16 Mai Thị Thùy Dương THỰC TRẠNG CẤP NƯỚC CHO NHÀ CAO TẦNG Ở ĐÀ NẴNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẤP NƯỚC PHÙ HỢP WATER SUPPLY FOR HIGH BUILDINGS IN DANANG AND PROPOSALS FOR APPROPRIATE WATER SUPPLY Mai Thị[.]
16 Mai Thị Thùy Dương THỰC TRẠNG CẤP NƯỚC CHO NHÀ CAO TẦNG Ở ĐÀ NẴNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẤP NƯỚC PHÙ HỢP WATER SUPPLY FOR HIGH BUILDINGS IN DANANG AND PROPOSALS FOR APPROPRIATE WATER SUPPLY Mai Thị Thùy Dương Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; maiduongbkmt@gmail.com Tóm tắt - Nhà cao tầng cơng trình địi hỏi trang bị nhiều hệ thống kỹ thuật có cấp nước Bài báo đề xuất giải pháp thiết kế, tính tốn hệ thống cấp nước cho nhà cao tầng thông qua việc nghiên cứu kết hợp cấp nước phân vùng, bơm biến tần máy điều áp nhằm tối ưu hóa hệ thống cấp nước cho nhà cao tầng giải vấn đề liên quan áp lực không đảm bảo, việc ảnh hưởng hệ thống cấp nước đến kết cấu, mỹ quan cơng trình đồng thời làm tăng chi phí điện Kết sử dụng việc thiết kế, lựa chọn hệ thống cấp nước cho nhà cao tầng thiết bị kèm theo Từ đó, nghiên cứu bổ sung, hồn thiện tiêu chuẩn cấp nước cho nhà cao tầng phù hợp với điều kiện Đà Nẵng Việt Nam Abstract - High buildings are constructions that require equipping with many engineering systems including water supply system.The paper proposes the design solutions, calculation of water supply systems for high buildings through research combining partition water supply, variable-speed pumps and pressurized machines to optimize water supply systems for high buildings and solve related problems such as pressure uncertainty, the impact of water supply systems on structure and aesthetics of the building as well as high energy costs The result can be used in the design and selection of water supply systems for high buildings as well as accompanying devices Then,, additional studies are conducted to improve water supply standards for high buildings in accordance with the conditions in Danang, as well as in Vietnam Từ khóa - Cấp nước; nhà cao tầng; phân vùng; bơm biến tần; máy điều áp Key words - Supply water; high building; partition; variable-speed pump; pressurized machine Đặt vấn đề Trên sở quy hoạch chung, Đà Nẵng thành phố lớn Việt Nam nghiên cứu thay đổi mô hình nhà cho phù hợp với thị đại: Trung tâm thành phố chuyển dần mô hình nhà thấp tầng sang nhà cao tầng, nhà cơng trình cơng cộng có chiều cao từ 25m đến 100m (tương đương 10 đến 30 tầng) [1], giảm mật độ dân số, để tiết kiệm đất, dành đất xây dựng không gian công cộng xanh, đường giao thông Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật ngành xây dựng có bước tiến rõ rệt Nhiều cơng trình nhà cao tầng với kiến trúc đồ sộ xuất khắp nơi, ngày đáp ứng tốt cầu nơi nơi làm việc người dân Tuy nhiên, vấn đề tồn việc xây dựng nhà cao tầng hệ thống cấp nước (HTCN) HTCN gặp số vấn đề phức tạp cố liên quan đến cấp nước thường xuyên xảy áp lực nước không đảm bảo, phân phối nước không đều, công trình liên quan đến HTCN thường ảnh hưởng lớn đến kết cấu, mỹ quan kiến trúc cơng trình (két nước, bể chứa), đồng thời chi phí điện cho HTCN thường cao… 1.1 Hiện trạng cấp nước cho nhà cao tầng Đà Nẵng Khi thiết kế HTCN cho cơng trình, vấn đề quan trọng cần phải tính đến trước hết lưu lượng nước áp lực nước hệ thống đường ống cấp nước thành phố (TP) Đối với khu nhà thấp tầng (4- tầng) nước, HTCN TP thường thiết kế đủ áp lực để đưa tới hộ cao nhất, xa Trong Việt Nam, áp lực nước đường ống truyền dẫn thường không vượt Kg/cm2 đầu mạng đến mạng dịch vụ áp lực khoảng kg/cm2 số khu vực, hầu hết khu vực lại TP áp lực dư nhỏ 1kg/cm2 đủ để cung cấp nước vào bể chứa cơng trình Tại TP Đà Nẵng: Dùng từ mạng lưới cấp nước đường phố với bể chứa nước trạm bơm tăng áp Ngoài chung cư có chung bể chứa nước, hộ gia đình thường có máy bơm két nước riêng Vào cao điểm, có khu vực áp lực nước trung bình thấp, thấp nhiều so với yêu cầu khu vực quận Sơn Trà, hay gần khu resort thuộc quận Ngũ Hành Sơn áp lực nước có xuống 3-5m (Hình 1) Để đáp ứng yêu cầu cấp nước hộ gia đình cơng trình bắt buộc phải trang bị bể chứa, bơm két nước Hình Áp lực nước số điểm TP Đà Nẵng năm 2012 (Nguồn: Công ty TNHH MTV Cấp nước Đà Nẵng) Các nhà cao tầng yêu cầu lưu lượng lớn đặc biệt cột áp lớn Vì vậy, với HTCN bên ngoài, nhà cao tầng Đà Nẵng Khách sạn Novotel Sông Hàn, công viên phần mềm Softtech (Quang Trung), tòa nhà Indochina ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 1(86).2015 Riverside (Bạch Đằng), hay hộ cao ốc 34 tầng Azura (Trần Hưng Đạo) thường phải chọn sơ đồ cấp nước khơng phân vùng có bể chứa, trạm bơm tăng áp két nước Với sơ đồ này, nước bơm lên két, sau từ két cấp nước cho toàn toàn nhà Cứ - tầng phân thành khu vực, nước từ bể chứa bơm đặt tầng hầm bơm lên két nước đặt tầng mái, ống phân phối nước từ mái cấp xuống tầng nhà theo vùng riêng biệt Trong khu vực cấp nước nhà cao tầng, phải thiết kế lắp đặt thiết bị điều chỉnh cho áp lực tự thiết bị lấy nước ổn định, tránh áp lực dư cao Ngoài việc cấp nước sinh hoạt, phải giải cấp nước chữa cháy Đối với cơng trình nhà cao tầng, nhiều vấn đề cần giải trình thiết kế HTCN Cơng trình nhiều tầng yêu cầu đặt phải giải phức tạp nhiêu Phần lớn cơng trình cao tầng TP Đà Nẵng sử dụng sơ đồ cấp nước Hình Hình Sơ đồ cấp nước điển hình 1.1.1 HTCN cho khách sạn Novotel Sơng Hàn Hình Hình ảnh két nước tầng thượng khách sạn Novotel sông Hàn - Khách sạn Novotel Sông Hàn gồm 36 tầng, chia thành vùng cấp nước, với khu vực cấp nước Từ tầng đến tầng 31 khu hộ chung cư cao cấp có vùng cấp nước vùng cấp cho tầng - vùng cấp nước bên sử dụng van giảm áp đầu nhánh để giảm bớt áp lực cho thiết bị vệ sinh (TBVS) Ngoài ra, tầng phải sử 17 dụng thêm thiết bị tăng áp để đảm bảo yêu cầu cấp nước, thiết bị sử dụng bơm máy điều áp - Sơ đồ cấp nước khách sạn Novotel Sông Hàn gồm bể chứa, trạm bơm két nước mái với thể tích két 220 m3 180 m3 cấp nước cho tồn cơng trình với khối cấp nước song song - HTCN nóng cho tồn cơng trình HTCN cục Trong vùng cấp nước, đến ống đứng sử dụng chung bình nước nóng 1.1.2 HTCN cơng trình Vĩnh Trung Plaza - Sơ đồ cấp nước cho Vĩnh Trung Plaza chia thành sơ đồ riêng biệt, khối chung cư khối văn phòng cho thuê: + Khối chung cư gồm 12 tầng chia thành vùng cấp nước Vùng I từ tầng - 7, vùng II từ tầng - 10, vùng III từ tầng 11 - 13, vùng IV từ tầng 14 - 16 + Khối văn phòng cho thuê gồm tầng chia thành vùng cấp nước Vùng I từ tầng - 8, vùng II từ tầng - 12 - Sơ đồ cấp nước gồm bể chứa, trạm bơm két nước với thể tích két 160 m3 180m3 1.1.3 HTCN khách sạn Mecure – Đảo Xanh Khách sạn Mercure – Đảo Xanh quy mơ 22 tầng - 300 phịng Sơ đồ cấp nước gồm có bể chứa thể tích 400 m3, trạm bơm két nước mái Nước bơm lên két nước mái, sau cung cấp cho tầng bên Sơ đồ gồm có ống đứng với vùng cấp nước: - Vùng I: Ống đứng cấp nước cho tầng hầm tầng 1-4 Ống đứng có đặt van giảm áp tầng - Vùng II: Ống đứng cấp nước cho tầng - 10, van giảm áp đặt tầng 11 - Vùng III: Ống đứng cấp nước cho tầng 11 - 14, van giảm áp đặt tầng 15 - Vùng IV: Ống đứng cấp nước cho tầng 15 -16, van giảm áp đặt tầng 17 - Vùng V: Ống đứng cấp nước cho tầng 17 - 18, khơng có van giảm áp - Vùng VI: Ống đứng cấp nước cho tầng 19 - 21, sử dụng thêm máy bơm tăng áp bình khí nén để đảm bảo áp lực nước cho TBVS từ tầng 19-21 hoạt động với áp lực đảm bảo Tồn cơng trình sử dụng két nước mái với thể tích 120 m3 1.2 Những tồn HTCN cho nhà cao tầng Việc chia thành nhiều vùng cấp nước nhiều HTCN cho nhà cao tầng Đà Nẵng Việt Nam giải vấn đề kỹ thuật, tức có thiết bị giảm áp riêng cho vùng, cịn độ chênh áp lực tầng tầng vùng chênh lệch nằm giới hạn cho phép Riêng tầng cùng, tuỳ theo cao độ đặt két, áp lực tự vòi nước TBVS không đủ 3m cột nước theo yêu cầu tối thiểu quy phạm phải trang bị thêm hệ thống bơm có thùng khí nén để đảm bảo cấp nước cho tầng sát mái Với nhà cao tầng, dùng sơ đồ hệ thống có ống đứng chung cho tất tầng loại nhà thấp tầng Phương án cấp nước dùng két nước mái, có hệ thống 18 Mai Thị Thùy Dương ống đứng cấp nước xuống cho khu vực van giảm áp cho khu vực sơ đồ cấp nước có sử dụng van giảm áp tầng (Hình 2) giải vấn đề phân phối nước khử áp lực dư, lại tồn vấn đề lớn chi phí điện cho máy bơm Máy bơm phải lựa chọn lắp đặt cho đủ áp lực đưa nước lên két nước, sau đưa nước xuống tất tầng bên dưới, điện tiêu thụ lớn, không kinh tế Trong đó, vùng cấp nước bên yêu cầu áp lực nhỏ lại phải khử áp lực dư van giảm áp cho vùng bất hợp lý Một HTCN hợp lý hệ thống vừa đảm bảo giá thành xây dựng (Gxd) thấp vừa đảm bảo chi phí vận hành, điện để bơm nước - giá thành quản lý (Gql) nhỏ để có giá dịch vụ cấp nước thấp Vì vậy, sơ đồ cấp nước khơng phân vùng, có két nước đặt mái chưa đáp ứng yêu cầu mặt kinh tế Thực tế cho thấy giá thành quản lý (điện để bơm nước) suốt thời gian sử dụng lớn Ngoài ra, với sơ đồ cấp nước thể tích két nước lớn, khách sạn Novotel Sông Hàn với két nước thể tích 180 m3 220m3, Vĩnh Trung Plaza 160 m3 180m3 hay khách sạn Mercure 120m3 Việc xây dựng két nước vừa có chi phí xây dựng, chống thấm lớn đồng thời ảnh hưởng đến kết cấu cơng trình, đặc biệt Đà Nẵng khu vực thường xuyên xảy bão lớn Vì vậy, sơ đồ cấp nước có két lớn mái chưa thỏa mãn yêu cầu kết cấu kiến trúc cơng trình Hiện nay, tài liệu thiết kế hệ thống cấp nước nói chung HTCN nói riêng cho nhà cao tầng có ít, việc thiết kế, thi công giám sát vận hành quản lý HTCN gặp nhiều khó khăn cịn nhiều bất cập, có lợi nhuận kinh tế ảnh hưởng lớn đến kết cấu, mỹ quan cơng trình, khơng đáp ứng u cầu thực tế Việc nghiên cứu đề xuất sơ đồ cấp nước phù hợp, đảm bảo vấn đề kỹ thuật kinh tế cho cơng trình xây dựng nói chung cho cơng trình nhà cao tầng nói riêng cần thiết Đồng thời, chưa có tiêu chuẩn thiết kế cấp nước cho nhà cao tầng nên việc đưa văn pháp lý phục vụ cho việc tính tốn thiết kế cần thiết Cơ sở lý thuyết 2.1 Vấn đề phân phối nước nhà cao tầng Theo công thức tính thuỷ lực để tính tốn lưu lượng nước chảy qua vịi (Q) có diện tích tiết diện ω, chiều cao (áp lực) H Công thức tổng quát cho tất loại vòi ống ngắn là: Q = μ × × g H (1) Trong đó: - ω: Diện tích tiết diện lỗ ra, m - μ: Hệ số lưu lượng tính cho mặt cắt Đối với vòi