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1 給排水 衛生設備 概要と歴史 水資源と水利用 2015/10/14 建築設備 Ⅱ 第 2 回

2 1 概要と歴史 ( 給排水 衛生設備 ) 給排水 衛生設備の概要 水は生活や活動に不可欠なものであり 様々な用途に利用される 飲用 調理洗面 手洗い入浴洗濯トイレ掃除 散水 洗車 営業用厨房トイレ 洗面所給茶室消火設備浴場クリーニング生産設備 ごみ処理 プール 噴水 池 図 1-1 代表的な水使用用途

3 1 概要と歴史 ( 給排水 衛生設備 ) 給排水 衛生設備の概要 給排水衛生設備では これらの水使用が安全 衛生 快適 合理的なものとするための諸設備を扱う 給排水設備 ( 狭義 ): 主要設備としての給水 給湯 衛生器具 排水設備 関連設備としての雨水利用設備など 給排水設備 ( 広義 ): 消化 ガス設備 浄化槽を含む

4 1 概要と歴史 ( 給排水 衛生設備 ) 給排水 衛生設備で扱う諸設備 表 1-1 給排水衛生設備で扱う諸設備 広義の給排水衛生設備 狭義の給排水衛生設備 主要設備 給水設備給湯設備衛生器具設備排水設備 関連設備 井水設備冷水設備 特殊設備 (*) 排水処理設備雨水利用設備 周辺設備 消火設備ガス設備 浄化槽 対象外 空調冷却水設備 ( 雨水排水設備 ) (*) 厨房設備 洗濯設備 医療用特殊配管設備 水泳プール設備 浴場設備 水景設備 散水設備 事業用排水処理設備 放射性排水処理設備 ごみ処理設備

5 1 概要と歴史 ( 給排水 衛生設備 ) 給排水 衛生設備の概要 空調冷却水設備は水だが 空調設備の範疇 給排水衛生設備は給排水設備や水まわり設備とも呼ばれる 広義には衛生設備と呼ばれることもある

6 1 概要と歴史 ( 給排水 衛生設備 ) 水のフローと給排水衛生設備 ( 図 1-2) 図の中心に水使用がなされる衛生器具設備があり その上流に給湯 給水設備などが その下流に排水設備などがつながる さらに上流には上水道 ( 水道 ) が 下流には下水道がある 上水道 下水道は 道路等と同様に都市の基盤設備 ( インフラストラクチュア ) に属する

7 1 概要と歴史 ( 給排水 衛生設備 ) 都市レベルの水 紀谷文樹 (1983) 建築と水環境計画の課題, 建築雑誌,Vol.98,2-4

8 1 概要と歴史 ( 給排水 衛生設備 ) 給排水 衛生設備の概要 給排水衛生設備は空調設備と異なり 水供給 排出を都市基盤設備 ( インフラストラクチュア ) に全てを委ねていることが特徴 ( 電力と同様 ) インフラの制約を受けることが多いので 計画にあたってはまず当該敷地周辺のインフラ整備状況を調査する必要がある 例えば 水道の水圧は給水圧力に直接関わり 公共下水道がないところは浄化槽が必要

9 1 概要と歴史 ( 給排水 衛生設備 ) 給排水 衛生設備の概要 水資源の保全 水の有効利用の観点から 都市 敷地 建築レベルでの水循環の構築が進められている 例 : 井戸水利用 雨水の地下浸透 雑用水への雨水利用 排水再利用 カスケード型水利用 ( 浴槽水 洗濯水 ) 中水道

10 ( 補足 ) 水の機能と水環境計画 水の機能 単に 水利用 といっても その内容は多様 そのため 水利用目的に応じた必要条件を理解するとともに これらを総合した水環境計画を考えることが必要 1 生命維持機能 2 衛生保持機能 3 搬送機能 4 気候 温度調節機能 5 心理的効果

