JP5149827B2

JP5149827B2 - 増圧給水システム

Info

Publication number: JP5149827B2
Application number: JP2009019338A
Authority: JP
Inventors: 幸一佐藤
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2029-01-30
Also published as: JP2010174538A

Description

本発明は、水道用配水管に直結して建物の各層ソーンに給水するようにした増圧給水システムに関する。

近年、水道用配水管に直結して給水を行う増圧直結給水方式が広く普及してきている。加えて、最近、大都市においてこの給水方式を１７階建て以上の中高層建物にも適用していく動向が見られ具体的な採用検討が開始されている。

この１７階建て以上の中高層建物に増圧直結給水方式を適用する場合、現行の増圧給水部（ポンプ）を直列に接続して用いるか、高揚程ポンプを開発して用いる等が考えられる。
前者は既に対応規格があるが、後者は規格化をする等の準備が必要である。このため、前者の増圧給水部（ポンプ）を直列に接続して用いる方式が脚光を浴びている。

これらの従来例として特許文献１、特許文献２がある。

実開昭５９−１０７０７２号公報特開平７−３３１７１１号公報

しかしながら、これらのシステムには、例えば低層ゾーン、中層ゾーン、高層ゾーン毎に分けられた給水システム（ポンプ）が独立して作動しているため、一部のゾーンや局所で、短時間に集中した水の使用があった場合、それより低層のゾーンでもポンプを運転させることになるが、上層と下層ゾーンでの圧力変動対策、連系運転や全体システムとしての協調性がなく、一部のゾーンや局所において、給水圧力低下等の問題が生じる恐れがある。そして、低層用、中層用、高層用それぞれのゾーンで、始動・停止のハンチング現象が起こる恐れがある。また、上位層での給水圧力の低下を避けるため、使用水量に対して下位層のポンプが過剰に運転される恐れがある。

全体システムとしての協調性を取るためには、これらの増圧給水部の増圧ポンプの性能を配管設備と各層ゾーンごとに、どのように設定するかを明確にしておらず、これに伴って機種選定に手間がかかるという問題がある。

本発明は、上記従来技術の欠点に鑑み、各増圧給水部の増圧ポンプの性能を低層ゾーン、中層ゾーン及び高層ゾーンの各層ゾーン毎に設備ポンプ性能を設定できる増圧給水システムを提供する。

上記課題を解決するため、本発明は、中高層建物の各層ゾーンに対する給水を、低層ゾーンは水道用配水管に直結した増圧給水部でまかない、中層ゾーンは前段の低層ゾーンの増圧給水部と直結した給水部でまかない、高層ゾーンは前段の中層ゾーンの増圧給水部と直結した高層ゾーンの給水部でまかなうようにした増圧給水システムにおいて、
低層ゾーンの瞬時最大水量をＱ１、中層ゾーンの瞬時最大水量をＱ２、高層ゾーンの瞬時最大水量をＱ３とした時、低層ゾーンの増圧給水部は瞬時最大水量がＱ１＋Ｑ２＋Ｑ３以上のポンプ性能を有し、中層ゾーンの増圧給水部は瞬時最大水量がＱ２＋Ｑ３以上のポンプ性能を有し、高層ゾーンの増圧給水部は瞬時最大水量がＱ３以上のポンプ性能を有したことを特徴とする。

また、本発明は、中高層建物の各層ゾーンに対する給水を、低層ゾーンは水道の配水管に直結した増圧給水部でまかない、中層ゾーンは前段の低層ゾーンの増圧給水部と直結した給水部でまかない、高層ゾーンは前段の中層ゾーンの増圧給水部と直結した高層ゾーンの給水部でまかなうようにした増圧給水システムにおいて、
当該層ゾーンの高位層となるゾーンの増圧給水部の設置位置が当該層ゾーンの最高位水栓より高い場合は、当該層ゾーンの増圧給水部の吐出し側実揚程を前記高位層ゾーンの増圧給水部と当該層ゾーンの増圧給水部との高低差とし、当該層ゾーンの高位層となるゾーンの増圧給水部の設置位置が当該層ゾーンの最高位水栓より低い場合は、当該層ゾーンの増圧給水部の吐出し側実揚程を当該層ゾーンの増圧給水部と上記最高位水栓との高低差とし、当該層ゾーンの増圧給水部は前記高位層ゾーンの増圧給水部の吸込み側圧力ヘッドが１０ｍ程度確保できるポンプ性能を有したことを特徴とする。

また、本発明は、上記記載の増圧給水システムにおいて、当該層ゾーンの高位層となるゾーンの増圧給水部の設置位置が当該層ゾーンの最高位水栓より高い場合は、当該層ゾーンの増圧給水部の吐き出し側実揚程を前記高位層ゾーンの増圧給水部と当該層ゾーンの増圧給水部との高低差とし、当該層ゾーンの高位層となるゾーンの増圧給水部の設置位置が当該層ゾーンの最高位水栓より低い場合は、当該層ゾーンの増圧給水部の吐き出し側実揚程を当該層ゾーンの増圧給水部と上記最高位水栓との高低差とし、当該層ゾーンの増圧給水部は前記高位層ゾーンの増圧給水部の吸い込み側圧力ヘッドが１０ｍ程度確保できるポンプ性能を有したことを特徴とする。

また、本発明は、中高層建物の各層ゾーンに対する給水を、低層ゾーンは水道用配水管に直結した低層ゾーンの増圧給水部でまかない、中層ゾーンは前段の低層ゾーンの増圧給水部と直結した給水部でまかない、高層ゾーンは前段の中層ゾーンの増圧給水部と直結した高層ゾーンの給水部でまかない、各層ゾーンの増圧給水部の動作を制御する制御装置を備えた増圧給水システムにおいて、
前記制御装置は、上記各層ゾーンの増圧給水部を運転する制御するパラメータと、各層毎のポンプ性能Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３が予め記憶されるメモリと、ポンプ性能と必要揚程を入力する設定手段を備え、上記設定手段によりポンプ性能として水量Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３が設定されたとき、低層ゾーンの制御パラメータが読み出されて低層用ゾーンの増圧給水部として運転し、上記設定手段によりポンプ性能として水量Ｑ２＋Ｑ３が設定されたとき、中層ゾーンの制御パラメータが読み出されて中層用ゾーンの増圧給水部として運転し、上記設定手段によりポンプ性能として水量Ｑ３が設定されたとき、高層ゾーンの制御パラメータが読み出されて高層用ゾーンの増圧給水部として運転することを特徴とする。