trụ tròn gắn ngồi, độ dài vịi l l 3d, l' = = 10 - 100 μ = 0,77 - 0,55 d - H: Chiều cao (Áp lực); m - g: Gia tốc trọng trường, 9,81 m /s2 [7] Công thức cho thấy lưu lượng nước chảy qua vòi nước phụ thuộc vào áp lực tự trước đặc điểm cấu tạo thiết bị Với loại vòi nước: Áp lực nước tầng H4 (H4 4HB1); Áp lực nước tầng H3 (H3 = 3HB1); Áp lực nước tầng H2 (H2 = 2HB1); Áp lực nước tầng HB1 (Xét trạng thái động có lưu lượng nước chảy ống đứng, tổn thất áp lực ma sát không đáng kể) - Quan hệ Q áp lực tự (Htd) ứng với loại vòi biểu thị qua biểu đồ Ví dụ với đường kính 15mm (d15) (Hình 4) Hình Quan hệ qiữa Q Htd loại thiết bị dùng nước Quan hệ cho thấy lưu lượng nước chảy từ TBVS phụ thuộc vào áp lực tự trước Cịn sức kháng thuỷ lực loại thiết bị chế tạo đại lượng không đổi Như để đảm bảo việc phân phối nước tầng nhà TBVS cần phải có thiết bị khử áp lực dư tầng bên tăng áp cho tầng Đó điều kiện để phân phối nước tầng nhà 2.2 Các biện pháp phân phối nước công trình HTCN cho nhà cao tầng có đặc điểm khác nhà thấp tầng sau: - Nhà cao tầng thường có nhiều nhu cầu cao cấp nước, đối tượng sử dụng nước khác nhau, hình thức dùng nước đa dạng Cơng trình doanh nghiệp quản lý, nên cần phân HTCN thành nhiều vùng có đồng hồ tổng riêng - Nhà cao tầng có chiều cao lớn, độ chênh lệch áp lực lớn Trong cơng trình, khu vực phía áp lực nhỏ, khu vực phía áp lực lớn, chí lớn Một yêu cầu HTCN làm để phân phối nước tồn ngơi nhà để đảm bảo chế độ làm việc mạng lưới phân phối gần với tính tốn thuỷ lực mạng lưới Hiện nay, HTCN có trạm bơm tăng áp két nước xảy tình trạng tầng dùng nước thoải mái tầng thiếu nước Nguyên nhân áp lực dư thiết bị tầng lớn dẫn tới lưu lượng chảy thiết bị lớn tính tốn nhiều lần Các nhà tầng ln chịu thiệt thịi nước dùng nhà tầng dùng thoải mái, dự trữ nước đầy vào dụng cụ chứa khoá thiết bị lại nước lên tầng Ngay áp dụng sơ đồ cấp nước lên két sau dùng đường ống mái để phân phối nước từ xuống, khơng có ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 1(86).2015 biện pháp khống chế áp lực dư tầng tầng thiếu nước khơng có nước Biện pháp khử áp lực dư tầng nhà để áp lực tự ống nhánh tầng có trị số 2-4 mét cột nước thực cách: - Lắp đặt van giảm áp thường xuyên ống nhánh dùng để giảm áp lực giữ cho áp lực không vượt giới hạn cho phép Biện pháp chưa thực thường xun cho tất cơng trình giá thành thiết bị đắt - Lắp đặt rông đen giảm áp rắc co đầu nhánh vào tầng - tuỳ thuộc vào mức dư thừa áp lực tự để chọn kích thước rơng đen cho hợp lý lắp rông đen thiết bị dùng nước Biện pháp trước thực hiện, đối tượng dùng nước tầng thích dùng nước mạnh nên họ tự tháo bỏ rông đen - Lắp đặt van điều chỉnh đầu ống nhánh tầng Đây yêu cầu bắt buộc thiết kế, phục vụ việc thay thế, sửa chữa thiết bị ống nhánh Khi sử dụng van điều chỉnh đặt đầu ống nhánh, tiết diện đường ống giảm đột ngột từ Ω sang ω xảy tổn thất cục van, công thức tính tổn thất cục bộ: hc = C v2 2g (2) Trong đó: + ξc: Hệ số tổn thất cục bộ; ξc =0,5 (1- ); + v: Vận tốc qua van tăng lên Khi xảy tổn thất cục van áp lực tự sau van giảm xuống giá trị áp lực yêu cầu - Dùng loại ống, loại thiết bị có đường kính khác tầng Những tầng có áp lực tự lớn đường ống thiết bị có đường kính nhỏ ngược lại Biện pháp chưa thực Việt Nam nguồn vật liệu thiết bị nhập từ nước sản xuất nước chưa có đường kính nhỏ 15mm Do thị trường khơng có sẵn loại thiết bị đường ống có đường kính