Nghiên cứu đề xuất áp dụng mô hình tính toán thiết kế hệ thống chữa cháy tự động sprinkler cho nhà cao tầng

Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Hệ thống phòng cháy chữa cháy PCCC là một trong những hệ thống quan trọng và không thể thiếu đối với bất kỳ chung cư cao ốc, tòa nhà cao tầng hiện na

LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Thủy lợi, Phòng Đào tạo đại học và sau đại học, Khoa Kỹ thuật quản lý tài nguyên nước và toàn thể các thầy, cô giáo của nhà trường đã giúp đỡ tác giả trong quá trình làm Luận văn này cũng như trong suốt thời gian học tập tại trường Đặc biệt, học tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Dương Thanh Lượng, người thầy trực tiếp hướng dẫn khoa học, đã hết lòng giúp đỡ, tận tình giảng giải cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.

Trong quá trình làm luận văn, tác giả đã có cơ hội học hỏi và tích lũy thêm được nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu phục vụ cho công việc của mình Tuy nhiên, do thời gian có hạn, trình độ còn hạn chế, số liệu và công tác xử lý số liệu với khối lượng lớn nên những thiếu sót của Luận văn là không thể tránh khỏi Do đó, tác giả rất mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ của các thầy cô giáo cũng như những ý kiến đóng góp của bạn bè và đồng nghiệp

Tác giả cũng xin được gửi lời cảm ơn tới các bạn trong lớp 21CTN21, các anh, chị khóa trước đã động viên, đóng góp ý kiến và hỗ trợ trong suốt quá trình học tập và làm luận văn

Ngày 05 tháng 01 năm 2016

Tác giả

Phạm Thị Hải

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, luận văn “Nghiên cứu đề xuất áp dụng mô hình tính toán thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho nhà cao tầng”

là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi Các số liệu là trung thực, kếtquả nghiên cứu của luận văn này chưa từng được sử dụng trong bất cứ mộtluận văn nào khác mà đã bảo vệ trước

Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã đượccảm ơn và các thông tin, tài liệu tham khảo đều được ghi rõ nguồn gốctrích dẫn

Ngày 05 tháng 01 năm 2016

Tác giả

Phạm Thị Hải

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH VẼ v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỮA CHÁY TỰ ĐỘNG SPRINKLER 4

1.1 Lịch sử ra đời, quá trình hình thành và phát triển của hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler 4

1.1.1 Lịch sử ra đời 4

1.2 Phương pháp thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler trên thế giới 5

1.2.1 Ứng dụng hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler ở các nước trên thế giới 5

1.2.2 Phương pháp thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler của các nước trên thế giới 8

1.3 Tình hình ứng dụng hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler tại Việt Nam 9

1.4 Các loại hệ thống và cấu tạo của đầu phun Sprinkle 10

1.4.1 Cấu tạo đầu phun Sprinkler 10

1.4.2 Các loại hệ thống Sprinkler 12

1.5 Đánh giá hiện trạng thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho các nhà cao tầng 14

1.5.1 Hệ thống cấp nước chữa cháy cho nhà cao tầng 14

1.5.2 Hiện trạng thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho một số nhà cao tầng 16

1 Nhà ở cao tầng N02- T1 dự án xây dựng nhà ở cao tầng N02-T1&T2

Khu Đoàn Ngoại Giao 16

1.6 Những tồn tại khi thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho các nhà cao tầng 20

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỮA CHÁY TỰ ĐỘNG SPRINKLER CHO NHÀ CAO TẦNG 21

2.1 Cơ sở tính toán thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler 21

2.1.1 Khái niệm, nguyên lý hoạt động hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler 21

2.1.2 Nguyên tắc thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler 23

2.2 Lập mô hình tính toán để thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler sử dụng phần mềm Epanet 26

2.2.1 Phần mềm Epanet 26

2.2.2 Tình hình sử dụng phần mềm Epanet trong thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler 28

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH EPANET ĐỂ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỮA CHÁY TỰ ĐỘNG SPRINKLER CHO TÒA NHÀ GEMEK, HÀ NỘI 29

