ポンプ揚程給水設備

ポンプ全揚程計算ツール｜実揚程+摩擦損失+速度水頭を合算し必要揚程を即算

Q: 実揚程と全揚程の違いは？

実揚程は物理的な高低差(m)のみ、全揚程は摩擦損失+速度水頭を含めた総抵抗。ポンプが実際に打ち勝つ抵抗が全揚程で機種選定の基準値。

Q: 局所損失の加算率はどう決める？

単純系統20%、標準30-40%、複雑70%以上が目安。設計基準書・水理便覧の相当長表で詳細算定も可能。プロセス配管では100%以上のケースも。

Q: 速度水頭を計算する必要は？

通常小さいが無視は不可。高流速(3m/s超)・大口径管では0.5m以上に。設計書には必ず記載。国交省・自治体基準にも記載義務がある場合が多い。

Q: BEP(最大効率点)とは？

Best Efficiency Point。ポンプ効率が最大になる流量-揚程の組合わせ。ここから±30%以上離れると効率低下・振動増加・軸受寿命短縮。

Q: ポンプ選定の余裕率は？

10-20%が標準。過大は過剰能力・電力ロス、過小は流量不足。インバーター制御を組み込めば余裕代の設計自由度が上がり、省エネ効果30-50%期待できる。

Q: キャビテーションの発生条件は？

ポンプ吸込み口の絶対圧力が液体の飽和蒸気圧を下回ると発生。高温水系・高標高地・吸上げ配管が長い系で起きやすい。NPSHa > NPSHr + 0.5mの余裕確保が原則。

Q: 並列運転すれば流量2倍？

理論的には2倍だが実際は1.6-1.8倍。並列で流量が増えると摩擦損失も増加し各ポンプの吐出量が単独時より少なくなる。並列時のH-Q曲線再計算が必要。

Q: 直列運転の使い所は？

高揚程が必要な系統(超高層ビル給水・遠距離送水・消防ポンプ多段接続)。流量一定・揚程2倍だがポンプ間の同期・安全弁配置が重要。

Q: 吸上げ限界は何m？

理論10.33mだが実務は6-7mが限度。摩擦損失・NPSH確保・水温考慮で4-5m以下推奨。深井戸には水中ポンプを使用。

Q: インバーター制御のメリットは？

周波数可変制御で回転数を変え実流量に応じた運転が可能。省エネ効果30-50%、キャビテーション回避、始動電流抑制。マンション給水・工場冷却水で標準装備化。

ポンプ全揚程 H = 実揚程 + 摩擦損失合計 + 速度水頭の3要素をワンクリック合算し、H-Q曲線からポンプ機種選定に直結する必要揚程[m]を即算出。給水・給湯・冷却水・スプリンクラー・排水ポンプの仕様書作成、既設ポンプの更新見積り、ビル改修計画に必須。BEP(最大効率点)選定、NPSH(有効吸込みヘッド)、キャビテーション回避、JIS B 8301/8302・SHASE規準まで解説します。

最終更新：2026-07-30／監修：計算ツールズ編集部

ポンプ全揚程ツール

実揚程(吸込→吐出の高低差)

配管摩擦損失

局所損失(直管損失に対する%)

流量

流量単位

吐出管内径(mm)

全揚程の3要素と計算式

基本式

全揚程 H = 実揚程 Ha + 摩擦損失合計 Hf + 速度水頭 Hv [m]

速度水頭 Hv = v² / (2g) [g=9.81 m/s²]

摩擦損失合計 Hf = 直管損失 × (1 + 局所損失率)

ポンプが打ち勝つべき総抵抗の合計が全揚程です。実揚程は物理的な高低差、摩擦損失は流体が配管・継手・弁を通過する際のエネルギー損失、速度水頭は吐出時に持たされる運動エネルギー分。この3項目の和をベースにポンプメーカーカタログのH-Q曲線と照合して機種選定します。

