフラは民間で管理されることはなく、指定事業者制度がなくならない限りは一定の需要があると言えます。

現在東京都などでは一部民間に委託している部分がありますが、基本役所管理です。

可能な限り民間に委託すると言っていますが、これは東京都が黒字だからできることです。

 

 

試験申し込みから試験日まで

受付開始 :毎年5月下旬

受付締切 :毎年7月上旬

 

受験票発送:毎年10月初旬

 

試 験 日:毎年10月下旬

 

合格発表 :毎年11月下旬

 

免状申請 :毎年12月上旬

 

免状交付 :毎年2月中旬

 

毎年1回の試験で、受付けから免状交付までほぼ1年がかりです。

さらに技術者カード発行となるとさらに時間がかかりますので、業務に従事する場合は注意しましょう。

受験料

16,800円(非課税)

他の試験に比べて高いです(´・ω・`)

2倍くらい高いです。

試験科目

学科試験1

学科試験2

学科1が午前で、学科2が午後の試験です。

また、学科試験2は1級又は2級管工事施工管理技士取得者は免除されます。

受験資格

給水装置工事に関して3年以上の実務の経験を有するもの

実務の経験の範囲は広くて、主任技術者に教えられながら図面の作成や事務を行ったり、主任技術者の指導のもとにメーターの取付作業なども含まれます。

ここの内容は厳密に心されておらず、入社日から受験申込日までの期間が3年以上あって、「〇〇をしてました」と記入して指定事業者印を押せばそれで終わりです。

※正しく書きましょう。嘘はいけません(´・ω・`)

合格基準

学科試験1

学科試験1 公衆衛生概論 1点
水道行政 2点
 給水装置工事法 4点
 給水装置の構造及び性能 4点
 給水装置計画論 2点
 給水装置工事事務論 2点

 

学科試験2  給水装置の概要 4点
 給水装置施工管理法 4点

 

各科目に脚切りがあり、さらに合格点が設定されています。

0点科目があると合格できないわけですね。

勉強法

どの国家試験にも言えることですが、過去問ありきです。

さらに最近は問題が難しくなっていますので特に計算問題は練習が必要です。

まずテキストをさらっと読んで、過去問に移りましょう。

 

わからない、理解出来ない場合はyoutubeで動画をチェックします。

これは計算問題を解説しています。

テキストを読むだけだと、わからない、理解できないと言って諦めてしまいがちですが、動画をぼーっと眺めるだけでも理解が早まることもあります。

意味がわからない場合は動画をチェックしてみてください。

私も解説はできますので、気軽に問合せフォームから質問してみてください(´・ω・`)

最後に

最近は荒っぽい業者が多く見られます。

主任技術者自体、国家資格化になる前に従事してた人には、試験なしで交付されたこともあり、よくわからずに施工している高齢業者も存在しています。

高齢業者に限って竣工検査時に水道局から小言を言われるのを嫌がる傾向にあり、向上性がみられません。

さらに、若手をうまく育てられず、施工不良などでやり直しをしない場合や、各市町村の基準を無視した横暴な施工も目立ちます。

「東京都では許されるのに、なぜ神奈川ではダメなんだ!」と開き直る業者も後をたちません。

正しい知識で、正しい施工を行えるための最低限の知識を養う試験ですので、是非頑張って試験に合格してください。

オススメテキスト

私が実際に使用したテキストの最新版です。

amazonで購入する▷▷▷これだけ覚える!給水装置工事主任技術者試験 改訂3版

楽天で購入する▷▷▷これだけ覚える!給水装置工事主任技術者試験 改訂3版 [ 春山忠男 ]

オススメ過去問

私が実際に使用した過去問題集の最新版です。

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