3.1 Tính toán thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho nhà cao tầng 29

3.1.1 Tổng quan về tòa nhà Gemek 29

3.1.2 Các bước tính toán thiết kế hệ thống Sprinkler 30

3.1.3.Lựa chọn đầu phun Sprinkler 33

3.1.4 Tính toán thiết kế hệ thống 33

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Đầu phun sprinkler 10

Hình 1.2: Đầu phun sprinkler khi hoạt động 12

Hình 1.3: Tổng thể phối cảnh nhà ở cao tầng N02- T1 17

Hình 1.4: Một góc của phòng bơm 19

Hình 1.5: Vị trí các ống nhánh đấu nối với ống chính 19

Hình 1.6: Thiết bị báo hiệu mở nước (Alarm Valve) 20

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống chữa cháy tự động kiểu ướt 21

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống chữa cháy tự động kiểu khô 22

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống trên phần mềm Epanet 27

Hình 3.1: Vị trí khu đất 29

Hình 3.2: Sơ đồ tính toán hệ thống chữa cháy tự động 32

Hình 3.3: Mặt bằng chữa cháy tầng kỹ thuật 35

Hình 3.4: Công trình thuộc nhóm I nguy cơ cháy trung bình 36

Hình 3.5: Công trình thuộc nhóm I nguy cơ cháy trung bình 37

Hình 3.6: Lưu lượng các nút và các đầu phun 44

Hình 3.7: Áp lực dư tại các nút và các đầu phun 44

Hình 3.8: Đường kính ống và cột áp tại nút 45

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Phân loại cường độ phun nước theo nguy cơ cháy 23Bảng 3.1: Thông số của thiết bị tưới kiểu sprinker 33Bảng 3.2: Phân loại cường độ phun nước theo nguy cơ cháy 38Bảng 3.3: Tổn thất áp suất qua van điều khiển hệ thống chữa cháy tự động 40Bảng 3.4: Sức cản đơn vị ống nước theo đường kính ống 40Bảng 3.5: Bảng tính thủy lực đoạn ống 41Bảng 3.6: Bảng tính thủy lực tại các nút 45

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Hệ thống phòng cháy chữa cháy (PCCC) là một trong những hệ thống quan trọng và không thể thiếu đối với bất kỳ chung cư cao ốc, tòa nhà cao tầng hiện nay Nó đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc bảo vệ tài

sản và tính mạng con người Vì thế mà việc đầu tư lắp đặt đến bảo trì bảodưỡng hệ thống luôn được đề lên hàng đầu Tất cả các tòa nhà cao ốc đã xâydựng và lắp đặt, bố trí hạ tầng, thiết bị PCCC một cách tốt nhất đảm bảo chohoạt động an toàn, kịp thời xử lý các vấn đề về cháy nổ xảy ra

Công tác phòng cháy chữa cháy (PCCC) đóng một vai trò hết sứcquan trọng trong việc bảo vệ tính mạng và tài sản của mọi gia đình và xã hội.Chỉ cần một phút lơ là, bất cẩn thì hậu quả để lại là rất lớn Đã có nhiều vụcháy xảy ra gây thiệt hại nặng nề về người và tài sản, qua đó đòi hỏi việc nângcao ý thức PCCC là không thể xem nhẹ

Ngày 4/10/1961, Bác Hồ đã ký ban hành Pháp lệnh quy định việcquản lý Nhà nước về PCCC Đây là một trong những Pháp lệnh được banhành sớm nhất của Nhà nước ta đã nói lên tầm quan trọng của công tácPCCC Từ đó đã làm dấy lên các phong trào PCCC mà kết quả đã góp phầnkhông nhỏ vào việc bảo vệ tính mạng, tài sản của người dân và của xã hội.Theo báo cáo của Cục Cảnh sát PCCC và CNCH thì trong năm 2013 đã xảy

ra 2.624 vụ cháy, làm chết 60 người, bị thương 199 người và gây thiệt hại vềtài sản ước tính 1.656,148 tỷ đồng Trong đó phải kể đến vụ cháy lớn tại công