また、本発明は、中高層建物の各層ゾーンに対する給水を、低層ゾーンは水道用配水管に直結した低層ゾーンの増圧給水部でまかない、中層ゾーンは前段の低層ゾーンの増圧給水部と直結した給水部でまかない、高層ゾーンは前段の中層ゾーンの増圧給水部と直結した高層ゾーンの給水部でまかない、各層ゾーンの増圧給水部の動作を制御する制御装置を備えた増圧給水システムにおいて、
前記制御装置は、上記各層ゾーンの増圧給水部を運転する制御するパラメータと、各層毎の必要揚程ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３が予め記憶されるメモリと、ポンプ性能と必要揚程を入力する設定手段を備え、上記設定手段によりポンプ性能として揚程ＴＨ１が設定されたとき、低層ゾーンの制御パラメータが読み出されて低層用ゾーンの増圧給水部として運転し、上記設定手段により揚程ＴＨ２が設定されたとき、中層ゾーンの制御パラメータが読み出されて中層用ゾーンの増圧給水部として運転し、上記設定手段により揚程ＴＨ３が設定されたとき、高層ゾーンの制御パラメータが読み出されて高層用ゾーンの増圧給水部として運転することを特徴とする。

また、本発明は、中高層建物の各層ゾーンに対する給水を、低層ゾーンは水道用配水管に直結した低層ゾーンの増圧給水部でまかない、中層ゾーンは前段の低層ゾーンの増圧給水部と直結した給水部でまかない、高層ゾーンは前段の中層ゾーンの増圧給水部と直結した高層ゾーンの給水部でまかない、各層ゾーンの増圧給水部の動作を制御する制御装置を備えた増圧給水システムにおいて、
前記制御装置は、上記各層ゾーンの増圧給水部を運転する制御するパラメータと、各層毎のポンプ性能Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、必要揚程ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３が予め記憶されるメモリと、ポンプ性能と必要揚程を入力する設定手段を備え、上記設定手段によりポンプ性能として水量Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３と揚程ＴＨ１が設定されたとき、低層ゾーンの制御パラメータが読み出されて低層用ゾーンの増圧給水部として運転し、上記設定手段によりポンプ性能として水量Ｑ２＋Ｑ３と揚程ＴＨ２が設定されたとき、中層ゾーンの制御パラメータが読み出されて中層用ゾーンの増圧給水部として運転し、上記設定手段によりポンプ性能として水量Ｑ３と揚程ＴＨ３が設定されたとき、高層ゾーンの制御パラメータが読み出されて高層用ゾーンの増圧給水部として運転することを特徴とする。

本発明によれば、協調性を取れた全体システムを構築するために、建物の各ゾーンの増圧給水部の増圧ポンプの性能の設定が容易となる。

本発明の増圧給水システムの一実施例を示すシステム系統図。本発明の一実施例を示す低層ゾーンの増圧給水部の内部構成図。本発明の一実施例を示す中高層ゾーンの増圧給水部の内部構成図。本発明の一実施例を示す制御装置の回路図。本発明の一実施例を示す低層ゾーン増圧給水部の運転特性図。本発明の一実施例を示す中層ゾーン増圧給水部の運転特性図。本発明の一実施例を示す高層ゾーン増圧給水部の運転特性図。本発明の一実施例を示す増圧ポンプの全揚程の説明図。本発明の一実施例を示す揚程計算時の説明図。本発明の一実施例を示す増圧ポンプのインライン設置の構成図。

以下、本発明の一実施例を図１〜図９により説明する。
（実施例）
図１は本発明実施例である中高層建物用の増圧給水システムの系統図を示す。

１は水道配水管、４は吸い込み側を水道配水管枝管２と量水計３を介して水道配水管に直結して、送水管５を介して低層ゾーン需要端（例えば水栓５ａ、５ｂ、５ｃ）へ給水する低層ゾーンの増圧給水部、６は吸い込み側を前記低層ゾーンの増圧給水部送水配管５と直結して、送水管７を介して中層ゾーン需要端（例えば水栓７ａ、７ｂ、７ｃ）へ給水する中層ゾーンの増圧給水部、８は吸い込み側を前記中層ゾーンの増圧給水部送水配管７と直結して、送水管９を介して高層ゾーン需要端（例えば水栓９ａ、９ｂ、９ｃ）へ給水する高層ゾーンの増圧給水部である。

低層と中層ゾーンの増圧給水部４、６の間は、低層ゾーン増圧給水部４が運転している状態を示す運転信号Ｓ１１及びこれのアンサーバック信号Ｓ１２と、中層増圧給水部６が運転している状態を示す運転状態信号Ｓ１３及びこれのアンサーバック信号Ｓ１４の各信号が送受信するように電気的に接続される。

中層と、高層の増圧給水部６、８の間は、中層増圧給水部６が運転している状態を示す運転信号Ｓ２１及びこれのアンサーバック信号Ｓ２２と、高層増圧給水部８が運転している状態を示す運転信号Ｓ２３及びこれのアンサーバック信号２４の各信号が送受信するように電気的に接続される。これらの信号を各増圧給水部の間を相互に送受信することで、連系運転部が構築される。尚、これらの信号は通信を用いても良いし、無線でも良い。