11 ( 補足 ) 水の機能と水環境計画 1 生命維持機能 生物が活きていくためには水がなくてはならない したがって 必要な質と量の水が得られる場所にのみ生態系がつくられた 人間も生命を維持するために水が必要 また 健康のためには高度の水質レベルが要求される 2 衛生保持機能 人体 建物内部 都市環境を清潔に保持するために水が使われる ( 入浴 洗面 洗濯 清掃等 ) これは水の溶解性 流動性を利用している

12 ( 補足 ) 水の機能と水環境計画 3 搬送機能 水の浮力と流動性によって 物質を移動させることが可能となる 運河 水路 管水路などはこれを利用 建物の排水システムは生活の場から不要物を搬送しており またこれを都市規模に拡大したものが下水道 4 気候 温度調節機能 水は相変化 ( 気体 液体 固体の変化 ) による潜熱と 熱容量の大きさによって気候を左右する 打ち水 屋根散水などもこの機能を狙ったもの また 空調設備等の冷却水としても利用される

13 ( 補足 ) 水の機能と水環境計画 5 心理的機能 街角の噴水や 河川の親水空間などに見られるように 水には心理的効果があるとされている また 入浴やシャワーは衛生保持だけでなく 気分を爽快にするといった効果も期待されている

14 ( 補足 ) 水の機能と水環境計画 水の利用目的 1 生活用水 家庭用水 ( 飲料 入浴 洗濯その他 ) 都市活動用水 ( ビル用水 消火用水 公園等 ) 2 産業用水 工業用水 ( 冷却用が多い 循環利用が発達 ) 農業用水 3 エネルギー源としての水利用 水力発電 波力発電 4 輸送 搬送における水利用 船による搬送 汚物の搬送

15 ( 補足 ) 水の機能と水環境計画 水環境計画 水とのかかわりは多様で 都市レベル 建築レベル 設備レベルで対応が異なってくる 水環境計画は これらを総合し 都市計画 建築計画 設備計画を一貫として 水の扱いを検討すること ソフト面 ハード面 両方の検討が必要

16 1 概要と歴史 上下水道の発達 ( 歴史 ) 人が定住するようになった頃 その住居は水辺の近くに構えられた この水利の便は古代 中世の集落 都市にも引き続き 近世 現代でも普遍の理 人力や家畜を使っての水運びから 重力やサイホン力を用いた水路による導水への移行は都市成立の必須条件 古代文明やローマの水道遺構 サイホンの原理 16

17 1 概要と歴史 上下水道の発達 ( 歴史 ) ローマの領域拡大は道路と水道がもたらしたといえる 17

18 1 概要と歴史 上下水道の発達 ( 歴史 ) その頃の水路は石造り 建物内外の導水には陶 木 鉛管が用いられていた 中世のヨーロッパの街には 広場の中心に水場が設けられ 一般の人はそこから水を運んでいた 18

19 1 概要と歴史 上下水道の発達 ( 歴史 ) 下水道は パリでは15 世紀前半 ロンドンでは16 世紀前半から敷設が始まった 18 世紀後半からイギリスで勃興した産業革命は 機械化 都市集中 世界貿易を促進させた その結果 非衛生な都市環境をもたらし インドコレラがヨーロッパ諸都市で猛威をふるった (1830~1854) 19

20 1 概要と歴史 上下水道の発達 ( 歴史 ) これを機に都市衛生が重要視されるようになり 上下水道の整備が格段に進む 産業革命により 伏流水や地下水のくみ上げが水車から蒸気ポンプに替わり 19 世紀前半のロンドンでは緩速砂ろ過による浄水方法が採用された 蒸気ポンプと鉄管の登場により 高い水圧が確保され 19 世紀後半には多層階建物への給水が普通となった 20

21 1 概要と歴史 上下水道の発達 ( 歴史 ) 同時期に下水道も整備され 都市設備 ( インフラ ) としての上下水道システムが完備 20 世紀前半 浄水工程における殺菌操作 高速回転できる電動ポンプ 下水処理法における活性汚泥法 コンクリート 鋳鉄管などの採用がなされた ( アメリカの技術 ) 活性汚泥 : 下水中の微生物が 曝気により繁殖 増殖を行うことにより生じる これにより下水中の有機性汚濁が減少 ( 処理 ) される 21