ty may Hà Phong - Bắc Giang, thiêu trụi phân xưởng sản xuất cùng hàng ngàn

xe gắn máy của công nhân; vụ cháy trung tâm thương mại Hải Dương phútchốc biến hàng trăm tỷ đồng của các tiểu thương thành tro bụi; vụ cháy chung

cư JSC 34(Hà Nội), hàng chục vụ cháy nhà cao tầng, khu dân cư, gây hoảng

loạn trong dân chúng do thiệt hại quá lớn về người và tài sản… Nguyên nhâncủa các vụ cháy trên 1 phần lớn là hệ thống chữa cháy không đáp ứng đượcyêu cầu dập tắt đám cháy ngay khi đám cháy vừa xảy ra Việc hệ thống chữacháy không hoạt động được có thể do nhiều nguyên nhân : thiết kế hệ thốngchữa cháy không đạt tiêu chuẩn kĩ thuật, hệ thống không được bảo dưỡng,bảo trì thường xuyên, không tổ chức tập huấn phòng cháy chữa cháy theođịnh kì…

Có thể nói, trong bối cảnh đất nước không ngừng xây dựng và phát triểnnhư hôm nay thì công tác PCCC càng chiếm giữ một vai trò quan trọng Ít cótai nạn nào mà cùng lúc có thể gây thiệt hại lớn về tính mạng và tài sản củacon người như trong các vụ hỏa hoạn

Với vai trò đặc biệt quan trọng của hệ thống Phòng cháy chữa cháy trongcác nhà cao tầng, trung tâm thương mại, chung cư “Nghiên cứu đề xuất ápdụng mô hình tính toán thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho nhàcao tầng” là hết sức cần thiết

II Mục tiêu nghiên cứu

- Đánh giá mô hình thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler trongcác nhà cao tầng

- Đề xuất các giải pháp thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinklertrong nhà cao tầng

- Đưa ra các phương án quản lý hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler tạicác nhà cao tầng

III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1 Đối tượng nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống chữa cháy tự động cho nhà cao tầng

2 Phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu:

Phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung vào các tòa nhà cao tầng, chung

2 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng các phương pháp sau:

- Phương pháp điều tra, khảo sát, thu thập và nghiên cứu tài liệu

- Phương pháp phân tích, xử lý, đánh giá số liệu

- Phương pháp kế thừa

- Phương pháp thống kê và phân tích hệ thống

- Phương pháp mô hình toán

- Phương pháp chuyên gia

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỮA CHÁY TỰ ĐỘNG SPRINKLER 1.1 Lịch sử ra đời, quá trình hình thành và phát triển của hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler

1.1.1 Lịch sử ra đời

Từ 1852-1885, hệ thống ống đục lỗ được sử dụng trong các nhà máy dệttrên khắp New England như một phương tiện phòng cháy chữa cháy Tuynhiên, đó không phải là hệ thống tự động, nó không thể tự khởi động hệthống Nhà phát minh đầu tiên bắt đầu thử nghiệm với vòi phun nước tự độngxung quanh năm 1860 Hệ thống phun nước tự động đầu tiên được cấp bằngsáng chế Philip W Pratt Abington, MA, vào năm 1872

Henry S.Parmalee được coi là người phát minh ra hệ thống đầu phun tựđộng đầu tiên Sau đó Parmalee đã cải thiện các bằng sáng chế Pratt và tạo ramột hệ thống phun tự động tốt hơn Năm 1874, ông đã cài đặt hệ thống đầuphun tự động của mình vào các nhà máy sản xuất đàn piano mà ông sở hữu.Tiếp đến Frederick Grinnell cải thiện thiết kế Parmalee và vào năm 1881 bằngsáng chế hệ thống đầu phun tự động mang tên ông Ông tiếp tục cải tiến thiết

bị và vào năm 1890 đã phát minh ra đĩa thủy tinh phun nước, về cơ bản giốngnhư trong sử dụng ngày nay