ポンプ動力への発展式

水動力 Pw = ρ × g × Q × H [W]

軸動力 P = Pw / (η × η_m) [W]

ρ: 液密度(水1000kg/m³), Q: 流量(m³/s), H: 全揚程(m), η: ポンプ効率(0.5〜0.85), η_m: 電動機効率(0.85〜0.95)。全揚程が決まれば動力・電力消費量が算定でき、電気容量・電気料金の見積り根拠になります。

実揚程の定義と押込み・吸込み系

実揚程 Ha の分解

実揚程 Ha = 吸込み揚程 Hs + 吐出し揚程 Hd

吸込み揚程 Hs: ポンプ中心から吸込水面までの垂直距離。ポンプが水面より上にあると正、下にあると負。吐出し揚程 Hd: ポンプ中心から吐出水面(または吐出口)までの垂直距離。

押込み系と吸込み系

押込み系(潅水系): 水源がポンプより高い位置(受水槽下部にポンプ設置等)。吸込み側は正圧で始動、キャビテーションリスク低い。
吸込み系(吸上げ系): 水源がポンプより低い位置(地下ピット・井戸ポンプ等)。理論的吸上げ限界10.33mだが、実務は6-7mが限度。

閉ループ系(冷却水循環等)

閉ループ(冷却塔↔冷凍機、床暖房、床下配管温水暖房)は実質的な高低差ゼロ。全揚程=摩擦損失+速度水頭のみ。膨張タンクを配置して系全体の圧力を安定させます。

摩擦損失(直管+局所)の算定

直管損失の計算

直管損失はDarcy-Weisbach式またはHazen-Williams式で算定。実務ではHazen-Williams式(下記)が広く使用されます。

Hazen-Williams式: Hf = 10.666 × Q^1.85 / (C^1.85 × D^4.87) × L [m]

C: 流速係数(硬質塩ビ管150、鋳鉄管100、コンクリート管120), D: 内径(m), L: 延長(m), Q: 流量(m³/s)。

局所損失の相当長比率

弁・エルボ・T字管・レデューサー・流量計等の局所損失は、実務では直管損失に対する加算率(%)で概算します。詳細計算は各機器の抵抗係数ζ(ゼータ)を積み上げるが、実務は下記の目安値で十分。

系統タイプ	加算率(%)	例
単純系統(弁・継手少)	10-20	短距離給水管・冷媒配管
標準系統	20-40	マンション給水・受水槽揚水
複雑系統(弁・継手多)	40-70	スプリンクラー・冷却水系統
プロセス配管(機器複数)	70-150	化学プラント・熱交換器多段

速度水頭と吐出流速の関係

吐出流速 v = Q / A = Q / (π × D² / 4) [m/s]

速度水頭 Hv = v² / (2 × 9.81) [m]

流速が2倍になると速度水頭は4倍。給水管の推奨流速は1.5〜2.0 m/sで、これを超えると騒音・振動・ウォーターハンマー(水撃圧)のリスクが増大します。

推奨流速の目安

用途	推奨流速(m/s)
給水本管(建物内)	1.5-2.0
給湯系統	0.9-1.5
冷却水系統	2.0-3.0
スプリンクラー	3.0-4.5
ポンプ吸込み口	1.0-1.5
大口径下水本管	0.8-3.0

H-Q曲線とBEP(最大効率点)

ポンプメーカーカタログにはH-Q曲線(横軸Q=流量、縦軸H=揚程)が掲載されています。全揚程を満たす機種を選定する際、以下のポイントを押さえます。

BEP(Best Efficiency Point)

効率がピークになる流量-揚程の組合わせ。BEPから±30%以上離れた運転は避けたい。理由は以下。

BEPから左(小流量側): 内部再循環・過熱・軸振動増加
BEPから右(大流量側): 電動機過負荷・キャビテーション発生
効率低下: 電力ロス増加・運転コスト上昇