22 1 概要と歴史 上下水道の発達 ( 歴史 ) 明治以前の城下町に見られる用水や井戸は 中世のヨーロッパの水路と水場に相当し ほぼ同じような導水システムであった 近代的な水道はパーマー ( イギリス ) が指導した横浜水道 (1887 年 ) を端緒とする 三井 ( みい ) 用水取水所沈澄池跡 ( 神奈川県相模原市 ) 22

23 1 概要と歴史 上下水道の発達 ( 歴史 ) ただし 第二次世界大戦終了 (1945 年 ) まで 上下水道ともに その建設は大都市に限られていた それらに適用されていた技術はほとんどがイギリスのものであったが 大戦後はアメリカの技術への転用が進んだ 23

24 1 概要と歴史 給排水 衛生設備の発達 ( 歴史 ) 近代的給排水 衛生設備の構築は 近代的上下水道が整備された19 世紀末に重なる それ以前でも 台所や浴室は屋内施設があったが 悪臭を放つ便所は屋外か隔離室に設けるしかなかった 都市では 室内での排泄は便壷に溜め 道路や側溝に捨てていた 都市環境悪化の大きな原因 24

25 1 概要と歴史 給排水 衛生設備の発達 ( 歴史 ) このやっかいな便器の室内設置を可能にしたのが水洗便器 その発明は1596 年で 産業革命の頃にはトラップのついた可動弁式便器が普及した 25

26 1 概要と歴史 給排水 衛生設備の発達 ( 歴史 ) そして19 世紀末には 現在の陶磁製の洗い出し 洗い落とし サイホン サイホンジェット式が勢ぞろいした 水洗便器の発展と上下水道の整備 給湯機の登場を背景に 浴槽 台所流しなどの水使用機器の室内設置が一般的となった 26

27 1 概要と歴史 給排水 衛生設備の発達 ( 歴史 ) 右図は 1880 年頃のイギリス住宅の給排水設備 図中の矢印は悪臭の発生経路を示しており 気密化とトラップの必要性を解説したものである 27

28 1 概要と歴史 給排水 衛生設備の発達 ( 歴史 ) 右図はトラップと通気管を備えた適正なシステムを示している 19 世紀末から20 世紀初頭にかけて アメリカでは超高層建築がつくられるのに伴い 給排水衛生設備の設計理論の研究と体系化が精力的に進められた それらの成果が NPC(National Plumbing Code) に集約される 28

29 1 概要と歴史 ( 給排水 衛生設備 ) 給排水 衛生設備関連の 日本の歴史 日本では 明治以前は台所では水瓶と流し 五右衛門風呂 汲み取り便所と手水などの水使用スタイルが通例であった 給水 給湯 排水システムの導入は明治以降で 建物個別にイギリス アメリカ ドイツなどの技術が応用されていた 第二次世界大戦後 進駐軍施設の建設を通して NPCの基準が実際に適用された

30 1 概要と歴史 ( 給排水 衛生設備 ) 給排水 衛生設備関連の 日本の歴史 この経験を踏まえ NPC をテキストとした給排水設備基準 ( 空気調和 衛生工学会規格 SHASE-S 206) が 1976 年に作成され 日本の独自性が加味されながら現在に至る

31 2 水資源と水利用 降水量と水資源賦存量 わが国の年間降水量は全国平均で1,700~ 1,800 [mm/ 年 ] 世界平均が970 [mm/ 年 ] なので 約 2 倍を有する比較的水に恵まれた国といえる しかし 日本は地形が急峻で 河川の勾配が急なので 河川水がすぐに海に流出する また 梅雨期と台風期に降水量が多く 季節的な偏りが大きい

32 降水量と水資源賦存量 2 水資源と水利用 日本の代表的河川の河況係数 ( 年間を通しての最小流量に対する最大流量の比 ) は 外国の河川に比べてかなり大きい 河川長さ [km] 河況係数日本吉野川高梁川利根川筑後川木曽川北上川信濃川石狩川淀川 外国ミシシッピ川ドナウ川テムズ川