Hiện tại trên thế giới đã xuất hiện rất nhiều thiết bị đạt trình độ công nghệtrong lĩnh vực báo cháy và chữa cháy Trong hệ thống báo cháy tự động đãxuất hiện những đầu báo khói siêu nhạy (0,005%/m), hay những trung tâmbáo cháy thông minh báo chính xác tới vị trí của từng đầu báo cháy và có thểkết nối từ trung tâm báo cháy tới các đội chữa cháy khu vực để báo cháy

Ở nước Nga, hệ thống chữa cháy tự động bằng nước đã đc sử dụng từnhững năm 1770 Ở Mạc Tư Khoa các tòa nhà cao tầng (10 tầng) đều được

lắp đặt hệ thống báo cháy tự động Các khu chung cư cao tầng, các cơ sở sảnxuất được xây dựng sau năm 1980 đều có hệ thống báo cháy và chữa cháy tựđộng Tại nước Nhật, nhờ sự phát triển kinh tế thần kỳ sau chiến tranh nên cácthiết bị báo cháy tự động và chữa cháy tự động được sử dụng hầu hết ở các cơ

sở kinh tế và khu đô thị Tại Việt Nam, ngay sau khi đất nước thống nhất,công tác tự động báo cháy và tự động chữa cháy đã đc chính phủ và cácngành quan tâm Các hệ thống chữa cháy tự động được ứng dụng rộng rãi ởcác công trình trọng điểm quốc gia: Nhà ga sân bay quốc tế Nội Bài (Hà Nội),Tân Sơn Nhất, Kho tiền Trung Ương II, Chợ Đồng Xuân

Nhờ có hệ thống báo cháy và chữa cháy tự độngmà nhiều cơ sở phát hiệncháy kịp thời và xử lý có hiệu quả

1.2 Phương pháp thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler trên thế giới

1.2.1 Ứng dụng hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler ở các nước trên thế giới

Vòi phun nước đã được sử dụng tại Hoa Kỳ từ năm 1874, và đã được sửdụng trong các nhà máy công nghiệp, nơi đám cháy thường thảm khốc vàthiệt hại cả người và tài sản Tại Mỹ thời điểm hiện tại, hệ thống chữa cháy tựđộng được yêu cầu trong tất cả các building mới và các tòa nhà dưới lòng đấtthường 75 feet (23 m) ở trên hoặc dưới, mà khả năng của nhân viên cứu hỏa

để cung cấp đầy đủ các đường ống chữa cháy bị hạn chế

Với sự chủ động trong mọi tình huống, người Mỹ đặt ra năm nguyên tắccho hệ Sprinkler và đã trải qua tám năm tiếp theo nghiên cứu làm thế nào để

- Hệ thống phải phù hợp với xây dựng và trang trí trong công trình, cónghĩa là, nó phải riêng biệt và được gắn vào sàn nhà và tường của tài sản

- Hệ thống phải có tính kinh tế Có ý kiến cho rằng, chi phí có khả năng

sẽ là nhân tố chính trong việc xác định liệu một hệ thống được trang bị haykhông và việc lắp đặt không bao gồm bất kỳ tính năng hoạt động nào khôngcần thiết

- Từ 85% nguy cơ tử vong hoặc chấn thương xuất phát từ đám cháy bắtnguồn từ nhà bếp, phòng ngủ và phòng khách, những khu vực riêng biệt cóthể được bảo vệ nếu điều này tiết kiệm được chi phí đáng kể Cuộc tranh luậnnày vẫn chưa được giải quyết ở Anh

Từ khi bắt đầu, Cục Quản lý hỏa hoạn Mỹ đã quan tâm rất nhiều đếnviệc nghiên cứu và phát triển của hệ Sprinkler, ngay khi nó trở nên phổ biến

Để thể hiện cam kết của mình, họ cũng thiết lập một quy tắc mà tất cả cácnhân viên chính phủ Mỹ phải ở trong những nơi có sự bảo vệ của hệSprinkler khi đi du lịch, làm việc hoặc chi phí của họ sẽ không được thanhtoán Điều này đã dẫn đến các chuỗi khách sạn, chẳng hạn như các nhómMarriott, lắp đặt hệ thống Sprinkler trong tất cả các khách sạn của họ, cả ở