安全率の設定

計算全揚程に対して10〜20%の安全率を加えて選定するのが実務。過小選定は流量不足、過大選定は電力ロスと初期投資増。インバーター(VFD)制御なら実流量に応じた最適運転が可能で、大幅な省エネ効果があります。

並列運転・直列運転

並列運転: 揚程一定・流量2倍(実際は1.6〜1.8倍)。大流量が必要な系統に。
直列運転: 流量一定・揚程2倍。高揚程が必要な系統(超高層ビル給水等)に。

NPSHとキャビテーション

NPSH(Net Positive Suction Head)は「有効吸込みヘッド」で、ポンプ吸込み口の絶対圧力が飽和蒸気圧を上回るマージンを表します。

NPSHa(利用可能) > NPSHr(必要) + 0.5m(安全マージン)

NPSHa < NPSHrになるとポンプ内で液体が沸騰・気泡発生し、キャビテーションが起きます。症状は以下。

金属音・振動・騒音の発生
羽根車のエロージョン(表面摩耗)
流量・揚程の急減(ブレークダウン)
軸受・シールの早期故障

対策: 吸込み配管を太くする、吸込み高さを下げる、水温を下げる、吸込み側の弁・継手を減らす。

ポンプ種類別適用範囲

用途・流量・揚程・液性状により選定すべきポンプ種類が異なります。全揚程計算値と流量から適切なポンプ型式を選定してください。

ポンプ種類	流量域	揚程域	主用途
渦巻ポンプ(片吸込)	10〜5000 L/min	10〜80m	給水・冷却水・給湯循環
渦巻ポンプ(両吸込)	1000〜30000 L/min	10〜100m	ビル冷却塔・上水道
多段渦巻ポンプ	100〜3000 L/min	50〜300m	高圧洗浄・スプリンクラー・超高層給水
水中ポンプ	50〜3000 L/min	5〜100m	井戸・地下水・雨水排水
ボア(井戸用)ポンプ	50〜2000 L/min	50〜300m	深井戸・農業揚水
斜流・軸流ポンプ	1000〜100000 L/min	3〜30m	大流量低揚程(排水機場・冷却水循環)
マグネットポンプ	10〜500 L/min	5〜30m	薬液・純水(シールレス)
ダイヤフラム・スクリューポンプ	1〜1000 L/min	5〜50m	高粘度液・スラリー・食品

渦巻ポンプが最も汎用性が高く、給排水・冷却水系統の8割はこの型式でカバー。特殊液・特殊条件では専用型式を選定します。

場面別使い方ガイド

給水・給湯・冷却水設備の新設

設備設計事務所での機種選定。マンション給水(受水槽→高置タンク)、給湯循環、工場冷却水、スプリンクラー用ポンプの必須計算。SHASE-S 206給水基準・消防法スプリンクラー基準に整合させて算定。

農業用揚水・灌漑ポンプ

ため池・河川から農地への揚水ポンプ、排水機場の設計。実揚程が支配的で摩擦損失は相対的に小さいケース。土地改良区の申請書類・設計書作成に。

プラント・化学工場

プロセス液送りポンプの選定。流量・粘度・温度の変動、腐食性・スラリー特性を含めた総合設計。非水系流体はρを補正し、粘度が高い場合はマグネットポンプ・スクリューポンプへ選定変更。

ビル既設ポンプ更新見積り

老朽ポンプ更新時、既存の実揚程・配管系統は変わらないため過去の全揚程実績値を基準に。インバーター制御化で30-50%の省エネが期待でき、投資回収年数を試算。

スプリンクラー消火設備

消防法・消防法施行規則に基づく設計。標準型スプリンクラー(K=80)で流量Q=80×√P、開放型は開放数分の流量。加圧送水装置(消防ポンプ)の全揚程を算定。

ビルメン・設備管理業務

既設ポンプの運転記録との照合。全揚程実測値がカタログ値と大きく異なる場合はキャビテーション・スケール蓄積・逆止弁不具合を疑う。予防保全・不具合診断の一次分析ツールとして。