nhỏ 15mm, nên nhà thiết kế người tiêu dùng chưa quan tâm đến việc dùng loại ống Điều thực theo thời gian nhà cao tầng xuất nhiều, mà vấn đề tiết kiệm nước trở thành nhu cầu ý thức người sử dụng loại đường ống thiết bị trở thành phổ biến thị trường Khi sử dụng đường ống phân phối từ phía HTCN nhà cao tầng Đà Nẵng sử dụng, việc tính tốn chọn đường kính ống đứng cấp nước theo V>Vkte vừa giảm kinh phí lắp đặt mạng lưới vừa khử áp lực dư tầng để góp phần phân phối nước Khi tính tốn thiết kế HTCN, u cầu phải đảm bảo cung cấp đầy đủ lưu lượng áp lực theo yêu cầu đối tượng sử dụng Về mặt áp lực, HTCN dùng két mái trạm bơm khí nén phải đảm bảo áp lực tự (Htd) TBVS bất lợi nhà (cao nhất, xa nhất) để TBVS làm việc bình thường Gọi chiều cao xây dựng tầng nhà từ i đến k Ht, áp lực TBVS tầng là: k 19 i Htd = Htd + Ht - hi-k (3) hi-k: Là tổn thất áp lực đoạn ống đứng từ i đến k tải lưu lượng nước cho tầng phía Tương tự ta có: Htdl = Htdk + Ht - hk-l (2.4) Hoặc Htdl = Htdi + 2Ht - hi-l (2.5) Để đảm bảo phân phối nước tầng hay nói cách khác áp lực tự TBVS tầng tương đương nhau, ta có: Htdi Htdk Htdl (2.6) Ta phải tính tốn thuỷ lực cho: Ht - hk-l = hay Ht = hk-l (2.7) Hoặc: 2Ht - hi-l = Hay: 2Ht = hi-l (2.8) (4) Có nghĩa cho phép tổn thất áp lực đoạn ống đứng nối hai tầng tương đương với chiều cao xây dựng tầng Điều thực cách chọn vận tốc ống tăng lên để giảm đường kính ống nhằm tăng tổn thất áp lực Thơng thường tính tốn thuỷ lực mạng lưới, chọn đường kính ống theo vận tốc kinh tế (V 0,5 - m/s) với chiều cao tầng từ 3-4m tổn thất áp lực ống đứng nối tầng nằm khoảng 0,2-0,9m Vì để đạt mục tiêu tổn thất tương đương với chiều cao tầng (3-4m) kiến nghị chọn vận tốc lớn vận tốc kinh tế, không lớn 2,5 l/s giống tính tốn mạng lưới có cháy [2] - Một nguyên nhân gây thất thu, thất thoát HTCN việc dùng hợp đồng khoán Việc tính khốn tiền nước theo đầu người gây khó khăn cho việc phân phối nước đều, điều hồn tồn phụ thuộc vào ý thức tự giác tinh thần làm chủ người Hiện Công ty cấp nước có chủ trương xố hợp đồng khốn, lắp đặt đồng hồ cho tất khách hàng (kể khu chung cư) nhằm giảm thất thoát nước tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân phối nước Hiện nhà cao tầng lắp đặt đồng hồ nước cho hộ, nên việc phân phối nước tầng thuận lợi khắc phục 2.3 Sơ đồ cấp nước 2.3.1 Sơ đồ cấp nước phân vùng song song Hình Sơ đồ cấp nước phân vùng song song cho nhà 12 tầng Phân chia số tầng nhà vùng khác để tạo áp lực đồng cho vùng Mỗi vùng từ 4-5 tầng [4] Với 20 Mai Thị Thùy Dương số tầng nhà vùng hợp lý độ chênh áp lực tầng khơng lớn Hình sơ đồ HTCN phân vùng song song áp dụng cho nhà 12 tầng Hệ thống phân làm vùng với phạm vi phục vụ vùng tầng Các vùng có số TBVS giống nên máy bơm cấp nước cho vùng có lưu lượng (QB = Q1 = Q2 = Q3), cịn cột áp bơm khác Máy bơm vùng phải đưa nước lên TBVS bất lợi tầng nên có cột áp cần thiết bơm HB1 Tương tự máy bơm vùng phải bơm nước lên TBVS bất lợi tầng nên: HB22HB1 Tương tự máy bơm vùng 3: HB33HB1, thực theo ngun tắc tính tốn nối bơm song song HB3 < 3HB1 Cơng suất điện máy bơm vùng là: N1 = * Q1 * H B1 (kW) 102*b (5) Trong đó: - γ: Tỷ trọng riêng chất lỏng bơm; (kG/m3); - b: Hiệu xuất máy bơm = K N1 = K * Q1* HB1 102*b Khi công suất điện máy bơm vùng là: * Q1 *2H B1 N2 = = 2K*Q1*HB1 = 2N1 102*b Khi cơng suất điện máy bơm vùng là: * Q1 *3H B1 N3 = = 3K*Q1*HB1 = 3N1 102*b Tổng công suất