トイレ設備からの排水について考える

　トイレ・リフォームが普及していることを知り、４０年近く使っていた家のトイレ設備を新しいものに取り替えた。新しい設備は節水型になっていて、前のものより少ない水量で済ませる。

　業者は、節水型はつまりやすいような話をしていたので、新しいトイレは、節水という長所がある反面、つまりやすいという短所があるものと理解していた。しかし、取付工事をしてもらった職人さんのお話では、つまりやすいか否かは便器の先の下水管の形状や配置によるということである。どうもトイレ設備だけに注目していて、下水管のことを考えていなかった。

　そこで、下水管の形状や配置が排水状態にどのような影響を及ぼすのかについて考察することにした。

　流体力学の基本的な法則として、ベルヌーイの定理がある。これは、流体の圧力と流速との関係を示す方程式であり、密度が１の流体の圧力をｐ、流速をｖ、流管の高低差をｚとすると、細い流管または一つの流線について次の式が成り立つ。
　　　ｐ＋ｖ＾２／２＋ｇｚ＝ｃ（一定値）

　今の下水管の場合、下水管を流れる排水について、平均的にはこの式が成り立つと仮定する。

　ｚ＝０の場合、
ｐ＝ｃ－ｖ＾２／２
であるから、ｐはｖの二次式である。

　この式のグラフを描いてみるとすぐ分かるが、ｐがある値より上がると、流速ｖは下がり、ｐがその値より下がるとｖが上がる。

　そうすると、下水管の途中にカーブがある場合には、流水にはｐのほかに遠心力が加わるので、ストレート管の場合のｐ値が上がる方向となり、ｖが下がる。

　また、下水管に高低差ｚの傾斜がある場合には、降下するときにはｚ＜０であるから、流水のｐ値から重力の成分ｇｚが差し引かれることになり、ｇｚの大きさに応じてｖが上がる。

　以上述べたように、下水管の形状や配置により、望ましい流水の速度より流速が下がる場合には、その作用は便器の流水状態にも波及し、つまりやすいということになる。