ここで、図１に示す各ゾーンでの単独消費に伴う瞬時最大水量は次の通りとする。
Ｑ１：低層ゾーン単独の瞬時最大水量（ｍ３／ｍｉｎ）
Ｑ２：中層ゾーン単独の瞬時最大水量（ｍ３／ｍｉｎ）
Ｑ３：高層ゾーン単独の瞬時最大水量（ｍ３／ｍｉｎ）
これらの瞬時最大水量は東京都水道局の例では次のようにして決められている。
（東京都水道局の例）
居住人数から瞬時最大使用水量Ｑを求める例。
人数１〜３０人の場合：Ｑ＝２６Ｐ^０．３６（ここでＰは人数）
人数３１〜２００人の場合：Ｑ＝１３Ｐ^０．５６（ここでＰは人数）
人数２０１〜２０００人の場合：Ｑ＝６．９Ｐ^０．６７（ここでＰは人数）
また、図１に示す各ゾーンでの必要な揚程は次の通りとする。
ＨＴ１：低層ゾーンの全揚程（ｍ）
ＨＴ２：中層ゾーンの全揚程（ｍ）
ＨＴ３：高層ゾーンの全揚程（ｍ）
これらの全揚程は東京都水道局の例では次のようにして決められている（図８参照）。
（東京都水道局の例）
吐出し圧力ヘッド（吐出し全揚程に相当）Ｐｏｕｔを求める例
Ｐｏｕｔ＝Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ６
ここで、
Ｐ４：増圧給水部の下流側の給水管や給水栓などの圧力損失
Ｐ５：末端最高位水栓を使用するのに必要な圧力ヘッド
Ｐ６：下位増圧給水部と末端最高位水栓又は上位増圧給水部との高低差
である。

流入圧力ヘッド（吸い込み全揚程に相当）Ｐｉｎを求める例
Ｐｉｎ＝Ｐ０−（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３）
ここで、
Ｐ０：水道配水管の水圧ヘッド
Ｐ１：水道配水管と増圧給水部の設置位置との高低差
Ｐ２：増圧給水部の上流側の吸い込み管や給水器具等の圧力損失
Ｐ３：増圧給水部自体の圧力損失
である。
但し、０＜＝７−Ｈ＜＝Ｐ
ここで、
Ｈ：水道配水管から増圧給水部設置位置までの鉛直高さ
Ｐ：増圧給水部一次側での流入圧低下ポンプ停止設定値
である。
全揚程ＨＴを求めると次の通りとなる。
ＨＴ＝Ｐｏｕｔ−Ｐｉｎ
図８は増圧ポンプの全揚程を示す説明図であり、動水勾配線に示すように上記圧力損失により次第に低下し、最高位水栓で給水に必要な圧力ヘッドＰ５が得られるように給水システムが構築される。

図２は、建物の低層ゾーンに設置される増圧給水部４の内部構成図である。ＣＵ１はこの増圧給水部４の制御装置であり、前記各信号Ｓ１１〜Ｓ１４を送受信すると共に、これらの信号の受信に基いて当該ゾーンの増圧給水部４を運転／停止する。ＢＰ１１、ＢＰ１２はそれぞれ増圧ポンプ１号、２号であり、これらの間は動力ケーブルＳ３４、Ｓ３５を介して上記制御装置ＣＵ１によって交互に運転と停止がなされる。

ＰＳ１１は水道配水管２側の圧力ヘッドを検出する圧力センサであり、検出圧力ヘッドに応じた電気信号Ｓ３０出力し、同様にＰＳ１２は吐出圧力ヘッド（送水圧力ヘッド）を検出する圧力センサであり、検出圧力ヘッドに応じた電気信号Ｓ３１を出力し、それぞれ制御装置ＣＵ１に送信する。ＦＳ１１、ＦＳ１２は、それぞれ増圧ポンプＢＰ１１とＢＰ１２の吐出側に設置された、水使用の過少水量状態を検出する流量スイッチであり、電気信号Ｓ３２、Ｓ３３を制御装置ＣＵ１に発信する。Ｔ１は内部に空気を保有する圧力タンクであり、圧力変動防止、及び蓄圧を目的に使用する。

１１は逆流防止弁であり、増圧給水部４の二次側の逆流を阻止して汚染防止を図る。１５は、途中に逆止め弁１４を設けたバイパス管であり、増圧ポンプＢＰ１１とＢＰ１２に並列設置される。これらのポンプの運転時は、吐出側より水道配水管２側に循環するのを逆止め弁１４が阻止し、一方、水道配水管側圧力ヘッドが十分に高い場合は、上記ポンプを運転しないでこの水道配水管圧でバイパス管１５を経由して給水するものである。１０−１〜１０−６は仕切弁、１２、１３は逆止め弁である。上記増圧ポンプＢＰ１１とＢＰ１２とその関連部品は、配水管にインライン設置されており、詳細については後述する。

図３は建物の中層ゾーンおよび高層ゾーンに設置される増圧給水部６、８の内部構成図である。ＣＵ２、ＣＵ３はそれぞれ増圧給水部６と８の制御装置である。制御装置ＣＵ１とＣＵ２の間では信号Ｓ１１〜Ｓ１４が送受信され、制御装置ＣＵ２とＣＵ３の間では信号Ｓ２１〜Ｓ２４が送受信される。そして上記いずれかの信号の受信に基いて、制御装置ＣＵ２、ＣＵ３はそれぞれ当該ゾーンの増圧給水部６、と増圧給水部８の運転と停止の制御を行う。

ＢＰ２１、ＢＰ２２はそれぞれ増圧ポンプ１号、２号であり、これらの間は図２と同様に動力ケーブルＳ３４、Ｓ３５で結線されおり交互に運転する構成となっている。ＰＳ２１は水道配水管側の圧力ヘッドを検出する圧力センサであり、ここの検出圧力ヘッドに応じた電気信号Ｓ３０を、制御装置ＣＵ２（ＣＵ３）に発信する。同様に、ＰＳ２２は吐出圧力ヘッド（送水圧力ヘッド）を検出する圧力センサであり、ここの検出圧力ヘッドに応じた電気信号Ｓ３１をそれぞれ制御装置ＣＵ２（ＣＵ３）に発信する。