Mỹ và trên toàn thế giới

Năm 1981, đầu phun Sprinkler trở thành có sẵn và một vài năm sau đó,vào năm 1985, thành phố Scottsdale trở thành nơi đầu tiên của hơn 2.000thành phố trên toàn nước Mỹ là một trong những thành phố đầu tiên vượt quamột sắc lệnh yêu cầu đầu phun Sprinkler được trang bị trong tất cả các tòanhà mới, cả thương mại và dân cư Không có thương vong trong các tòa nhàđược bảo vệ bởi hệ thống Sprinkler ở Scottsdale, hay bất cứ nơi nào khác, và

hệ Sprinkler đã chịu trách nhiệm giảm thiểu đáng kể các tổn thương liên quanđến cháy và thiệt hại tài sản trong tất cả các loại của các tòa nhà

Những lợi ích cho Scottsdale đã không chỉ đem lại 1 cuộc sống an toàn,

mà các tài sản và thiệt hại môi trường đã được ngăn chặn Những người vậnđộng hành lang cho đạo luật Sprinkler này hiểu rằng sẽ rất khó để thuyết phụchội đồng thành phố để thực hiện việc cài đặt hệ Sprinkler bắt buộc trong các

cơ sở công nghiệp và thương mại trên cơ sở bảo vệ tài sản đơn lẻ Tuy nhiên,khi kết hợp với tiết kiệm trong cuộc sống, đặc biệt là nhà ở, điều này đã trởthành một chiến thắng thuyết phục khi đề nghị Hội đồng

Hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler có thể được yêu cầu phải được càiđặt theo quy chuẩn xây dựng, hoặc có thể được khuyến cáo bởi các công tybảo hiểm để giảm tổn thất tài sản tiềm năng hoặc gián đoạn kinh doanh Quichuẩn xây dựng của Hoa Kỳ đối với những nơi hội họp, nói chung là hơn 100người, và những nơi có người ngủ qua đêm như khách sạn, nhà điều dưỡng,

ký túc xá, và các bệnh viện thường yêu cầu đầu phun chữa cháy tự động hoặctheo quy chuẩn xây dựng địa phương, như một điều kiện để nhận tài trợ củaNhà nước và liên bang hoặc như một yêu cầu để có được chứng nhận (cầnthiết cho các tổ chức có nhu cầu đào tạo nhân viên y tế)

Từ năm 2011, Pennsylvania và California đòi hỏi hệ thống phun nướctrong tất cả các công trình dân dụng mới - các tiểu bang Hoa Kỳ đầu tiên làmnhư vậy

Khi nhìn vào Vương quốc Anh, có vẻ như tất cả các luật an toàn lớn đều

ra đời sau một thảm họa, và dường như họ không muốn học hỏi kinh nghiệmcủa các nước khác Tuy nhiên, Chính phủ hiện đang tiến hành một đánh giásâu sắc về pháp luật phòng cháy chữa cháy và hiện đại hóa các dịch vụ cứuhỏa ở Anh và xứ Wales Tất cả các luật an toàn cháy nổ Vương quốc Anh đềutheo tiêu chí tiết kiệm chi phí cho cuộc sống, cũng như những quy định xâydựng ở Anh và xứ Wales Do đó, hệ Sprinkler sẽ được bao gồm trong phápluật Vương quốc Anh và các quy định xây dựng, nó sẽ được xây dựng chủyếu cho khả năng tiết kiệm chi phí cho cuộc sống của họ

Mặc dù số người chết trong các vụ cháy ở Anh đã giảm trong những năm gầnđây, thương vong tiếp tục lên cao, đạt đến hơn 18.000 vào năm 2000 Chínhphủ đã giao nhiệm vụ cho đơn vị cứu hỏa với việc giảm các tỷ lệ thương vong

và các sáng kiến khác nhau đã được đưa ra trong những năm gần đây Thậtkhông may, người đứng đầu đơn vị cứu hỏa thừa nhận rằng chiến lược hiệnnay, dựa trên giáo dục an toàn cháy và báo động khói, đã không được hiệuquả như họ kì vọng và bây giờ nhận ra rằng họ cần một vũ khí trong cuộcchiến chống lại hỏa hoạn Đó là vũ khí mà họ tin là hệ Sprinkler