33 2 水資源と水利用 降水量と水資源賦存量

34 2 水資源と水利用 降水量と水資源賦存量 これは水利用の立場から見ると 条件の良い環境とはいえない ダムはこの流況の不安定さを調節する役割を担っている 宮ヶ瀬ダム ( 神奈川県 )

35 2 水資源と水利用 降水量と水資源賦存量 下図は年間降水量の経年変化 ( 約 100 年 ) 最近 30 年は降水量の多い年と少ない年の変化が大きく 渇水年では都市部を中心に上水道の制限給水などが実施されている

36 2 水資源と水利用 降水量と水資源賦存量 年平均降水量に国土面積を乗じた年平均総降水量は約 6,500 億 [m 3 / 年 ] これから蒸発散量約 2,300 億 [m 3 / 年 ] を差し引いた平均水資源賦存量は約 4,200 億 [m 3 / 年 ] 次スライドの図は 地域別の降水量と水資源賦存量 1 人あたりの水資源賦存量は関東 近畿 北九州 沖縄が低く 地域的な偏りが大きい 渇水年における水資源賦存量は近年各地域とも減少傾向

37 2 水資源と水利用 降水量と水資源賦存量

38 2 水資源と水利用 水環境の機能と人間活動 人間が生命を維持し 安全 衛生 利便 快適な生活をしていく上で 水の持つ役割は極めて重要 大気から降水として地表面に達した水は自然 人工的にさまざまな形態で存在し 人間活動と関わる 水環境 水関連設備の4つの機能 ( 治水 利水 親水 環境保全機能 )

39 2 水資源と水利用 水環境の機能と人間活動 1. 治水機能 : 洪水排除 河川 水路の維持 地下水涵養など 2. 利水機能 : 生活 工業 農業での水利用 水運など 3. 親水機能 : レクリエーション 精神的生活空間としての利用など 4. 環境保全機能 : 生態系の維持 気候調節 地域空間との景観の維持など これらを総合的に配慮した 水環境計画が必要となる

40 2 水資源と水利用 水利用の目的と使用形態 個人 集団から形成される社会において人間が水を利用する目的には次のような点がある 1. 人の生存 実生活のための利用 2. 人の精神的活力源としての利用 3. 工業 農業などの生産活動のための利用 4. エネルギー源としての利用 水使用形態としての都市用水 ( 生活用水 工業用水 ) と農業用水に区分すると次頁のスライドのようになる

41 2 水資源と水利用 水利用の目的と使用形態

42 2 水資源と水利用 水利用の目的と使用形態 わが国では都市用水 農業用水での水使用量は合計で約 892 億 [m 3 / 年 ] (1997 年有効水量ベース 公益事業用水等は含まない ) 内訳としては 都市用水が34%( 生活用水 18.5% 工業用水 15.5%) 農業用水が66% を占める 生活用水は水道により供給される水の大部分を占めており 給水人口 1 人当り1 日平均使用量は324 [l/ 人 日 ] (1997 年 ) となり 1975 年以降で年平均 1.3% の伸びを示している

43 2 水資源と水利用 水利用の目的と使用形態 工業用水の使用動向は わが国の工業活動を表す工業出荷額と関係する 工業用水使用量のうち 回収水の占める割合は約 78%(1998 年 ) と非常に高い ( ただし 1980 年代に入ってからの回収率は微増にとどまっている ) 農業用水は 田畑の灌漑用水と畜産用水に大別されるが 需要量は横ばい傾向にある

44 2 水資源と水利用 水利用の目的と使用形態 従来から農業用水路を流れる水は 灌漑用に限らず 農産物や洗濯物の下洗いなど 日常面で利用されてきた 近年では さらにそれらの用水路を地域の環境保全や人々が憩うことのできる親水空間などとして 多面的機能をもつものとして見直され 整備されるようになってきている

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