ＦＳ２１、ＦＳ２２は、それぞれ１号及び２号増圧ポンプの吐出側に設置され、水使用の過少水量状態を検出する流量スイッチであり、電気信号Ｓ３２、Ｓ３３を制御装置ＣＵ２（ＣＵ３）に発信する。Ｔ２（Ｔ３）は内部に空気を保有する圧力タンクであり、圧力変動防止及び蓄圧を目的に使用する。又、１０−３〜１０−６は仕切弁、１２、１３は逆止め弁である。上記増圧ポンプＢＰ２１とＢＰ２２とその関連部品は、配水管にインライン設置されており、詳細については後述する。

図３では、上記低層ゾーンの増圧給水部４（図２）に設置されている、逆流防止弁１１（これら前後の仕切り弁１０−１、１０−２も含む）及びバイパス管１５（逆止め弁１４を含む）を省いている。これは、中層ゾーン及び高層ゾーンでは、増圧ポンプＢＰ２１とＢＰ２２の運転により給水され、吸込み側の送水管５（または７）の圧力のみで給水されることがないためである。このように、逆流防止弁１１やバイパス管１５等を省くことにより、設備費の低減が図れと共に、逆流防止弁１１（これら前後の仕切り弁１０−１、１０−２も含む）の抵抗を考慮する必要がなくなるので、その分だけ増圧ポンプＢＰ２１とＢＰ２２のポンプ性能（圧力ヘッド）を低く選定することが可能となる。

図４は各制御装置ＣＵ１〜ＣＵ３の回路図を示す。ＰＷは電源、ＩＮＶ１、ＩＮＶ２はそれぞれ増圧ポンプ１号及び２号を駆動する可変速駆動装置で、例えばインバータである。このインバータは、運転指令信号ＳＴＸ１、ＳＴＸ２により始動停止を行い、周波数指令信号ｆｘ１、ｆｘ２により周波数制御を行い、前記した増圧ポンプ１号及び２号用のモータＩＭ１、ＩＭ２に可変周波数、可変電圧を供給する。

ＣＯＮＳ１、ＣＯＮＳ２はそれぞれオペレータ部であり、インバータの加速時間や過電流トリップレベル等のインバータ性能パラメータ、層ゾーンパラメータ（例えば高層は０、中層は１、低層は２）、水の使用量の多少を判定する周波数パラメータと、この判定結果に基いて下位層ゾーンの増圧給水部に出す運転指令のパラメータ等を設定して記憶部に記憶し、またインバータに個別に運転・停止等を指令するものである。ＥＬＢ１、ＥＬＢ２はこれ以降設置のインバータ、モータＩＭ１、ＩＭ２の漏電保護を行う漏電遮断器である。

ＣＵは制御部であり、マイクロプロセッサーＣＰＵ、入出力ポートＰＩＯ―１〜ＰＩＯ―５、アナログ入出力ポートＤ／Ａ、メモリーＭ、安定化電源回路ＡＶＲで構成されている。又、増圧給水部が作動するのに必要なプログラム、制御パラメータ及びタイマー要素が前記メモリーＭに格納されている。ＳＳは運転停止スイッチであり、ＯＮ状態でＡＶＲを介してＣＵに電源が供給され、ＯＦＦ状態で電源断となり運転中であれば停止する。

Zはリレー駆動手段であり、ＣＰＵのソフト処理によりＰＩＯ−４よりＺにＯＮ、ＯＦＦ信号が出力されて、リレーＳＴＸ１、ＳＴＸ２、Ｘ１、Ｘ２を開閉駆動する。リレーＳＴＸ１、ＳＴＸ２は、前述したインバータの運転／停止信号であり、リレーＸ１は他ゾーンの増圧給水部の制御装置に運転信号を出力し、リレーＸ２はアンサーバック信号を出力する。建物の中層ゾーンの制御装置ＣＵ２の場合は、低層ゾーン及び高層ゾーンに発信することになるため、信号は２点必要となる。これ以外は１点でｏｋである。又、他の増圧給水部（低層ゾーン）の制御装置ＣＵ１からの運転信号Ｓ１１及び（又は）アンサバック信号Ｓ１４は、リレ−Ｘ３、Ｘ４により受信し、これらの信号をＰＩＯ−５より入力する。

ＳＷは、後述の図５〜図７に示す低層、中層、高層のポンプ特性カーブで示される制御パラメータを予め設定するための設定手段（スイッチ）である。これらの制御パラメータはＰＩＯ−３より取り込み、メモリーＭに格納される。具体的には、低層ゾーンの制御装置ＣＵ１のメモリには、図５に示される低層ゾーンの運転の制御パラメータと、ポンプ性能の瞬時最大水量Ｑ１と、低層ゾーンの必要揚程ＴＨ１が予め記憶される。中層ゾーンの制御装置ＣＵ２のメモリには、図６に示される中層ゾーンの運転の制御パラメータと、ポンプ性能を示す瞬時最大水量Ｑ２と、低層ゾーンの必要揚程ＴＨ２が予め記憶される。高層ゾーンの制御装置ＣＵ３のメモリには、図７に示される高層ゾーンの運転の制御パラメータと、ポンプ性能の瞬時最大水量Ｑ３と、高層ゾーンの必要揚程ＴＨ３が予め記憶される。

更に各層ゾーンの制御装置には、各層ゾーンの運転の制御パラメータと、瞬時最大水量・必要揚程との関係が記憶されている。すなわち、建物に各増圧給水部が設置後に、設定手段ＳＷにより、瞬時最大水量（Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３）または、必要揚程ＴＨ１が設定されると、設定された制御装置は、低層ゾーンの制御パラメータを読み出して低層用の運転を実行する。同様に、瞬時最大水量（Ｑ２＋Ｑ３）または、必要揚程ＴＨ２が設定されると、設定された制御装置は、中層ゾーンの制御パラメータを読み出して中層用の運転を実行し、瞬時最大水量（Ｑ３）または、必要揚程ＴＨ３が設定されると、設定された制御装置は、高層ゾーンの制御パラメータを読み出して、高層用としての運転を実行する。