Tổ chức cứu hỏa Sprinkler tin rằng an toàn trong cuộc sống là điều hếtsức quan trọng Họ cũng nhận ra rằng mặc dù thị trường cho các hệ thốngphun nước tự động trong nhà ở dân dụng vẫn còn nhỏ, so với khu vực thươngmại / công nghiệp, an toàn của cuộc sống sẽ là động lực thúc đẩy sự mở rộngcủa thị trường Sprinkler rộng lớn hơn ở Anh, do đó tiết kiệm chi phí cho cuộcsống, tài sản và môi trường từ sự tàn phá của hỏa hoạn Một giải pháp cho tất

Đa phần các hệ thống phun nước được cài đặt ngày nay được thiết kế sửdụng trong khu vực với phương pháp tiếp cận mật độ Đầu tiên các đặc điểmxây dựng của tòa nhà được phân tích để xác định mức độ nguy cơ hỏa hoạn.Thường các tòa nhà được phân loại : mức độ nguy hiểm chiếu sáng, nhóm

nguy hiểm thông thường 1, nguy hiểm thông thường nhóm 2, thêm nguy hiểmnhóm 1, hoặc nhóm nguy hiểm 2 Sau khi xác định việc phân loại nguy hiểm,một khu vực thiết kế và mật độ có thể được xác định bằng cách tham khảobảng trong Hiệp hội bảo vệ tiêu chuẩn cháy quốc gia (NFPA) Khu vực thiết

kế là một khu vực lý thuyết của tòa nhà đại diện cho các khu vực trường hợpxấu nhất, nơi một ngọn lửa có thể bùng cháy

Sau khi khu vực thiết kế và mật độ đã được xác định, tính toán được thựchiện để chứng minh rằng hệ thống có thể đảm bảo yêu cầu trong khu vực thiết

kế Tính toán đảm bảo tất cả các áp lực đã mất hoặc đã đạt được giữa cácnguồn cung cấp nước và đầu phun nước sẽ hoạt động trong khu vực thiết kế.Điều này bao gồm tổn thất áp suất do ma sát bên trong đường ống và sựchênh lệch về chiều cao từ bể chứa tới các đầu phun tự động Đôi khi áp lực

từ vận tốc nước bên trong đường ống cũng được tính toán Thông thườngnhững tính toán này được thực hiện bằng sử dụng phần mềm máy tính, tuynhiên trước sự ra đời của hệ thống máy tính thì những tính toán phức tạp đôikhi được thực hiện bằng tay Kỹ năng tính hệ thống đầu phun nước bằng tayvẫn được yêu cầu đào tạo cho một kỹ thuật viên thiết kế đang tìm kiếm chứngnhận trình độ cao cấp của tổ chức chứng nhận kỹ thuật như Viện Chứng nhận

Kỹ thuật Công nghệ (NICET)

1.3 Tình hình ứng dụng hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler tại Việt Nam

Từ năm 2003, nhà nước mới ban hành TCVN 7336: 2003 Yêu cầu thiết

kế và lắp đặt hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler Trước đó, đa phần các tòanhà chỉ được bảo vệ bởi hệ thống chữa cháy vách tường và bình chữa cháy.Năm 2009, nhà nước ban hành TCVN 3890: 2009 quy định về trang bị vànhững yêu cầu căn bản đối với việc bố trí, kiểm tra, bảo dưỡng phương tiệnphòng cháy và chữa cháy cho nhà và công trình Trong đó có nói rõ nhà cao

từ 25m trở nên phải thiết kế hệ thống chữa cháy Sprinkler

Việc thành lập đơn vị Sở phòng cháy chữa cháy ở các tình thành phố đãđược quan tâm đúng mức, các điều luật và các tiêu chuẩn về phòng cháy chữacháy được ban hành Chính vì thế, việc thiết kế hệ thống chữa cháy tự độngcho nhà cao tầng theo đúng tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành được các đơn vịthực hiện nghiêm chỉnh.