よくある間違い・注意点

速度水頭を無視 — 通常0.1-0.5mだが、高流速系(4m/s超)や大口径系では1m以上になる。全揚程算定時は必ず加算。
局所損失を無視 — 弁・継手多い系統では直管損失の1.5-2倍になる。相当長換算での加算必須。プロセス配管では直管損失より局所損失の方が大きいことも。
BEPから外れて運転 — 設計流量がBEPから±30%以上離れると効率激減・振動増・軸受寿命短縮。インバーター制御なら幅広い流量域で最適運転可能。
NPSH確認漏れ — キャビテーションを起こすと羽根車エロージョン・急速故障。NPSHa > NPSHr + 0.5mの余裕を必ず確保。特に温水系・高標高地・吸上げ系で注意。
安全率の過大設定 — 30%以上の安全率は過剰能力・電力ロス・初期投資増を招く。10-20%が実務適正、インバーター化で余裕代を吸収するのが現代の主流。
並列運転の流量重ね合わせ誤解 — 2台並列で流量2倍にはならず、実際は1.6〜1.8倍(摩擦損失増加により)。並列時のH-Q曲線再計算が必要。
密度補正忘れ(海水・薬液) — 海水ρ=1025 kg/m³、濃硫酸1840 kg/m³等、水以外の液体では動力計算にρの補正が必要。
周波数・電源相の見落とし — 東日本50Hz・西日本60Hzで揚程・流量が変わる。三相200V・三相400V・単相100Vの選定違いで電気工事増額。

ポンプ電力量とランニングコスト試算

ポンプ選定時は初期費用だけでなく、10〜15年の運転による電力コストが総保有コストの過半を占めるケースが多く、慎重な検討が必要です。

電力量計算

年間電力量 [kWh] = 軸動力 [kW] × 稼働時間 [h/年]

年間電気代 [円] = 年間電力量 × 電力量単価 [円/kWh]

2025年の業務用電力量単価は概ね17〜25円/kWhで、電力会社・時間帯・季節で変動します。ピークシフト・タイムシフト運転の可否も検討ポイント。

電力コスト試算例

用途	軸動力	稼働時間	年間電気代(20円/kWh)
マンション給水(受水槽揚水)	3.7kW	2000h	約148,000円
ビル冷却水循環	15kW	4000h	約1,200,000円
工場プロセス液送	22kW	7200h	約3,168,000円
スプリンクラー(点検運転のみ)	11kW	50h	約11,000円
農業揚水(季節運転)	7.5kW	500h	約75,000円

省エネ手法とROI

インバーター(VFD)化: 電力削減30〜50%、投資回収3〜5年
高効率ポンプ更新: トップランナー基準品で5〜15%削減
台数制御: 部分負荷時に運転台数を減らし効率維持
バルブ絞りをやめる: バルブ絞り運転はエネルギーロス最大

参考文献・公的資料

より正確な設計値・詳細計算法・機種選定は、以下の公的機関・学会・メーカーの一次資料を参照してください。

公益社団法人空気調和・衛生工学会 ― SHASE-S 206・SHASE規準の制定機関。給排水・空調設備でのポンプ設計基準の一次資料。
一般社団法人日本機械学会 ― 「JSME機械工学便覧」でポンプ理論・キャビテーション・流体力学の学術基準。
日本産業標準調査会(JISC) ― JIS B 8301(ポンプ試験方法)等の公式JIS索引。
一般社団法人日本産業機械工業会ポンプ部会 ― ポンプメーカー団体。技術資料・省エネ指針・標準的な選定手順。
消防庁予防基準 ― スプリンクラー・屋内消火栓の加圧送水装置基準、消防法施行規則の公式ページ。
経済産業省トップランナー基準(ポンプ) ― 省エネ法におけるポンプ効率基準・トップランナー方式の適用範囲。
国土交通省水道 ― 水道法・給水装置構造材質基準の総合案内。
厚生労働省水道行政 ― 給水関連法規、給水装置工事主任技術者制度。