ここで、当該層ゾーンの瞬時最大水量として、その高位層ゾーンの瞬時最大水量を含めるのは、複数層ゾーンが直列運転された場合、当該層ゾーンでその高位層ゾーンの水量もまかなう必要があるからである。さらに、前述した水道の配水管側の圧力ヘッドを検出する圧力センサ、及び吐出側圧力ヘッドを検出する圧力センサの信号も、アナログポートＡ／Ｄにより取り込まれ、メモリーＭに格納処理される（例えば０〜１００ｍに変換）。

なお図４では、リレー駆動手段Ｚ、リレーＳＴＸ１、ＳＴＸ２、Ｘ１〜Ｘ４を、制御装置ＣＵの外に描いているが、制御装置ＣＵの中に含めても良い。

さらに、上記で高位層ゾーンとは、高低を相対的に表現したものであり、例えば、図１のように建物に低層ゾーン、中層ゾーン、高層ゾーンがある場合、中層ゾーンは低層ゾーンに対して高位層ゾーンとなり、高層ゾーンは中層ゾーンに対して高位層ゾーンとなる。

図５は建物の低層ゾーンに設置する増圧給水部ＢＵ１の運転を制御するパラメータを示し運転特性図であり、（ａ）が吸い込み側で（ｂ）が吐き出し側を示す。（ａ）は水道の配水管の圧力ヘッドを意味し、ＳＬＬは同配水管の圧力ヘッドが低下しポンプを停止させるための圧力ヘッドで、ＳＬは復帰圧力ヘッドを示す。通常の設定例でＳＬＬが７ｍ、ＳＬが１０ｍである。ＳＨＨは同配水管の圧力ヘッドが十分高く、増圧ポンプを運転せず配水管の圧力のみで給水するためのパラメータで、ＳＨは復帰圧力ヘッドを示す。通常の設定例では、ＳＨＨを（ｂ）の所定圧Ｈ０かこれより若干高く設定し、ＳＨをＳＨＨより数ｍ低く設定している。

図５（ｂ）は、増圧ポンプの作動を示すためのポンプ性能曲線と、これと関連付けたパラメータを示し、縦軸に全揚程、横軸に吐き出し量Ｑ（Ｑ０は使用最大水量に相当）を表す。

曲線Ａはインバータ周波数ｆｍａｘ（１００％周波数）でポンプ運転時のポンプＱ−Ｈ性能曲線である。曲線Ｆは低層ゾーンの増圧給水部４の運転により、増圧ポンプを可変速運転してこのゾーンに給水した際の、ポンプ自身や送水配管等の抵抗を含んだ負荷ロード曲線である。又、このゾーンへ給水するのに所望な水量が前述した吐き出し量（使用最大水量）Ｑ０であり、所望な圧力ヘッド全揚程Ｈ０である。このＱ０、Ｈ０は設計値であり、これが前述したポンプＱ−Ｈ性能曲線Ａと抵抗曲線Ｆとの交点Ｏに来るよう設計するのが望ましいが、抵抗曲線Ｆ上の交点Ｏより小さくなるよう設計しても良い。

ここで、低層ゾーンに対応して、上記Ｑ０は瞬時最大水量としてＱ０＝Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３とし、また、Ｈ０は全揚程としてＨ０＝ＴＨ１と設定され、制御装置ＣＵ１のメモリＭに設定される。

曲線Ｂ、Ｃは、それぞれインバータ周波数をｆ１、ｆｍｉｎ（最低周波数）まで変えてポンプを運転した時のポンプＱ−Ｈ性能曲線である。インバータ周波数は無段階であり、曲線Ａと曲線Ｃとの間にこれに対応した曲線を引くことが可能であるが、説明の便宜上、代表して曲線Ｂ、Ｃで表している。又、インバータ周波数をｆ１で運転したときは、ポンプのＱ−Ｈ性能曲線はＢで、ポンプ吐き出し量はＱ１となり、インバータ周波数ｆｍｉｎで運転したときは、ポンプのＱ−Ｈ性能曲線はＣであり、ポンプ吐き出し量は０であることを意味している。

そして、使用水量が０〜Ｑ０に変化した場合、増圧ポンプは抵抗曲線Ｆ上に沿って、インバータから出力される周波数ｆｍｉｎ〜ｆｍａｘにより、圧力ヘッドを推定末端圧一定制御と言われる方式により運転制御している。この制御を行う際に、曲線Ｆ上に目標圧力として吐出し量０のときに所望な値をＨ００（インバータ周波数ｆｍｉｎに対応）と、吐出し量Ｑｍａｘのときに所望な値をＨ０（インバータ周波数ｆｍａｘに対応）とを設ける。なお、曲線ＦのＨ００とＨ０間を直線近似、関数として処理、あるいはテーブルとして処理される。

図６は建物の中層ゾーンに設置する増圧給水部ＢＵ２の運転を制御するパラメータを示す運転特性図であり、（ａ）がポンプの吸い込み側、（ｂ）がポンプの吐き出し側を示す。（ａ）では図５（ａ）に示すＳＨＨ、ＳＨを省いており、（ｂ）は図５（ｂ）と同じであるが、設計値のＱ０、Ｈ０が中層ゾーンに給水するのに必要な値となる。

ここで、中層ゾーンに対応して、上記Ｑ０は瞬時最大水量としてＱ０＝Ｑ２＋Ｑ３とし、また、Ｈ０は全揚程としてＨ０＝ＴＨ２と設定され、制御装置ＣＵ１のメモリＭに設定される。

図７は、建物の高層ゾーンに設置する増圧給水部ＢＵ３の運転を制御するパラメータを示す運転特性図であり、（ａ）が吸い込み側、（ｂ）が吐き出し側を示す。（ａ）は図６（ａ）と同じであり、（ｂ）は図６（ｂ）から建物の最高位ゾーンでは必要のない吐き出し圧力一定制御時の水平線Ｇを省いている。すなわち、高層ゾーンではポンプが抵抗曲線Ｆに沿って運転されるので、水平線Ｇが不要なためである。なお、設計値のＱ０、Ｈ０が高層ゾーンに給水するのに必要な値となる。

