GIẢI PHÁP CẤP NƯỚC NHÀ CAO TẦNG

CHUYÊN ĐỀ GIẢI PHÁP CẤP NƯỚC NHÀ CAO TẦNG

I KHÁI NIỆM NHÀ CAO TẦNG.

 Theo tiêu chẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 194:2006 “Nhà cao tầng–

công tác khảo sát địa kỹ thuật”:

Nhà cao tầng là nhà ở và các công trình có số tầng nhà lớn hơn 9 tầng

 Theo Ủy ban nhà cao tầng Quốc Tế:

Ngôi nhà mà chiều cao của nó là yếu tố quyết định đến điều kiện thiết kế thi

công hoặc sử dụng khác với các ngôi nhà thông thường thì được gọi là nhà cao

tầng và được phân làm 4 loại như sau:

• Nhà cao tầng loại 1: từ 09 đến 16 tầng (chiều cao ≤ 50m)

• Nhà cao tầng loại 2: từ 17 đến 25 tầng (chiều cao ≤ 75m)

• Nhà cao tầng loại 3: từ 26 đến 40 tầng (chiều cao ≤ 100m)

• Nhà cao tầng loại 4: từ >40 tầng (gọi là nhà siêu cao tầng)

 Khái niệm “nhà cao tầng” ở các nước phát triển

Tên nước Độ cao khởi đầu

Trung

Quốc

Nhà ở 10 tầng và 10 tầng trở lên, kiến trúc khác ≥ 28m

Liên Xô

(cũ)

Nhà ở 10 tầng và 10 tầng trở lên, kiến trúc khác 7 tầng

Mỹ 22 ÷ 25 m hoặc trên 7 tầng

Pháp Nhà ở > 50m, kiến trúc khác > 28m

Nhật Bản 11 tầng, 31m

Tây Đức ≥ 22m (từ mặt nền nhà)

Bỉ 25m (từ mặt đất ngoài nhà)

 QUAN ĐIỂM CỦA CÁ NHÂN:

• Dựa vào các yếu tố kinh tế xã hội, đặc điểm tự nhiên và điều kiện thực tế

tại Việt Nam và hiểu biết của bản thân em xin đưa ra quan điểm của bản

thân về Khái Niệm Nhà Cao Tầng:

Nhà cao tầng là ngôi nhà có số tầng ≥ 10 tầng và có chiều cao ≥ 40m

Một số hình ảnh nhà cao tầng ở Việt Nam và trên thế giới:

Hình 1: Tòa nhà Keangnam Hanoi

Hình 2: Tòa nhà chọc trời Burj ở Dubai

Hình 3: Trung tâm Tài chính thế giới Thượng Hải

Hình 4: Nhà chọc trời cao nhất vùng Bắc Capkaz của Nga

II ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG CẤP NƯỚC NHÀ CAO TẦNG

II.1 ĐẶC ĐIỂM VỀ KIẾN TRÚC:

Công trình nhà cao tầng thường có kiến trúc rất phong phú và đa dạng

 Về chắc năng sử dụng nhà cao tầng là công trình đa năng, có nhiều chức

năng khác nhau như văn phòng, khách sạn, nhà ở cho thuê, siêu thị…

 Nhà cao tầng có chiều cao lớn nên khi thiết kế phải có giải pháp để đảm

bảo áp lực tự do giữa các tầng là tương đương nhau

 Nhà cao tầng thường có nhiều hệ thống kỹ thuật vì vậy thường đặt các hệ

thống trong hộp kỹ thuật

 Nhà cao tầng đặc biệt là nhà có nhiều chức năng khác nhau thường có các

tầng kỹ thuật

 Việc tổ chức mặt bằng trong nhà cao tầng rất phức tạp do đó phải có giải

pháp phù hợp khi thiết kế hệ thông cấp thoát nước

II.2 ĐẶC ĐIỂM VỀ KẾT CẤU:

 Nhà cao tầng thường có lõi, vách cứng, để tránh sự giảm yếu tiết diện cần

hạn chế các tuyến kỹ thuật cắt qua khu vực này

 Nhà cao tầng có chiều cao lớn, độ chênh cao giữa các tầng trên cùng với

các tầng dưới cùng rất lớn nên khi thiết kế phải có các giải pháp để đảm

bảo áp lực tự do giữa các tầng là tương đương nhau

 Nhà cao tầng có nhiều khối nên thường có các khe lún rất đa dạng nên hạn

chế đặt các tuyến kỹ thuật qua các khe lún

II.3 ĐẶC ĐIỂM VỀ PHÒNG CHỐNG CHÁY:

 Nhà cao tầng có số lượng người và tài sản lớn nên việc đảm bảo an toàn

phòng cháy chữa cháy là vấn đề được đặc biệt quan tâm Việc tổ chức thoát

nạn thường rất khó khan

 Chất chữa chấy dự trữ trong công trình thường không đáp ứng đủ nhu cầu

chữa cháy hoặc kém hiệu quả

 Nước trong hệ thống cấp nước thô thì rất yếu không đủ cung cấp

 Giao thong không thuận lợi do người và phương tiện tham gia giao thông

cao nên gây cản trở cho lực lượng chữa cháy

II.4 ĐẶC ĐIỂM VỀ TRANG THIẾT BỊ TRONG NHÀ CAO TẦNG:

Tùy thuộc vào chức năng sử dụng của từng loại nhà mà công trình có thể được

trang bị các hệ thống kỹ thuật:

 Hệ thống cấp thoát nước sinh hoạt, sản xuất, thoát nước mái

 Hệ thống thu gom chất thải rắn

 Hệ thống cứu hỏa và báo cháy

 Hệ thống điều hòa không khí

 Hệ thống cung cấp điện động lực và chiếu sang

 Hệ thống thong hơi

 Hệ thống cung cấp khí đốt…

III GIẢI PHÁP CẤP NƯỚC NHÀ CAO TẦNG

 Nhà cao tầng thường có chiều cao lớn, độ chênh áp lực tại các tầng lớn nên

khi thiết kế phải dùng sơ đồ phân vùng cấp nước để đảm bảo lưu lượng và

áp lực giữa các tầng ap lực trong hệ thống đường ống cấp nước được tạo ra

bằng hệ thống thiết bị bơm áp lực hoặc bằng các bể dự trữ nước được đặt ở

tầng cao nhất của công trình (áp lực nước rơi tự do)

 Áp lực nước có thể được tính toán cho toàn bộ hệ thống của công trình hoặc

có thể phân chia thành các vùng cấp nước riêng biệt Mỗi vùng cung cấp

nước cho 1 số tầng nhất định Số tầng trong mỗi vùng không nhất thiết phải

bằng nhau mà còn phụ thuộc vào các giải pháp thiết kế cụ thể sao cho đảm

bảo áp lực đồng đều cho toàn bộ hệ thống đường ống cấp nước

 Nếu trong các nhà cao tầng cũng dùng sơ đồ htcn giống như htcn cho nhà

thấp tầng, nghĩa là chỉ dùng 1 loại máy bơm cấp nước cho toàn ngôi nhà và

két nước đặt ở tầng cao nhất thì sẽ có nhiều bất lợi cụ thể:

• Về vấn đề hiệu quả kinh tế: trong nhà cao tầng, các thiết bị vệ sinh được

trang bị hoàn chỉnh, số lượng thiết bị nhiều, tiêu chuẩn dung nước cao, lưu

lượng tính toán lớn nên đường kính các ống đứng phân phối cũng khá lớn

Nếu bố trí đường ống chính phân phối phía trên, bơm nước lên két rồi từ

két phân phối xuống các tầng dưới thì đường ống đứng có dạng phía trên

to, phía dưới nhỏ, dung tích két nước lớn, ảnh hưởng đến kết cấu của nhà

Ngược lại, nếu bố trí đường ống chính phân phối ở dưới dẫn lên các tầng,

đường ống dẫn nước lên và xuống két chung thì dung tích két nước nhỏ

hơn nhưng đường ống đứng cấp nước có dạng: dưới to trên nhỏ, điều đó

làm cho áp lực tự do ở các tầng dưới càng lớn Cả 2 trường hợp đều dẫn

đến giá thành xây dựng mạng lưới lớn vì các đoạn ống phía đầu phải có

đường kính lớn để tải lưu lượng cho các đoạn sau Nếu so sánh với phương

án phân ra từng vùng cấp nước thì đường kính ống sẽ nhỏ hơn, giá thành

xây dựng hệ thống sẽ giảm

• Về vấn đề áp lực dư và phân phối nước đều: nếu nhà cao tầng chỉ có 1 máy

bơm thì áp lực của máy bơm phải đảm bảo đưa nước lên tầng cao nhất,

đảm bảo nhu cầu dùng nước của các thiết bị ở tầng cao nhất Như vậy, áp

lực nước ở tầng dưới sẽ quá lớn Theo tính toán sơ bộ thì áp lực cần thiết

cho ngôi nhà 10 tầng là 35 ÷ 50m, 15 tầng là 60 ÷ 70m, 20 tầng là 75 ÷

85m Lúc đó áp lực nước tại chân các ống đứng ở tầng 1 cũng tương ứng là

35 ÷ 50m, 60 ÷ 70m và 75 ÷ 85m Điều đó dẫn tới việc khử áp lực dư ở

các tầng dưới đảm bảo áp lực tự do ở các thiết bị tương đối đều nhau để

phân phối nước đều, chế độ làm việc của hệ thống sát với tính toán sẽ gặp

nhiều khó khăn áp lực dư quá lớn cũng gây trở ngại cho người sử dụng,

khó điều chỉnh nhiệt độ khi dùng vòi trộn nóng lạnh, gây ồn khi sử dụng,…

 Trong sơ đồ phân vùng cấp nước nếu bố trí đường ống chính phân phối

từ dưới lên, để đảm bảo việc phân phối nước đều tại các tầng thì vận tốc

nước trong đường ống phải lớn hơn vận tốc kinh tế Từ đó dẫn tới làm

tăng tổn thất trong đường ống ⇒ áp lực máy bơm tăng ⇒ không kinh tế

 Nếu bố trí đường ống chính phân phối từ trên xuống, thì áp lực của máy

bơm so với trường hợp trên là không thay đổi Các đường trục chính cấp

xuống các tầng có thể giảm tiết diện ống sao cho tổn thất trong các tầng

bằng chiều cao hình học của tầng để đảm bảo việc khử áp lực dư tại các

tầng dưới Trong trường hợp này, đối với nhà cao tầng sẽ kinh tế hơn vì

giảm được giá thành xây dựng mạng lưới do việc giảm tiết diện ống

• Về vấn đề tiêu hao điện năng cho máy bơm: khi ngôi nhà cao tầng chỉ

dùng 1 mb chung thì mb phải đủ được lưu lượng cung cấp cho toàn ngôi

nhà và áp lực phải đảm bảo đưa được nước lên tầng cao nhất ⇒ năng

lượng điện tiêu thụ tỷ lệ thuận với lưu lượng và cột áp của mb ⇒ điện

năng tiêu thụ lớn hơn so với trường hợp tách thành nhiều máy bơm cung

cấp cho từng vùng riêng biệt với lưu lượng và áp lực phù hợp cho từng

vùng

⇒Tóm lại, Để giảm giá thành xây dựng mạng lưới, giảm độ chênh áp giữa các

tầng, thuận tiện cho việc phân phối nước đến các tầng và để giảm chi phí điện

năng cho việc bơm nước, cần phải phân vùng cấp nước có hệ thống hoạt động

độc lập với nhau Thông thường phân chia số tầng nhà thành các vùng khác

nhau, mỗi vùng từ 4 đến 5 tầng Việc phân phối vùng cấp nước có thể thực

hiện bằng 2 cách

-phân vùng song song -phân vùng nối tiếp, Ngài ra còn phân vùng cân bằng bể chứa với thiết bị điều hoà áp lực và

phân vùng theo ống đứng cấp nước

III.1 SƠ ĐỒ CẤP NƯỚC PHÂN VÙNG SONG SONG:

Hình 5: Sơ đồ phân vùng song song

Phân chia số tầng nhà ra các vùng khác nhau để tạo áp lực đồng đều cho các

vùng, mỗi vùng từ 4 ÷ 5 tầng Với số tầng nhà của mỗi vùng như vậy là hợp lý

vì:

 độ chênh áp lực giữa các tầng không lớn lắm

 Không cần khử áp lực dư

Để đảm bảo việc tự động hoá đóng mở máy bơm, máy bơm làm việc theo chu

kỳ, có thời gian nghỉ để đảm bảo độ bền cần có các két nước để đảm bảo cấp

nước cho tầng trên cùng, mb đặt ở tầng 1 hoặc tầng hầm Nếu ở trên các vùng

không có điều kiện đặt két nước thì phải bố trí bình khí nén Máy bơm và bình

khí cung cấp

1 ví dụ sơ đồ hệ thống cấp nước phân vùng áp dụng cho các ngôi nhà cao từ 12

đến 15 tầng

phân làm 3 vùng: phạm vi phục vụ của mỗi vùng là 4 ÷ 5 tầng, các vùng đều ⇒

có số thiết vị vệ sinh như nhau

các máy bơm cấp nước cho các vùng có lưu lượng bằng nhau (Q

còn cột áp của các máy bơm thì khác nhau (H1, H2, H3) Khi đó:

 công suất điện của máy bơm vùng 1:

 công suất điện của máy bơm vùng 2:

 công suất điện của máy bơm vùng 3:

Tổng công suất của các máy bơm

Nb= N1+ N2+ N3= N1+ 2.N1+ 3.N1= 6N1

Hình 6: Sơ đồ HTCN phân vùng cho nhà từ 12 đến 15 tầng

2 ví dụ sơ đồ hệ thống cấp nước không phân vùng của nhà từ 12 đến 15

tầng, Dùng 1 máy bơm cung cấp nước cho toàn nhà

⇒ lưu lượng bơm: Qb= 3Q1 Theo nguyên tắc tính toán lưu lượng thì

lưu lượng của toàn nhà ở đoạn ống cuối cùng là Q ≠ 3Q1vì có kể

đến hệ số hoạt động đồng thời β của các thiết bị vệ sinh trong nhà

(hay xác suất hoạt động đồng thời của chúng), Khi số thiết bị vệ sinh

trong đoạn ống tính toán càng lớn thì â càng nhỏ ⇒lưu lượng của 1

mb chung cho toàn nhà sẽ nhỏ hơn tổng lưu lượng của các mb riêng

từng vùng Để thuận tiện cho tính toán so sánh kinh tế, tạm coi Q ≈

các thiết bị dùng nước ở tầng cao nhất, nghĩa là Hb≈ 3H1.Khi đó công

suất điện của máy bơm là:

Hb≈ 3H ⇒ Khi đó công suất điện cảu máy bơm là Nb = 9N1

Hình 7: Sơ đồ HTCN không phân vùng cho nhà từ 12 đến 15 tầng

Nhận xét

 So sánh 2 trường hợp tính toán ở trên ta thấy: tổng công suất điện

phương án phân vùng cấp nước song song có chi phí điện năng bơm

nước nhỏ so với phương án không phân vùng cấp nước

 Chi phí điện năng cho việc bơm nước khi phân vùng cấp nước bao

giờ cũng nhỏ hơn trường hợp không pvcn Tỷ số giữa chi phí điện

năng khi phân vùng với số vùng là 3, 4, 5 vùng so với khi không

phân vùng riêng tương ứng là 6/9; 10/16; 15/25

 Tỷ số này càng nhỏ khi số vùng càng nhiều

Kết luận

 Với cùng chiều cao và số tầng nhà (> 10 tầng), nếu phân hệ thống

cấp nước ra càng nhiều vùng thì chi phí điện năng cho máy bơm

càng giảm Tuy nhiên, không thể phân quá nhiều vùng cấp nước vì

5 tầng là hợp lý

 Các sơ đồ htcn phân vùng song song nghĩa là tất cả máy bơm đều đặt

ở tầng 1 hoặc tầng hầm Khi nhà khá cao, trên 50 tầng thì áp lực của

máy bơm cho các vùng trên có thể lớn hơn 100m cột nước, việc chọn

mua máy bơm, thiết bị lắp đặt đường ống sẽ gặp nhiều khó khăn

Trong trường hợp này ta có thể phân vùng nối tiếp

III.2 SƠ ĐỒ CẤP NƯỚC PHÂN VÙNG NỐI TIẾP:

Theo sơ đồ này, nhà cao tầng cũng chia ra thành nhiều vùng khác nhau,

mỗi vùng từ 4 ÷ 5 tầng, mỗi vùng có đặt 1 máy bơm riêng áp lực máy

bơm tương ứng cho yêu cầu cấp nước của mỗi vùng Thực tế ở Việt

Nam chưa có loại nhà cao tầng này

Nguyên tắc làm việc của máy bơm là lưu lượng máy bơm của vùng 1

bơm nước vừa cung cấp cho vùng 1 vừa bơm vào két cho vùng 2 Máy

bơm của vùng 2 đặt trên tầng cao nhất của vùng 1, bơm nước cho vùng 2

và cứ tương tự như vậy, các máy bơm nước của vùng trên nhận nước từ

mb của vùng dưới Khi đó cột áp của máy bơm các vùng trên chỉ tương

đương với cột áp máy bơm của vùng 1 Lưu lượng của các máy

bơm của vùng dưới lớn hơn của các vùng trên Két nước (hay bể chứa

nước cho vùng tiếp theo) của các vùng dưới cũng lớn hơn các vùng trên

Hình 7: Sơ đồ phân vùng nối tiếp

tầng ⇒ phân 3 vùng: mỗi vùng 4 ÷ 5 tầng, các vùng đều có số thiết

vị vệ sinh như nhau ⇒ coi lưu lượng của máy bơm vùng 1: Qb1= 3.Q1

(thực tế theo nguyên tắc tính toán lưu lượng của từng loại ống, nếu

nối tiếp hệ thống lại thì Qb1< 3.Q1, Đó là tính cho thời điểm dùng

nước nhiều nhất còn khi bơm làm việc điều hoà thì lưu lượng của

máy bơm còn có thể giảm hơn) Tương tự có: Qb2= 2.Q1; Qb3= Q1

Cột áp của các máy bơm: H0≈ H2≈ H3

 chi phí điện cho máy bơm vùng 3:

 chi phí điện cho máy bơm vùng 2:

 chi phí điện cho máy bơm vùng 1:

Tổng chi phí điện cho 3 mb của 3 vùng:

Nb = N1 + N2 + N3 = 3.N3+ 2.N2 +N1= 6N1

Hình 7: Sơ đồ cấp nước phân vùng nối tiếp

 Nếu không phân vùng cấpnước thì chi phí điện cho máy bơm chung

cũng như trường hợp phân vùng song song đã tính ở trên Nb= 9N1

III.3 KẾT LUẬN:

thấy chi phí điện cho cả 2 trường hợp đều tương đương nhau Nếu

phân vùng nối tiếp hệ thống cấp nước thành 4 ÷ 5 vùng thì kết quả

tính toán về chi phí điện cũng tương tự như trường hợp phân vùng

song song

nhỏ, trang thiết bị và đường ống thuận tiện nhưng có khó khăn

trong việc xây dựng các két nước kiêm bể chứa nước của các vùng,

làm tăng tải trọng của ngôi nhà Còn phân vùng cấp nước song song

có thể thay các két nước thành các thùng khí nén đặt ngay ở tầng 1

hoặc tầng hầm của ngôi nhà