1.4 Các loại hệ thống và cấu tạo của đầu phun Sprinkle

1.4.1 Cấu tạo đầu phun Sprinkler

Đầu phun Sprinkler là một trong những thiết bị phòng cháy thường được

sử dụng trong các công trình đòi hỏi yêu cầu về chữa cháy cao, đầu phun đượcthiết kế để nước tỏa đều lên trên khu vực cháy, mỗi loại đầu phun khác nhauđược thiết kế làm việc ở mỗi ngưỡng hoạt động riêng và kiểu đầu phun theoloại cấu trúc của thân đầu phun Có rất nhiều loại đầu phun, nhưng phần lớnvẫn dựa trên các thành phần sau:

Hình 1.1: Đầu phun sprinkler

Thân: Tạo nên cấu trúc cho đầu phun, chịu đựng được áp lực nướctrong đường ống phun ra Thân sẽ giữ bộ cảm ứng nhiệt và nút chặn để làmkín nước, nâng đỡ tấm lá dẫn hướng phun nước Được chế tạo bằng đồng thauhoặc thép mạ crôm để chống gỉ Chọn đúng kiểu thân đầu phun phụ thuộc vàodiện tích khu vực cần chữa cháy

Bộ cảm ứng nhiệt: Là thành phần kiểm soát nhiệt độ để phun nước Ởnhiệt độ bình thường, bộ cảm ứng sẽ chặn giữ nút chặn lại làm kín nước, khinhiệt độ cao đạt đến ngưỡng hoạt động bộ cảm ứng sẽ giải phóng làm rơi nútchặn ra Thông thường bộ cảm ứng nhiệt sử dụng là bầu thủy tinh có chứathủy ngân.

Nút chặn: Dùng để chặn và làm kín không cho nước rò rỉ ra ngoài,được bộ cảm ứng nhiệt chặn lại không cho nước phun ra Khi bộ cảm ứnghoạt động (bể vỡ hay đứt …) nút chặn sẽ rơi ra và nước trong đường ống sẽphun ra ngoài

Tấm dẫn hướng: Được lắp trên thanh đầu phun đối diện với nút chặnnơi mà nước sẽ phun ra ngoài Nhiệm vụ của tấm dẫn hướng là chia đều dòngnước phun và tỏa rộng ra trên bề mặt diện tích chữa cháy Tấm dẫn hướng sẽquyết định kiểu lắp của đầu phun bởi hướng và góc phun Các kiểu lắp thôngthường của đầu phun là quay lên, quay xuống và quay ngang Việc lắp đặt đầuphun Sprinkler phải theo đúng thiết kế, việc lựa chọn kiểu đầu phun phải dựatheo kiến trúc của tòa nhà

Mỗi đầu phun Sprinkler sẽ hoạt động riêng lẻ khi đạt đến nhiệt độ kíchhoạt được thiết kế sẵn Phần lớn các đầu phun Sprinkler phun khoảng 80-100lít/phút, điều này còn phụ thuộc vào thiết kết của hệ thống Một số loạiSprinkler đặc biệt được thiết kế cho phép phun lên đến 400 lít/phút

Hình 1.2: Đầu phun sprinkler khi hoạt động

1.4.2 Các loại hệ thống Sprinkler

1 Hệ thống ướt (Wet Pipe System)

Hệ thống Sprinkler ướt (Wet Pipe Systems) là hệ thống mà đường ốngluôn có chứa sẵn nước và được kết nối với nguồn nước cung cấp, nhờ đónước sẽ phun ra ngay lập tức khi đầu phun Sprinkler được kích họat bởinhiệt độ của đám cháy Do các thiết bị của hệ thống đơn giản và dễ dàng sửdụng nên hệ thống Sprinkler ướt được ứng dụng rộng rãi hơn so với các hệthống khác

