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2020.08

圧力水槽方式の加圧送水装置はなぜ圧力を計算式で決めるのか｜強度と付属機器の基準を解説

加圧送水装置には、高架水槽方式・圧力水槽方式・ポンプ方式の３つの方式があります。
前回の記事では動力を使わない高架水槽方式を解説しましたが、圧力水槽方式には落差ではなく圧力そのもので送水する独自の構造基準があります。
密閉した水槽に圧縮空気などを送り込み、その圧力でホースの先まで水を押し出す仕組みです。
本記事では圧力水槽方式の構成機器・圧力の計算式・強度や防食にかかわる構造基準を、条文から解説します。

圧力水槽方式は密閉したタンクを使うと聞きましたが、高架水槽方式とは何が違うのですか。

はい、圧縮した気体の圧力で送水する方式です。
仕組みを見ていきましょう。

屋上に大きな水槽を置かなくてもよいということですか。

はい、それが圧力水槽方式です。
圧力の計算式や強度の基準もあわせて確認しましょう。

この記事の結論

圧力水槽方式の加圧送水装置は、消防法施行規則第12条第１項第７号ロにより設置基準が定められている
圧力水槽方式は水槽・圧力計・水位計・制御盤・排水管・補給水管・マンホールその他必要な機器で構成される
必要な圧力は、消防用ホースと配管それぞれの摩擦損失水頭圧、落差の換算水頭圧に0.17メガパスカルを加えた計算式で求められる
圧力水槽は使用圧力に対し十分な強度を有するものであることが求められる
圧力水槽の腐食するおそれのある部分には、有効な防食処理を施さなければならない

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圧力水槽方式の加圧送水装置とは何を指すのか

加圧送水装置には高架水槽・圧力水槽・ポンプの３方式がありますが、圧力水槽方式は屋上の高さを使わずに圧力を作り出す方式です。
まずはその定義と、どのような機器で構成されるのかを確認します。

圧力水槽方式の加圧送水装置　水槽に加えられた圧力を利用して送水を行う方式の加圧送水装置で、水槽、圧力計、水位計、制御盤、排水管、補給水管、マンホールその他必要な機器で構成されるものをいう。（加圧送水装置の基準　平成９年６月30日消防庁告示第８号　第二　三）

圧力水槽方式は、密閉した水槽に加えた圧力だけで送水の力を生み出す方式です。
高架水槽方式のように屋上の高さを利用するのではなく、水槽内部に加えられた圧力そのものでホースの先まで水を押し出します。
構成機器は水槽本体のほか圧力計・水位計・制御盤・排水管・補給水管・マンホールで、屋上に大きな水槽を置くスペースを確保しにくい建物でも採用しやすい方式です。
点検の際は、まずこの一式がそろっているかを確認するとよいでしょう。

高架水槽と違って、屋上を使わなくてよいんですね。

はい、水槽内部の圧力だけで送水します。

圧力水槽の圧力はなぜ計算式で決まるのか

圧力水槽方式にも、高架水槽方式の落差の式と同じ考え方で必要な圧力を求める計算式があります。
配管の摩擦で失われる圧力まで見込んだうえで、余裕を持たせた式になっています。

圧力水槽の圧力は、次の式により求めた値以上の値とすること。Ｐ＝ｐ１＋ｐ２＋ｐ３＋0.17メガパスカル　Ｐは必要な圧力、ｐ１は消防用ホースの摩擦損失水頭圧、ｐ２は配管の摩擦損失水頭圧、ｐ３は落差の換算水頭圧（単位はいずれもメガパスカル）。（消防法施行規則第12条第１項第７号ロ（イ））

式の0.17メガパスカルは、消防用ホースの先端で必要な放水圧力に相当する固定値です。
これに消防用ホースと配管、それぞれの摩擦損失水頭圧と、水槽と放水口の高低差を圧力に換算した値を加えた値以上を、圧力水槽の圧力として確保しなければなりません。
高架水槽方式が高さ（メートル）で必要な落差を求めるのに対し、圧力水槽方式は圧力（メガパスカル）そのもので必要な値を求める点が異なります。
点検では、圧力計の表示がこの計算値を下回っていないかどうかも確認の対象になります。

高架水槽は高さ、圧力水槽は圧力そのもので決まるんですね。

はい、単位もメガパスカルに変わります。

圧力水槽になぜ十分な強度が必要なのか

圧力水槽方式にも、他の方式と同じように基本となる構造基準があります。
密閉して圧力をかける水槽だからこそ、水槽そのものの強さが重視されます。

圧力水槽方式の加圧送水装置は、次によるものとする。二　圧力水槽は、使用圧力に対し十分な強度を有するものであること。（加圧送水装置の基準　平成９年６月30日消防庁告示第８号　第四　二）

圧力水槽は、使用する圧力に十分耐えられる強度が求められます。
高架水槽のように大気圧の下で水をためるだけの水槽とは違い、内部を加圧する圧力容器としての強度が前提になります。
告示は具体的な板厚や材質までは指定していませんが、使用圧力に見合った十分な強度を持つことが条文で明記されています。
点検では、水槽の外観に膨らみやゆがみが生じていないかどうかも、強度低下の兆候として見ておくとよいでしょう。

圧力をかける水槽だから、普通のタンクより頑丈なんですね。

はい、使用圧力に見合う強度が条文の要件です。

圧力水槽にはどんな付属機器を設けなければならないのか

圧力水槽には、圧力を保ちながら維持管理できるように、決まった付属機器を設けなければなりません。
高架水槽とは機器の組み合わせが少し違います。

圧力水槽には、圧力計、水位計、排水管、補給水管、給気管及びマンホールを設けること。（消防法施行規則第12条第１項第７号ロ（ハ））

圧力水槽には、圧力を保つための専用機器が一通り設けられます。
高架水槽が水があふれたときの溢水用排水管を備えるのに対し、密閉された圧力水槽では代わりに給気管から圧縮空気を補充する構造になっています。
圧力計と水位計は水槽内部の状態を外から把握するための機器で、排水管と補給水管は水量を調整するために使われます。
点検では、これらの機器がすべて設置され、正常に機能しているかどうかを確認します。

溢水用排水管の代わりに、給気管があるんですね。

はい、密閉タンクなので空気を送り込む管が必要です。

圧力水槽の腐食するおそれのある部分になぜ防食処理が必要なのか

圧力水槽は屋内のポンプ室などに置かれることが多い設備ですが、金属である以上、腐食への備えは欠かせません。
高架水槽と同じ考え方の基準が定められています。

圧力水槽方式の加圧送水装置は、次によるものとする。四　腐食するおそれのある部分は、有効な防食処理を施したものであること。（加圧送水装置の基準　平成９年６月30日消防庁告示第８号　第四　四）

腐食するおそれのある部分には、有効な防食処理を施すことが義務付けられています。
圧力水槽は屋外の高架水槽ほど風雨にさらされる機会は少ないものの、ポンプ室内の湿気や結露で金属部分が腐食するおそれは残ります。
告示は具体的な処理方法までは指定していませんが、設置環境に応じた有効な防食処理が前提とされています。
点検では、水槽表面の塗装の剥がれやさびの発生がないかを外観から確認することが、実務上のわかりやすい手がかりになります。

屋内にあっても、錆びる心配はあるんですね。

はい、だから防食処理が基準で義務付けられています。