điện máy bơm cho vùng là: Nb = N1 + N2 + N3 = N1 + 2N1 + 3N1 = N1 [5] 2.3.2 Sơ đồ cấp nước phân vùng nối tiếp Theo sơ đồ nhà cao tầng chia thành nhiều vùng khác nhau, vùng từ 4-5 tầng Tại vùng có đặt máy bơm riêng Áp lực máy bơm tương ứng cho yêu cầu cấp nước vùng Đặt vừa bơm vào két nước cho vùng Và tương tự vậy, máy bơm nước vùng nhận nước từ máy bơm vùng Khi cột áp máy bơm vùng tương đương với cột áp máy bơm vùng Lưu lượng máy bơm vùng lớn vùng Két nước (kiêm bể chứa cho vùng tiếp theo) vùng lớn vùng Giả sử có hệ thống phân vùng nối tiếp cho nhà 12 tầng, có vùng cấp nước với số tầng vùng (Hình 6) Máy bơm vùng phải bơm đủ lưu lượng cho vùng nên: QB1 3Q1, thực theo ngun tắc tính tốn cho loại ống nối tiếp hệ thống lại QB1 < 3Q1 Đó tính cho thời điểm dùng nước nhiều nhất, cịn bơm làm việc điều hồ lưu lượng máy bơm cịn giảm Tương tự máy bơm vùng phải bơm đủ lưu lượng cho vùng 3, nên: QB2 2Q1 Máy bơm vùng phục vụ cho riêng vùng 3, nên: QB3 Q1 * Cột áp máy bơm: HB1 HB2 HB3 - Công suất điện máy bơm vùng 3: Hình Sơ đồ HTCN phân vùng nối tiếp nhà 12 tầng Nguyên tắc làm việc máy bơm lưu lượng máy bơm vùng bơm nước vừa cung cấp cho vùng vừa bơm vào két nước cho vùng Máy bơm vùng đặt tầng cao vùng 1, vừa bơm nước cho vùng N3b = * Q1 * H B1 102*b = K N3b = K * Q1* HB1 = N1 102*b - Máy bơm vùng 2: *2Q1 * H B1 N2b = = 2K*Q1*HB1 = 2N1 102*b - Máy bơm vùng 1: *3Q1 * H B1 N1b = = 3K*Q1*HB1 = 3N1 102*b Tổng công suất điện cho máy bơm vùng là: N3b + N2b + N1b = N1 + 2N1 + 3N1 = N1 So sánh hai trường hợp phân vùng song song nối tiếp, ta thấy chi phí điện cho hai trường hợp tương đương Phương pháp phân vùng nối tiếp có thuận lợi áp lực máy bơm nhỏ, trang thiết bị đường ống thuận tiện có khó khăn việc xây dựng két nước kiêm bể chứa nước vùng, làm tăng tải trọng cơng trình Để đảm bảo u cầu an toàn chữa cháy cho nhà cao tầng, người ta thường áp dụng giải pháp cách 13 đến 15 tầng để trống tầng để cứu nạn tận dụng tầng để bố trí hệ thống kỹ thuật cho ngơi nhà Vì vậy, sử dụng tầng để đặt bể nước trạm bơm nối tiếp Phân vùng nối tiếp nên áp dụng cho chiều cao nhà 100m [6] 2.3.3 Sơ đồ cấp nước không phân vùng Đây sơ đồ cấp nước mà hầu hết cơng trình nhà cao tầng Việt Nam Đà Nẵng sử dụng Trạm bơm bơm nước lên két, sau nước từ két cung cấp nước cho tồn nhà Trạm bơm phải đảm bảo cấp đủ lưu lượng cho tồn ngơi nhà đảm bảo áp lực đưa lên két Hình sơ đồ cấp nước không phân vùng cho nhà 12 tầng Lúc bơm có lưu lượng QB = 3Q1 Theo nguyên tắc Đặt ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 1(86).2015 tính tốn lưu lượng lưu lượng tồn ngơi nhà đoạn ống cuối phải Q 3Q1 có kể đến hệ số hoạt động đồng thời ( ) TBVS nhà (hay xác suất hoạt động đồng thời chúng) Khi số TBVS đoạn ống tính tốn lớn hệ số nhỏ Vì theo ngun tắc lưu lượng máy bơm chung cho tồn nhà nhỏ tổng lưu lượng máy bơm riêng cho vùng Để thuận tiện cho việc tính tốn so sánh kinh tế, tạm coi Q 3Q1 Áp lực máy bơm chung cho tồn ngơi nhà phải đảm bảo đưa nước lên két đặt tầng mái, nghĩa HB= 3H1 21 tầng, đường ống lên xuống két chung dung tích két nước nhỏ đường ống đứng cấp nước có dạng to nhỏ, điều làm cho áp lực tự tầng lớn Cả hai trường hợp dẫn đến giá thành xây dựng mạng lớn, đoạn ống phía đầu phải có đường kính lớn để tải lưu lượng cho đoạn sau Nếu so với phương án phân vùng cấp nước đường kính ống nhỏ hơn, giá thành xây dựng giảm - Về vấn đề tiêu hao điện cho