ウォーターハンマー現象とは？発生する原因と対策を徹底解説！

水道の蛇口を閉めたとき、床下や壁から突然大きな騒音が聞こえた経験はありますか？
それはウォーターハンマー現象かもしれません。
今回の記事ではウォーターハンマー現象について、以下の3点を主に解説します。

最後まで読んでいただくことでウォーターハンマー現象の原因とそれを起こさないための工夫について知ることができます。
そのままにしておくと近隣トラブルになりかねませんので早めに対策をしておきましょう。

ウォーターハンマー現象とは？

ウォーターハンマー現象とは、流体の速度が急激に変化するとき流体に強い圧力が発生してしまう現象のことをいいます。
ウォーターハンマー現象はその名の通り、ハンマーで叩いたような音が出る現象で、「水撃作用」と呼ばれることもあります。
ウォーターハンマー現象は流体における現象の一つで、流体の運動エネルギーが圧力エネルギーに変換されてしまうことで発生するものです。運動エネルギーが圧力エネルギーに変わるのは流体の速度が急激に現象するときです。
日常生活においては、水道管でウォーターハンマー現象が起こる可能性があります。もしも起こってしまうと、その圧力による強い衝撃が水道管にかかってしまったり、大きな騒音が発生します。
ウォーターハンマー現象が引き起こす問題は複数ありますが、重大なものだと、水道管の破裂や不気味な振動の発生など、日常生活に支障をきたしてしまいます。
ウォーターハンマー現象は何らかの原因によって引き起こされるものですが、事前に対策をしておくことで発生確率を抑えることが可能です。詳しい方法については以降の章で説明します。

ウォーターハンマー現象の原因

日常生活において水道管でウォーターハンマー現象が発生してしまう原因は大きく分けて3つです。

いずれのケースにおいても、水による衝撃波の発生が大元の原因になっています。
ただし、水による衝撃波が発生するタイミングはいくつかのパターンがありますのでそれぞれ解説します。

水道管内の急激な圧力上昇

水道管内での急激な圧力の上昇が起こると、ウォーターハンマー現象が発生する可能性が高くなります。
例えば、レバー式の水栓を勢いよく閉めてしまうケースです。水が勢いよく流れているところで水栓を急に閉めると、今まで流れていた水のエネルギーが行き場を失ってしまいます。その結果、水道管の圧力が上昇します。
水道管の圧力が上昇すると水道管にかかるエネルギーが大きくなり、衝撃音が発生してしまいます。
また、勢いよく流れていた水が静止している水に衝突することによっても衝撃波が発生することがあります。
まとめると、水の運動エネルギーが圧力に変わって、水道管や水自体にぶつかり合って大きな音が鳴るということです。

水柱分離による水の衝突

水を汲み上げているときにポンプを急停止すると、今まで動いていた水は慣性の法則で同じ方向に進み続けようとする力が働きます。一方でポンプは稼働していないため、水の供給量が減少します。
このような場合、配管内の圧力が急激に低下して、水が蒸発してしまい、一部分が蒸気の層になる現象が起こります。これを水柱分離といいます。
水柱分離が発生している状態で、徐々に圧力が回復すると蒸気によって隔られていた水柱同士がぶつかり合い、衝撃を発生させます。

長い水道管や傾斜の変化

水道管が長い場合、水の流れが途中で急激に変化することがあります。これと同様に傾斜が変化しても水の流れが急激に変化してしまいます。
急激な圧力変化が発生してしまう場合、ウォーターハンマー現象が発生する可能性が高まります。
流速を適切にコントロールして急激な水の流れの変化をさせないことでウォーターハンマー現象が起こるリスクを下げることは可能です。

突然ウォーターハンマー現象が起こる理由

今まで通りに生活していても、突然ウォーターハンマー現象が起こることがあります。
水栓をゆっくり閉めるなど、ご自身でできる対策を講じていたとしても、ある条件下では発生します。
この章では、普段通り生活していたとしても、日常生活でウォーターハンマー現象が起きてしまう理由について解説します。