ここで、高層ゾーンに対応して、上記Ｑ０は瞬時最大水量としてＱ０＝Ｑ３とし、また、Ｈ０は全揚程としてＨ０＝ＴＨ３と設定され、制御装置ＣＵ１のメモリＭに設定される。

なお、図５〜図７でＰＯＮは増圧ポンプの始動圧力ヘッド（大体はＨ００の近くに設定）、ＰＯＦＦは増圧ポンプの停止圧力ヘッド（大体はＰＯＮより高く設定）である。Ｑｍｉｎは水使用が過少水量の場合に増圧ポンプを停止させるための吐き出し量であり、前述した流量検出手段によって検出する。さらに、この状態を検出して、停止させる直前に圧力タンクへの蓄圧を図るために、インバータ周波数をｆｏｆｆまで高めて増圧ポンプを運転してから停止させる。このとき、増圧ポンプはポンプＱ−Ｈ性能曲線Ｄに沿って運転され、停止圧力ヘッドがＰＯＦＦに達すると、停止される。尚、前述の吸い込み側の制御は、圧力センサＰＳ１１（ＰＳ２１）の検出により行い、吐き出し側の制御は圧力センサＰＳ１２（ＰＳ２２）の検出により行なうものである。

図９は、前揚程を計算するときの説明図である。当該（下位または低位）層ゾーンの吐き出し圧力ヘッド（吐き出し全揚程に相当）をＰｏｕｔとした時、（ａ）は、前記当該層ゾーンの上位（高位）層ゾーンの増圧給水部の設置位置が、前記当該層ゾーンの最高位水栓より高い場合を示し、このときのＰｏｕｔ（吐き出し側実揚程）を、前記上位層ゾーンの増圧給水部ＢＵと当該層ゾーンの増圧給水部との高低差としている。

また、（ｂ）は、前記当該層ゾーンの上位層ゾーンの増圧給水部の設置位置が、前記当該層ゾーンの最高位水栓より低い場合を示し、吐き出し側実揚程を前記当該層ゾーンの増圧給水部と前記最高位水栓との高低差としている。いずれにしても、前記当該層ゾーンの増圧給水部は、前記上位層ゾーンの増圧給水部の吸い込み側圧力ヘッドが１０ｍ程度を確保できるような、必要圧力ヘッドを満足するポンプ性能を有する増圧ポンプを備え、中高層建物用増圧給水システムを構築したものである。

図９（ａ）（ｂ）を言い換えれば、当該層ゾーンの上位層ゾーンの増圧給水部の設置位置と、当該層ゾーンの最高位水栓の設置位置とを比べ、いずれか高い位置（同じ高さの場合を含む。）と当該層ゾーンの増圧給水部との高低差を、吐き出し側実揚程としているものである。

以上のように構成したものについて各実施態様について説明する。
（第１の実施態様）
増圧給水システムは、中高層建物の各層ゾーンに対する給水を、低層ゾーンは水道用配水管に直結した増圧給水部ＢＵ１でまかない、中層ゾーンは前段の低層ゾーンの増圧給水部と直結した給水部ＢＵ２でまかない、高層ゾーンは前段の中層ゾーンの増圧給水部と直結した高層ゾーンの給水部ＢＵ３でまかなうように構成されている。そして、低層ゾーンの瞬時最大水量をＱ１、中層ゾーンの瞬時最大水量をＱ２、高層ゾーンの瞬時最大水量をＱ３とした時、複数層ゾーンの増圧給水部が直列運転された場合に必要な瞬時最大水量として、低層ゾーンの増圧給水部ＢＵ１は瞬時最大水量がＱ１＋Ｑ２＋Ｑ３以上であることを満足するポンプ性能を有し、中層ゾーンの増圧給水部ＢＵ２は瞬時最大水量がＱ２＋Ｑ３以上であることを満足するポンプ性能を有し、高層ゾーンの増圧給水部ＢＵ３は瞬時最大水量がＱ３以上であることを満足するポンプ性能を有するように構成されている。

上記各層ゾーンの前記制御装置は、前記各層ゾーンの単独に必要な瞬時最大水量（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３）に基いて、複数層ゾーンの増圧給水部が直列運転された場合に必要な瞬時最大水量をパラメータとして設定記憶される。このときのパラメータは、当該層ゾーンの瞬時最大水量とその高位層ゾーンの瞬時最大水量の加算した水量以上の水量となる。

（第２の実施態様）
前述したように、各層ゾーンの吐き出し圧力ヘッド（吐き出し全揚程に相当）をＰＯＵＴとした時、前記各層ゾーンの上位層ゾーンの増圧給水部設置位置が、最高位水栓より高い場合は吐き出し側実揚程を前記上位層ゾーンの増圧給水部と下位層ゾーンの増圧給水部との高低差とし、前記各層ゾーンの上位層ゾーンの増圧給水部設置位置が、最高位水栓より低い場合は吐き出し側実揚程を前記下位層ゾーンの増圧給水部と最高位水栓との高低差とし、前記上位層ゾーンの増圧給水部の吸い込み側圧力ヘッドを１０ｍ程度確保できるよう末端必要圧力ヘッドを満足するポンプ性能を有した増圧ポンプで構成し、中高層建物用増圧給水システムを構築したものである。