máy bơm: Khi nhà cao tầng dùng máy bơm chung cho tồn ngơi nhà máy bơm phải đủ lưu lượng cung cấp cho tồn ngơi nhà áp lực phải đảm bảo đưa nước lên tầng cao Trong lượng điện tiêu thụ tỷ lệ thuận với lưu lượng cột áp máy bơm Do chi phí điện cho việc bơm nước khơng phân vùng cấp nước lớn trường hợp phân vùng Tỷ số chi phí điện phân vùng so với không phân vùng với số vùng 3, 4, là: 6/9, 10/16, 15/25 Tỷ số nhỏ số vùng nhiều [4] Hình Sơ đồ cấp nước khơng phân vùng Từ tính tốn phân tích trên, ta rút kết luận: Với điều kiện chiều cao số tầng nhà, phân HTCN nhiều vùng chi phí điện cho máy bơm giảm Tuy nhiên phân nhiều vùng cấp nước phải sử dụng nhiều loại máy bơm Việc phân chia vùng cấp nước từ đến tầng vừa phù hợp cho việc phân phối nước đều, giảm chi phí điện vừa giảm bớt sử dụng bơm Nếu không phân vùng cấp nước cơng suất điện cho trạm bơm chung là: Đề xuất giải pháp cấp nước phù hợp cho nhà cao tầng Nb = *3Q1 *3H B1 = 9K*Q1*HB1 = 9N1 102*b So với HTCN phân vùng, HTCN khơng phân vùng (có nghĩa trạm bơm cấp nước cho tồn ngơi nhà két nước đặt tầng cao nhất) có nhiều bất lợi hơn: - Về vấn đề áp lực dư phân phối nước đều: Nếu ngơi nhà cao tầng có máy bơm áp lực áp lực máy bơm phải đảm bảo đưa nước lên tầng cao nhất, đảm bảo nhu cầu dùng nước thiết bị tầng cao Như áp lực nước tầng q lớn Theo tính tốn sơ áp lực cần thiết cho ngơi nhà 10 tầng 3540 m, 15 tầng 60-65 mét, 20 tầng 75-80m Lúc áp lực chân ống đứng tầng tương ứng 3540m, 60-65m 75-80m Điều dẫn tới việc khử áp lực dư tầng để đảm bảo áp lực tự thiết bị tương đối để phân phối nước đều, chế độ làm việc hệ thống sát với tính tốn gặp nhiều khó khăn Áp lực dư lớn gây trở ngại cho người sử dụng, gây tiếng ồn sử dụng, khó điều chỉnh nhiệt độ dùng vịi trộn nóng lạnh - Về vấn đề hiệu kinh tế: Trong nhà cao tầng, TBVS trang bị hoàn chỉnh, số lượng thiết bị nhiều, tiêu chuẩn dùng nước cao, lưu lượng tính tốn lớn, nên đường kính ống đứng phân phối lớn Nếu bố trí đường ống phân phối phía trên, bơm nước lên két từ két phân phối xuống tầng đường ống đứng có dạng phía to, phía nhỏ, dung tích két nước ảnh hưởng đến kết cấu nhà Ngược lại bố trí đường ống phân phối từ lên dẫn đến Với việc sử dụng sơ đồ cấp nước phân vùng giải vấn đề phân phối nước đều, tiêu hao điện tính kinh tế Tuy nhiên với việc sử dụng két nước ảnh hưởng nhiều đến kết cấu cơng trình, đặc biệt với nhà cao tầng, tỷ lệ chiều cao so với diện tích bề mặt xây dựng lớn mức độ ảnh hưởng két nước tỷ lệ theo Để giải tồn việc tìm kiếm thiết bị thay cho két nước giải pháp hợp lý Một giải pháp hiệu cho việc giảm thiểu kích thước thiết bị giảm tác động HTCN đến kết cấu máy bơm có sử dụng biến tần Với máy bơm có sử dụng biến tần bơm hoạt động liên tục có thời điểm lưu lượng nước sử dụng ít, kéo theo số vòng quay bơm nhỏ, hại động Chính thế, để kéo dài tuổi thọ bơm cần kết hợp bơm biến tần với máy điều áp 3.1 Trường hợp máy điều áp kết hợp với máy bơm không sử dụng biến tần 3.1.1 Tính tốn thể tích nước điều hồ lưu lượng - Khi bình vừa tích đầy nước thể tích bình Vn, áp lực đến P1 bơm ngừng hoạt động, lúc mạng lưới tiêu thụ lượng nước x (m3/h) - Thời gian làm cạn bình: t1 = Vn x (6) - Khi bình hết nước, áp lực giảm xuống có giá trị P2, bơm tự động chạy, bơm nước vào bình mạng có lưu lượng Qb(m3/h) - Thời gian tích đầy bình: 22 Mai Thị Thùy Dương t2 Vn Qb x (7) - Tổng thời gian chu kỳ đóng mở máy bơm: Vn Vn t = t1 + t2 = (8) x Qb x Vn x2 x t Qn đóng mở máy ngược lại Máy điều áp thường dùng HTCN mạng kín bao gồm máy bơm áp lực, bình áp lực, thiết bị điều áp thiết bị tạo áp (máy nén khí) (9) Tìm giá trị x thời gian t lớn (Chu kỳ đóng mở bơm dài nhất) hay Vn t nhỏ Muốn đạo hàm phương trình theo x cho ta có: Vn d t x x Qb dx Qb (10) Lấy đạo hàm bậc 2: Vn d2 t 0 dx Qb Phương trình có điểm t cực đại tại: Qb x= Thay giá trị x vào phương trình (8) ta được: 4Vn tQb t= hay Vn = Qb Hình Sơ đồ HTCN có máy điều áp (11) 3.2 Trường hợp máy điều áp kết hợp máy bơm có gắn biến tần (12) Trong đó: t thời gian cho phép chu kỳ đóng mở máy, nhà sản xuất định, thường số lần đóng mở máy bơm khơng q lần/h [3] Có thể viết: Qb Vn = (13) 4Z Với Z số lần đóng mở máy cho phép 3.1.2 Tính tốn thể tích chứa khí cần thiết để điều hồ áp lực thể tích bình Ở áp lực tối thiểu P2, khí chốn bình: Vbình=V2k (14) V1k: Thể tích khí bị nước nén đến áp lực tối đa P1 V2k - V1k = Vn (15) Theo định luật khí nén Bơi – Mariơt ta có: P1V1k = P2V2k hay P2 V1k P1 P2 V2k V1k Vn f (16) P1 V2 k P1 V2 k V2 k Trong đó: - P1: Áp lực tuyệt đối lớn mạng áp lực bơm + áp lực khí (Bar) - P2: Áp lực tuyệt đối nhỏ mạng áp lực yêu cầu + áp lực khí (Bar) Vn - V2k = Vbình: Thể tích bình điều áp; với V2k = f Qb Vbình = (17) Zf P1 P2 P1 Khi dung tích thùng chứa nước lớn số lần - f: Hệ số điều áp; với f = HTCN theo nguyên lý mạng kín đảm bảo trì áp lực cần thiết, đảm bảo nhiệt độ nước đảm bảo điều kiện vệ sinh Đối với bơm sử dụng biến tần trạm bơm hoạt động theo nhu cầu lưu lượng áp lực nước sử dụng bên mạng lưới Việc thay đổi áp lực lưu lượng bên truyền cảm biến áp suất, cảm biến áp suất đưa điều khiển tối ưu cho biến tần, biến tần xử lý để đưa tần số thích hợp cho dịng điện vào động máy bơm Việc thay đổi tần số làm cho số vòng quay máy bơm thay đổi kéo theo việc điều chỉnh cột áp lưu lượng điểm làm việc yêu cầu Tuy nhiên tín hiệu đầu vào hay kích thích cảm biến có độ biến thiên nhỏ độ nhạy cho phép cảm biến vi xử lý khơng làm việc, tần số dịng điện khơng thay đổi, chế độ hoạt động bơm không thay đổi theo Điều làm cho nhu cầu sử dụng nước không đảm bảo cột áp lưu lượng Để giải vấn đề việc bổ sung thêm bình điều áp giúp ổn định lưu lượng cột áp đường ống đẩy bơm cần thiết Đồng thời bình điều áp cịn giúp cho việc ổn định cột áp lưu lượng trường hợp nhu cầu dùng nước tăng lên giảm xuống thời gian ngắn nhỏ thời gian chạy tối thiểu máy bơm, tượng thường xảy vào ban đêm Lúc thể tích bình điều áp nhỏ nhiều trường hợp không sử dụng biến tần Dung tích bình điều áp kết hợp với bơm biến tần tính theo cơng thức sau: Q T V= (Lít) (18) K Trong đó: - V: Dung tích bình áp lực (L); - Q: Lưu lượng bơm (L/ph); - T: Thời gian chạy tối thiểu bơm (Phút) Đối với công trình cơng nghiệp T =1~2 phút, cịn nhà dân ... lực dư tầng bên tăng áp cho tầng Đó điều kiện để phân phối nước tầng nhà 2.2 Các biện pháp phân phối nước cơng trình HTCN cho nhà cao tầng có đặc điểm khác nhà thấp tầng sau: - Nhà cao tầng thường... việc phân phối nước đều, giảm chi phí điện vừa giảm bớt sử dụng bơm Nếu không phân vùng cấp nước cơng suất điện cho trạm bơm chung là: Đề xuất giải pháp cấp nước phù hợp cho nhà cao tầng Nb = ... Novotel Sông Hàn gồm 36 tầng, chia thành vùng cấp nước, với khu vực cấp nước Từ tầng đến tầng 31 khu hộ chung cư cao cấp có vùng cấp nước vùng cấp cho tầng - vùng cấp nước bên sử dụng van giảm