近隣の居住数が増えて水圧が変化した

特に集合住宅などで、近隣の居住数が増えるとウォーターハンマー現象が起こってしまう可能性があります。
その理由は水量の変化による水圧の変化が考えられるからです。
単純に住んでいる人が多くなればなるほど、消費される水の量が増えます。水の量が増えるとその分、水が持つ運動エネルギーの変化量は大きくなり、急激な圧力変化を引き起こしてしまうのです。
また、住民の生活スタイルによって、入浴や洗い物で大量に水が使われる時間帯などがある程度決まっているケースにおいても急激な水圧の変化を催してしまうために、ウォーターハンマー現象が発生しやすくなります。
戸建て住宅でも周囲に住宅が増え始めると供給される水道の圧力が高くなりますのでウォーターハンマー現象が発生してしまう可能性があります。
ウォーターハンマー現象が頻発している場合にはご自身と近隣住民の問題ですので、一度相談されてみるとよいかもしれません。
管理会社によって管理されている物件ならばそちらに問い合わせするのも良い方法です。

配管工事のための水量が増えた

従来はウォーターハンマー現象が起こっていなかったのに、急激に発生するようになった場合、水道管の配管工事がされた可能性があります。
配管に新しいバルブや弁が取り付けられると、それが水の流れが急激に変化してしまう原因となり、ウォーターハンマーの原因になります。
また、単純に配管の径が大きくなると水の量が増えるため、水の運動エネルギーに変化が生じてしまい、これまで通りに生活していたとしてもウォーターハンマー現象に遭遇してしまう恐れがあります。
実際には配管工事を行う際に、ウォーターハンマー現象が起きづらいように設計されるはずですが、もしも住んでいて、ウォーターハンマー現象に悩まされている場合には、早めに関係する組織に連絡する方が良いでしょう。

備え付けの水撃防止器が破損した

ウォーターハンマー現象が起こるかもしれないと想定される場所に、あらかじめ水撃防止器が設置されている場合があります。
この水撃防止器によってウォーターハンマー現象が食い止められていた場合、水撃防止器が破損してしまうと、ウォーターハンマー現象が発生してしまいます。
製品によって異なりますが、一般的には水撃防止器の耐用年数は5〜7年ですので、経年劣化によって破損する可能性が十分にあることを覚えておきましょう。
もしも破損した場合には、新しいものと取り替えることでこれまで通り、ウォーターハンマー現象に悩まされない生活を送ることができます。
水撃防止器はあらかじめ空気が注入されているタイプのものがあります。適切な圧力で空気が注入されていない場合、その役割を十分に果たせない場合も考えられます。
年に最低一回は点検することをおすすめします。

ウォーターハンマー現象が引き起こす問題

ウォーターハンマー現象が引き起こす問題には以下のようなものがあります。

この章ではウォーターハンマー現象によって引き起こされる問題について、それぞれ解説します。

騒音問題

一つ目は集合住宅における騒音問題です。
ウォーターハンマー現象が引き起こす騒音が「コンコンッ」程度の小さい音であればそこまで大きな問題には発展しないかもしれませんが、「ガンガンッ」程度の大きな音であれば、注意が必要です。
マンションなどの集合住宅の場合、配管は部屋を隔てる壁の中に埋まっていることが一般的です。
壁から大きな騒音が聞こえると「隣の人が騒いでいるのではないだろうか」と騒音トラブルになってしまうことも考えられます。
もし仮に、隣の人がウォーターハンマー現象であると認識していた場合でも不快感は取り除けないはずです。
お互いに生活しづらい環境にしてしまうのは不本意ですので、発生しないように処置をする必要があります。自力では直せない問題の場合には管理会社や大家さんなどに連絡するなどの対応が必要です。