（第３の実施態様）、
第１の実施態様と第２の実施態様とを共に満足するポンプ性能を有した増圧ポンプで構成し、中高層建物用増圧給水システムを構築したものである。

（第４の実施態様）
増圧給水システムは、中高層建物の各層ゾーンに対する給水を、低層ゾーンは水道用配水管に直結した低層ゾーンの増圧給水部でまかない、中層ゾーンは前段の低層ゾーンの増圧給水部と直結した給水部でまかない、高層ゾーンは前段の中層ゾーンの増圧給水部と直結した高層ゾーンの給水部でまかない、各層ゾーンの増圧給水部の動作を制御する制御装置を備えている。そして、前記制御装置は、上記各層ゾーンの増圧給水部を運転する制御するパラメータと、各層毎のポンプ性能Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３が予め記憶されるメモリと、ポンプ性能と必要揚程を入力する設定手段を備え、上記設定手段によりポンプ性能として水量Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３が設定されたとき、低層ゾーンの運転パラメータが読み出されて低層用ゾーンの増圧給水部として運転し、上記設定手段によりポンプ性能として水量Ｑ２＋Ｑ３が設定されたとき、中層ゾーンの運転パラメータが読み出されて中層用ゾーンの増圧給水部として運転し、上記設定手段によりポンプ性能として水量Ｑ３が設定されたとき、高層ゾーンの運転パラメータが読み出されて高層用ゾーンの増圧給水部として運転するように構成されている。

（第５の実施態様）
増圧給水システムは、中高層建物の各層ゾーンに対する給水を、低層ゾーンは水道用配水管に直結した低層ゾーンの増圧給水部でまかない、中層ゾーンは前段の低層ゾーンの増圧給水部と直結した給水部でまかない、高層ゾーンは前段の中層ゾーンの増圧給水部と直結した高層ゾーンの給水部でまかない、各層ゾーンの増圧給水部の動作を制御する制御装置を備えている。そして、前記制御装置は、上記各層ゾーンの増圧給水部を運転する制御するパラメータと、各層毎の必要揚程ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３が予め記憶されるメモリと、ポンプ性能と必要揚程を入力する設定手段を備え、上記設定手段によりポンプ性能として揚程ＴＨ１が設定されたとき、低層ゾーンの運転パラメータが読み出されて低層用ゾーンの増圧給水部として運転し、上記設定手段により揚程ＴＨ２が設定されたとき、中層ゾーンの運転パラメータが読み出されて中層用ゾーンの増圧給水部として運転し、上記設定手段により揚程ＴＨ３が設定されたとき、高層ゾーンの運転パラメータが読み出されて高層用ゾーンの増圧給水部として運転するように構成されている。

（第６の実施態様）
増圧給水システムは、中高層建物の各層ゾーンに対する給水を、低層ゾーンは水道用配水管に直結した低層ゾーンの増圧給水部でまかない、中層ゾーンは前段の低層ゾーンの増圧給水部と直結した給水部でまかない、高層ゾーンは前段の中層ゾーンの増圧給水部と直結した高層ゾーンの給水部でまかない、各層ゾーンの増圧給水部の動作を制御する制御装置を備えている。

そして、前記制御装置は、上記各層ゾーンの増圧給水部を運転する制御するパラメータと、各層毎のポンプ性能Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、必要揚程ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３が予め記憶されるメモリと、ポンプ性能と必要揚程を入力する設定手段を備え、上記設定手段によりポンプ性能として水量Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３と揚程ＴＨ１が設定されたとき、低層ゾーンの運転パラメータが読み出されて低層用ゾーンの増圧給水部として運転し、上記設定手段によりポンプ性能として水量Ｑ２＋Ｑ３と揚程ＴＨ２が設定されたとき、中層ゾーンの運転パラメータが読み出されて中層用ゾーンの増圧給水部として運転し、上記設定手段によりポンプ性能として水量Ｑ３と揚程ＴＨ３が設定されたとき、高層ゾーンの運転パラメータが読み出されて高層用ゾーンの増圧給水部として運転する構成されている。

（第７の実施態様）
図１０は、図２及び図３に示す増圧ポンプとその関連部品がインライン設置された構成図で、図２の構成を代表して説明する。図２と同一部分を同一符号で示す。配水管２は建物内に縦向きに設置され、低層ゾーンから高層ゾーンに水を流している。この配水管２の途中には、仕切弁１０−１、１０−２及び逆流防止弁１１が直列接続されている。また、増圧ポンプＢＰ１１には、仕切弁１０−３、１０−５、逆流防止弁１２、流量スイッチＦＳ１１が直列接続されている。ＢＰ１２には、仕切弁１０−４、１０−６、逆流防止弁１３、流量スイッチＦＳ１２が直列接続されている。

そして、これらの増圧ポンプＢＰ１１とＢＰ１２の２系統とバイパス管１５を並列接続して上下を共通の送水管として、制御装置ＣＵ１を除く部品で増圧給水部を構成し、この増圧給水部を図１０に示すように、配水管２の途中に直列にインライン設置する。なお、中層、高層ゾーンの増圧給水部では、バイパス管１５が省かれている。

従来は、各層ゾーンに増圧給水部に設置するに際し設置スペースが問題となっており、特に中層ゾーン、高層ゾーンでの設置スペースの確保が困難で、設備費増大の原因となっていた（低層ゾーンは地面に設置可）。上記構成のインライン設置による増圧給水部は、低層ゾーン、中層ゾーン、高層ゾーンに設置されても、配管の途中に設置されるので設置スペースが少なくて済み、設備費を低減することができる。

ＢＵ１…低層ゾーンの増圧給水部、ＢＵ２…中層ゾーンの増圧給水部、ＢＵ３…高層ゾーンの増圧給水部、ＴＨ１〜ＴＨ３…揚程、Ｑ１〜Ｑ３…瞬時最大水量、ＣＵ…制御部、ＣＵ１〜ＣＵ３…制御装置。