※本ツールは公的基準および一般的設計手法に基づく参考計算です。実際のポンプ選定・仕様書作成・機種変更は、最新のJIS/SHASE規準・メーカーカタログ・現場実測データに基づき、建築設備士・給水装置工事主任技術者・消防設備士・機械技術者等の有資格者へご相談ください。特に消防用・水道用・食品プラント用・危険物取扱系のポンプは法定要件が厳格ですので、施工前に所轄行政庁の指導を仰いでください。

よくある質問（FAQ）

実揚程と全揚程の違いは？

実揚程は物理的な高低差(m)のみ、全揚程は摩擦損失+速度水頭を含めた総抵抗。ポンプが実際に打ち勝つ抵抗が全揚程で、機種選定の基準値。

局所損失の加算率はどう決める？

単純な系統20%、標準30-40%、複雑70%以上が目安。設計基準書・水理便覧の相当長表で詳細算定も可能。プロセス配管では100%以上のケースも珍しくない。

速度水頭を計算する必要は？

通常小さいが無視は不可。高流速(3m/s超)・大口径管では0.5m以上に。設計書・見積書には必ず記載。国交省・自治体の技術基準にも記載義務がある場合が多い。

BEP(最大効率点)とは？

Best Efficiency Point: ポンプ効率が最大になる流量-揚程の組合わせ。ここから±30%以上離れると効率低下・振動増加・軸受寿命短縮。

ポンプ選定の余裕率は？

10-20%が標準。過大にすると過剰能力・電力ロス、過小にすると流量不足。インバーター(VFD)制御を組み込めば余裕代の設計自由度が上がり、省エネ効果も30-50%期待できる。

キャビテーションの発生条件は？

ポンプ吸込み口の絶対圧力が液体の飽和蒸気圧を下回ると発生。高温水系・高標高地・吸上げ配管が長い系で起きやすい。NPSHa > NPSHr + 0.5m の余裕確保が原則。

並列運転すれば流量2倍？

理論的には2倍だが実際は1.6-1.8倍。並列で流量が増えると摩擦損失も増加し、H-Q曲線が右下がりのため各ポンプの吐出量が単独時より少なくなる。並列運転時のH-Q曲線再計算が必要。

直列運転の使い所は？

高揚程が必要な系統(超高層ビル給水、遠距離送水、消防ポンプ多段接続)。流量一定・揚程2倍だが、ポンプ間の同期・安全弁配置が重要。ブースターポンプが実例。

吸上げ限界は何m？

理論的には10.33m(大気圧÷水柱)だが、実務は6-7mが限度。摩擦損失・NPSH確保・水温を考慮すると4-5m以下が推奨。深い井戸には水中ポンプ(潜水ポンプ)を使用。

インバーター制御のメリットは？

周波数を可変制御して回転数を変え、実流量に応じた運転が可能。省エネ効果30-50%、キャビテーション回避、始動電流抑制。近年のマンション給水・工場冷却水では標準装備化しつつある。

閉ループ系(冷却水循環)の全揚程は？

閉ループは実質的な高低差ゼロで、全揚程=摩擦損失+速度水頭のみ。膨張タンクを配置して系全体の圧力を安定させる。冷却塔→冷凍機の系統は数十m程度が一般的。

周波数(50Hz/60Hz)で揚程は変わる？

変わります。同じポンプでも東日本50Hz→西日本60Hz移設で、回転数が20%上がるため揚程は約1.44倍(2乗)、流量は約1.2倍、動力は約1.73倍(3乗)。設計時に必ず周波数を確認。