ウォーターハンマー（水撃作用）とは？｜発生メカニズム・影響・設計上の対策を徹底解説

ウォーターハンマー（水撃作用）とは

ウォーターハンマー（water hammer）とは、配管内を流れる液体が急激に減速・停止したとき、その運動エネルギーが圧力エネルギーに変換されて配管内に衝撃的な圧力波が生じる現象です。日本語では水撃作用とも呼ばれます。

この圧力波は音速に近い速さで配管内を伝播するため、配管・継手・弁・機器に繰り返し過大な応力が加わり、最終的には亀裂・漏水・設備の損傷につながります。

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発生メカニズム｜ジュコフスキーの式で理解する

ウォーターハンマーで発生する水撃圧の最大値は、ジュコフスキーの式で概算できます。

ΔP = ρ × a × ΔV

記号	意味	単位
ΔP	水撃圧（圧力上昇分）	Pa
ρ	液体の密度（水：約1,000）	kg/m³
a	配管内の音速（一般的な鋼管：約1,200〜1,400）	m/s
ΔV	流速の変化量	m/s

計算例： 流速2 m/sで流れている給水管を急閉止した場合
ΔP = 1,000 × 1,200 × 2 = 2,400,000 Pa（約2.4 MPa）

通常の給水圧力が0.1〜0.3 MPa程度であることを考えると、この値がいかに大きいかわかります。配管の許容圧力を容易に超えてしまう可能性があります。

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建物設備での発生箇所

給水・給湯設備

• 電磁弁・電動弁の急閉止：洗濯機・食洗機・自動水栓などで頻繁に発生
• 逆止弁の閉止：ポンプ停止時に逆止弁が急閉すると大きな水撃が生じる
• ポンプの急起動・急停止：揚水ポンプや循環ポンプで起こりやすい

空調・冷却水設備

• チラー・熱交換器まわりの流量制御弁：ON/OFF制御弁は急閉止が発生しやすい
• 冷却塔への補給水ライン：ボールタップや電磁弁の急閉による圧力変動

消火設備

• スプリンクラーの一斉開放弁：開放時の急激な流量変化で水撃が生じやすい

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影響・被害

繰り返し発生するウォーターハンマーは以下のような問題を引き起こします。

配管・機器への損傷

• 継手・フランジ部からの漏水
• 配管の疲労亀裂
• 弁・ストレーナの損傷

建物・居住性への影響

• 壁・床を伝わる衝撃音（バン・ゴンという音）
• 配管支持金物の緩み・脱落
• 振動による他設備への悪影響

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設計上の対策

① ウォーターハンマー防止弁（水撃防止器）の設置

配管の末端や弁の近傍に設置し、圧力波のエネルギーをアキュムレータ内のエアクッションで吸収します。

選定ポイント：

• 設置箇所の最高使用圧力に適合した製品を選ぶ
• 水平配管・立て管のいずれにも対応できるタイプか確認
• 定期的なエア補充が不要なダイヤフラム式が維持管理上おすすめ

② ソフトクロージングバルブの採用

閉止に要する時間を長くすることで流速の変化率（ΔV/Δt）を下げ、水撃圧を低減します。電動弁では閉止時間を5〜10秒以上に設定することが目安です。

③ 流速の適正管理

配管内流速が高いほど水撃圧は大きくなります。給水配管の流速は一般に以下を目安に設計します。

配管種別	推奨流速
給水横引管	1.0〜2.0 m/s以下
給水立て管	1.0〜3.0 m/s以下
給湯管	1.5 m/s以下

④ ポンプ周りの対策

• フライホイールの設置：ポンプの慣性を大きくして急停止を防ぐ
• 緩閉式逆止弁の採用：弁体がゆっくり閉まることで水撃圧を抑える
• サージタンクの設置：大規模設備では圧力緩衝タンクを設ける

⑤ 配管設計の工夫

• 配管内にエアだまりが生じない勾配設計（空気が溜まると水撃を悪化させる）
• 急激な断面変化・曲がりを極力避ける
• 配管固定・支持を適切に行い、振動の伝播を抑える

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チェックリスト｜設計時の確認事項

• 電磁弁・電動弁の使用箇所に水撃防止器を検討したか
• 弁の閉止時間を仕様書で確認・指定したか
• 給水・給湯管の流速が適正範囲に収まっているか
• ポンプ停止時の逆流対策（緩閉式逆止弁など）を検討したか
• 配管の支持・固定が振動を考慮した計画になっているか

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まとめ

ウォーターハンマーは「配管からの音がうるさい」という程度の問題ではなく、放置すれば配管破損・漏水・設備損傷につながる重大なリスクです。

設計段階での対策が最もコスト効率が高く、ジュコフスキーの式で発生圧力を概算しながら、防止弁・ソフトクロージング弁・流速管理を組み合わせることが重要です。既存設備で問題が発生している場合は、まず水撃防止器の後付け設置から検討しましょう。

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