ポンプや配管などが故障し漏水

ウォーターハンマー現象によって引き起こされる衝撃波は、ポンプや水道管、その他を破損させてしまう恐れがあります。
水道管が破損してしまうと漏水によって二次被害は避けられない可能性が高いです。水道管にアクセスするために壁や床を取り壊したりしなければならないなど、修理費用も高額になってしまうでしょう。
集合住宅の場合には他の部屋に水がしみ出てしまうなど、さらにシビアな問題になりかねません。
また、漏水はしないまでも、時として、配管を変形させてしまうことがあります。このように、長期間ウォーターハンマー現象を放置しておくとより顕著な損傷を招いてしまいます。
少しでもウォーターハンマー現象を疑った場合には専門業者に点検してもらい、ダンパーやタンクを設置するなどの事前の対策が必要不可欠です。

給湯器のセンサーの故障

ウォーターハンマー現象による急激な水圧の上昇によって、給湯器のセンサーなど精密な機器にも影響が出ることがあります。
給湯器のセンサーはタンク内の水の温度を管理するために必要不可欠な部品です。
このセンサーがウォーターハンマー現象によって破壊されてしまうと、水の温度を適切に管理ができなくなり、それを知らない住人は熱湯で火傷してしまうリスクがあります。
日常では当たり前に稼働している設備であるからこそ、故障に気付かずに被害を被ってしまうことがあるので注意しましょう。
さらに、最悪の場合には温度センサーの破損によって十分に温まっていないと誤検知してしまうと、過熱しすぎたり、空焚きしてしまう問題により、火災を引き起こしてしまうかもしれません。
センサーが破損すると重大な事故を招く可能性があるため、日頃から用心しておきましょう。

ウォーターハンマー現象が起こっているかもしれない予兆とは？

ウォーターハンマー現象が発生しているかどうかを知りたいという方もいらっしゃるのではないでしょうか。
実際、ウォーターハンマー現象が起こっているかもしれないことを確かめる方法はいくつかあります。
この章ではウォーターハンマー現象が起こっているかもしれない予兆について解説します。
水道管内から異音が聞こえる
水道管から異音が聞こえる場合、以下のようなことが考えられます。

通常は水道管から音が聞こえることはありませんが、音が聞こえる場合には何らかの問題があると考えて良いでしょう。
特にウォーターハンマー現象は水道管の圧力変化が大きく関係しています。水道管の圧力変化によって音が鳴る場合、「ドン！」といった鈍くて大きな場合が多いようです。
その他に、感じられる音としては「トントン」といった小刻みのものもあります。これは急激な温度変化が原因の場合です。
いずれにしても水道管のトラブルであることは間違いありませんので、大きな被害が発生する前に業者に点検を依頼する方がいいでしょう。

水道管が振動している

水道管が振動したり、蛇口がガタガタゴトゴトと音を出している場合にはウォーターハンマー現象が関係している可能性があります。
急激な水の流れの変化によって衝撃波が生じます。この衝撃波が水道管を振動させますので、ウォーターハンマー現象が起こっているかもしれないという合図になります。
ただし、水道管が振動しているからといって必ずしもウォーターハンマー現象であるとは限らないことに注意が必要です。
水道管が振動する原因として以下のようなものが考えられます。

ウォーターハンマー現象ではなかったとしても何らかの問題が生じていることは確かです。これらの振動が放置されてしまうと水道管の破裂に繋がったり、周囲の設備に悪影響を及ぼしてしまうかもしれません。
不自然な振動に気づいた場合にはすぐに専門の業者へ連絡しましょう。

水道が通常とは異なる動きをしている

水道の出方が悪かったり、水の勢いが変化するなど、通常とは異なる動きをしている場合には何かしらの不具合が水道管で発生している可能性が高いです。
その一つの原因としてウォーターハンマー現象が挙げられます。
ウォーターハンマー現象は水道管の圧力が急激に変化することによって引き起こされますが、その圧力の変化が水の出方に影響することが考えられるためです。
また水道管の振動によって水の出方が不自然になってしまうなど、複数の要因が併発して怒ることもあります。
いずれにしても違和感を感じたら、すぐ、業者に点検してもらった方が安心です。