Claims

中高層建物の各層ゾーンに対する給水を、低層ゾーンは水道用配水管に直結した増圧給水部でまかない、中層ゾーンは前段の低層ゾーンの増圧給水部と直結した給水部でまかない、高層ゾーンは前段の中層ゾーンの増圧給水部と直結した高層ゾーンの給水部でまかなうようにした増圧給水システムにおいて、
低層ゾーンの瞬時最大水量をＱ１、中層ゾーンの瞬時最大水量をＱ２、高層ゾーンの瞬時最大水量をＱ３とした時、低層ゾーンの増圧給水部は瞬時最大水量がＱ１＋Ｑ２＋Ｑ３以上のポンプ性能を有し、中層ゾーンの増圧給水部は瞬時最大水量がＱ２＋Ｑ３以上のポンプ性能を有し、高層ゾーンの増圧給水部は瞬時最大水量がＱ３以上のポンプ性能を有したことを特徴とする増圧給水システム。
中高層建物の各層ゾーンに対する給水を、低層ゾーンは水道の配水管に直結した増圧給水部でまかない、中層ゾーンは前段の低層ゾーンの増圧給水部と直結した給水部でまかない、高層ゾーンは前段の中層ゾーンの増圧給水部と直結した高層ゾーンの給水部でまかなうようにした増圧給水システムにおいて、
当該層ゾーンの高位層となるゾーンの増圧給水部の設置位置が当該層ゾーンの最高位水栓より高い場合は、当該層ゾーンの増圧給水部の吐出し側実揚程を前記高位層ゾーンの増圧給水部と当該層ゾーンの増圧給水部との高低差とし、当該層ゾーンの高位層となるゾーンの増圧給水部の設置位置が当該層ゾーンの最高位水栓より低い場合は、当該層ゾーンの増圧給水部の吐出し側実揚程を当該層ゾーンの増圧給水部と上記最高位水栓との高低差とし、当該層ゾーンの増圧給水部は前記高位層ゾーンの増圧給水部の吸込み側圧力ヘッドが１０ｍ程度確保できるポンプ性能を有したことを特徴とする増圧給水システム。
請求項１記載の増圧給水システムにおいて、
当該層ゾーンの高位層となるゾーンの増圧給水部の設置位置が当該層ゾーンの最高位水栓より高い場合は、当該層ゾーンの増圧給水部の吐き出し側実揚程を前記高位層ゾーンの増圧給水部と当該層ゾーンの増圧給水部との高低差とし、当該層ゾーンの高位層となるゾーンの増圧給水部の設置位置が当該層ゾーンの最高位水栓より低い場合は、当該層ゾーンの増圧給水部の吐き出し側実揚程を当該層ゾーンの増圧給水部と上記最高位水栓との高低差とし、当該層ゾーンの増圧給水部は前記高位層ゾーンの増圧給水部の吸い込み側圧力ヘッドが１０ｍ程度確保できるポンプ性能を有したことを特徴とする増圧給水システム。
中高層建物の各層ゾーンに対する給水を、低層ゾーンは水道用配水管に直結した低層ゾーンの増圧給水部でまかない、中層ゾーンは前段の低層ゾーンの増圧給水部と直結した給水部でまかない、高層ゾーンは前段の中層ゾーンの増圧給水部と直結した高層ゾーンの給水部でまかない、各層ゾーンの増圧給水部の動作を制御する制御装置を備えた増圧給水システムにおいて、
前記制御装置は、上記各層ゾーンの増圧給水部を運転する制御パラメータと、各層毎のポンプ性能の水量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３が予め記憶されるメモリと、ポンプ性能を入力する設定手段を備え、上記設定手段によりポンプ性能として水量Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３が設定されたとき、低層ゾーンの制御パラメータが読み出されて低層用ゾーンの増圧給水部として運転し、上記設定手段によりポンプ性能として水量Ｑ２＋Ｑ３が設定されたとき、中層ゾーンの制御パラメータが読み出されて中層用ゾーンの増圧給水部として運転し、上記設定手段によりポンプ性能として水量Ｑ３が設定されたとき、高層ゾーンの制御パラメータが読み出されて高層用ゾーンの増圧給水部として運転することを特徴とする増圧給水システム。
中高層建物の各層ゾーンに対する給水を、低層ゾーンは水道用配水管に直結した低層ゾーンの増圧給水部でまかない、中層ゾーンは前段の低層ゾーンの増圧給水部と直結した給水部でまかない、高層ゾーンは前段の中層ゾーンの増圧給水部と直結した高層ゾーンの給水部でまかない、各層ゾーンの増圧給水部の動作を制御する制御装置を備えた増圧給水システムにおいて、
前記制御装置は、上記各層ゾーンの増圧給水部を運転する制御パラメータと、各層毎の必要揚程ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３が予め記憶されるメモリと、必要揚程を入力する設定手段を備え、上記設定手段により揚程ＴＨ１が設定されたとき、低層ゾーンの制御パラメータが読み出されて低層用ゾーンの増圧給水部として運転し、上記設定手段により揚程ＴＨ２が設定されたとき、中層ゾーンの制御パラメータが読み出されて中層用ゾーンの増圧給水部として運転し、上記設定手段により揚程ＴＨ３が設定されたとき、高層ゾーンの制御パラメータが読み出されて高層用ゾーンの増圧給水部として運転することを特徴とする増圧給水システム。
中高層建物の各層ゾーンに対する給水を、低層ゾーンは水道用配水管に直結した低層ゾーンの増圧給水部でまかない、中層ゾーンは前段の低層ゾーンの増圧給水部と直結した給水部でまかない、高層ゾーンは前段の中層ゾーンの増圧給水部と直結した高層ゾーンの給水部でまかない、各層ゾーンの増圧給水部の動作を制御する制御装置を備えた増圧給水システムにおいて、
前記制御装置は、上記各層ゾーンの増圧給水部を運転する制御するパラメータと、各層毎のポンプ性能の水量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、必要揚程ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３が予め記憶されるメモリと、ポンプ性能と必要揚程を入力する設定手段を備え、上記設定手段によりポンプ性能として水量Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３と揚程ＴＨ１が設定されたとき、低層ゾーンの制御パラメータが読み出されて低層用ゾーンの増圧給水部として運転し、上記設定手段によりポンプ性能として水量Ｑ２＋Ｑ３と揚程ＴＨ２が設定されたとき、中層ゾーンの制御パラメータが読み出されて中層用ゾーンの増圧給水部として運転し、上記設定手段によりポンプ性能として水量Ｑ３と揚程ＴＨ３が設定されたとき、高層ゾーンの制御パラメータが読み出されて高層用ゾーンの増圧給水部として運転することを特徴とする増圧給水システム。