ウォーターハンマー現象を起こさないための対策

ウォーターハンマー現象を起こしてしまう要因はいくつもあるため、完全に防止することはできませんが、行動に気を付けたり、対策を行うことで発生確率を下げることができます。
この章ではウォーターハンマー現象を起こさないための対策方法について解説します。

水道の元栓を絞っておく

ウォーターハンマー現象は水圧が急激に変化することによって起きるということは、逆に、水圧が急激に変化するシーンを作らないことで対策できます。
最も簡単な方法としては、共通の水道管から家庭に供給される水の量を制限するということです。そのためには元栓を絞っておくとよいでしょう。
元栓を完全に閉めてしまうと水が供給されなくなってしまうので、適切に調整することでウォーターハンマー現象の発生を抑えることができます。
ただし、この元栓を絞る際も、急激に行うのはNGです。元栓を急激に絞った行為によってウォーターハンマー現象が起こってしまうかもしれないからです。
また、元栓を絞ったからといって完全にウォーターハンマー現象が起こらなくなるわけではないことに注意が必要です。

栓をゆっくり閉める

水道の栓を閉める際にはゆっくり行うなど、水の流れを急激に変えてしまわないような対策を行うことでウォーターハンマー現象を避けられます。
特にレバー式の水栓の場合、急に閉じることも十分に考えられます。
普段から水栓をゆっくり閉めることを気にかけておくと、ウォーターハンマー現象を起こさないための一つの対策になるでしょう。

水撃防止器を取り付ける

ウォーターハンマー現象を起こさないようにするための最善の方法は水撃防止器を取り付けることです。
水撃防止器は水撃圧を低下させる機能を持つ部品です。この部品を取り付けることで、水撃圧を90％軽減できたというデータもあります。
また、水撃防止器の種類によってはウォーターハンマー現象だけではなく、水道管の脈動も防ぐ効果があったりするなど、マルチで活躍できるものもあります。
ただし、水撃防止器のメンテナンスは年1回以上必要です。メンテナンスとは、封入されている空気の圧力を測定し、その数値によっては圧力を調整する作業のことです。
空気圧の調整は水撃防止器専用のものを準備する必要はなく、自動車用の圧力ゲージで対応できます。
詳しくは水撃防止器の種類によっても異なりますので、購入の際にメンテナンスの情報についても調べておくと安心です。
また、ご自身で適切な水撃防止器を見つけることが難しい場合には専門の業者に依頼すると安全に取り付けまで行ってもらうことができます。

ウォーターハンマー現象への事前の対策は業者に依頼できる

ウォーターハンマー現象の対策は事前に業者に依頼することができます。

このようなシーンに遭遇した場合、ご自身でそれがウォーターハンマー現象かを見極めるのが難しいことも考えられます。
不適切な処置を行ってしまった場合には、それが原因で違う問題を引き起こしてしまう可能性も…
状況を改善したいと思っているけれど、自力ではやるのはちょっと怖いと思っているあなたには業者へ依頼することをおすすめします。
プロの力を借りることで、原因の特定から設備の交換、今後のメンテナンスまでを完全に任せることが可能です。
問題が発生してからでは遅いので、今のうちにウォーターハンマー現象の対策をしておきましょう。
詳しくはこちらをご覧ください。

まとめ

今回の記事ではウォーターハンマー現象について、以下のことを解説しました。

ウォーターハンマー現象は、水道管の圧力が急激に変化する生じた衝撃波の影響で、「ドン！」とハンマーで叩いたような音が発生する現象です。
さらに音の発生だけではなく、最悪の場合には水道管の破裂など大きな被害を招いてしまう深刻な問題です。
水撃防止器などを取り付けることで事前に対策することも可能です。もしも、ウォーターハンマー現象に対して不安を抱えていらっしゃる場合にはぜひ一度ご相談ください。