2 Hệ thống khô (Dry Pipe System)

Hệ thống Sprinkler khô trong đường ống sẽ không có nước mà thay bằngkhông khí hay Nitrogen nén Khi đầu phun Sprinkler họat động bởi nhiệt độcủa đám cháy, khí sẽ thóat ra qua đầu phun làm giảm áp lực mở van hệ thốngkhô cho phép nước chảy vào hệ thống đường ống đi đến đầu phun đã mở

Hệ thống khô được sử dụng cho những khu vực mà hệ thống ướt khôngđáp ứng được như những nơi nhiệt độ có thể gây ra đóng băng nước So với

hệ thống ướt đòi hỏi phức tạp hơn về thiết kế, lắp đặt, bảo dưỡng cũng như hệthống duy trì khí nén

3 Hệ thống xả tràn (Deluge system)

Hệ thống xả tràn được sử dụng ở những nơi đòi hỏi cần một lượng nướclớn phun ra để nhanh chóng kiểm sóat được đám cháy trên một phạm vi rộng,không cho đám cháy lan truyền đi Van xả tràn có thể kích để họat động bằng

hệ thống điện, khí nén hay áp lực nước

Bố trí sắp xếp đường ống của hệ thống xả tràn cũng giống như hai hệthống đường ống ướt và khô nhưng có hai điểm khác biệt lớn :

• Sử dụng các đầu phun Sprinkler theo tiêu chuẩn, nhưng các đầu phunnày không có nút chặn và luôn mở do yếu tố kích họat cảm ứng nhiệt của đầuphun bởi nhiệt độ của đám cháy đã lọai bỏ, vì vậy khi van xả tràn mở ra, nướcchảy vào hệ thống đường ống và đi đến tất cả các đầu phun đã mở, phun nước

ra cùng một lúc

• Van xả tràn luôn luôn đóng và chỉ mở khi được kích họat do hệ thốngbáo cháy lắp riêng rẽ độc lập trong cùng khu vực với hệ thống đầu phunSprinkler mở

4 Hệ thống kích họat trước (Pre-Action Sprinkler system)

Hệ thống kích họat trước cũng giống như hệ thống Sprinkler xả trànngọai trừ là sử dụng đầu phun Sprinkler kín Hệ thống này thích hợp chonhững nơi chứa các thiết bị vật phẩm có giá trị hay những nhà kho mà khônggian làm ảnh hưởng đến tính họat động hiệu quả của đầu phun như dễ va đậpgây hư hỏng đầu phun Van của hệ thống kích họat trước luôn luôn đóng vàchỉ mở khi được kích họat do hệ thống báo cháy lắp riêng rẽ độc lập

Hệ thống báo cháy sẽ kích họat mở van kích họat trước, để cho nước đivào hệ thống đường ống Nước vẫn chưa phun ra từ đầu phun cho đến khinhiệt độ kích họat cho đầu phun mở ra và phun nước ra ngòai Họat động củalúc này của van kích họat trước giống như kiểu lọai hệ thống Sprinkler ướt.5.Hệ thống kết hợp hồng thủy (Deluge System)

Hệ thống sprinkler dùng các đầu sprinklers mở sẵn được gắn vào mộtnguồn nước, qua một van mà van đó sẽ được mở do sự kích hoạt của một hệthống báo cháy được lắp đặt tại cùng những vị trí có đặt đầu sprinkler Khivan này mở, nước sẽ chảy vào hệ thống đường ống, và rồi phun nước ra quatất cả các sprinklers đã lắp đặt

6.Hệ thống kết hợp hồng thủy - kích hoạt trước (Combined Dry Preaction System)

Pipe-Hệ thống sprinkler có các đầu sprinklers tự động được gắn vào hệthống đường ống có chứa không khí, có áp lực, và có một hệ thống dò cháy

bổ sung được lắp đặt tại cùng những vị trí có đặt đầu sprinkler Khi hệthống dò cháy kích hoạt, nó sẽ kích các thiết bị nhả và rồi thiết bịi nhả này

sẽ mở các (dry pipe valves) cùng lúc mà không mất áp lực không khí trong

hệ thống Việc kích hoạt hệ thống báo cháy cũng làm mở các van xả khí đặt

ở điểm cuối của (feed main) Các van xả khí, thông thường, sẽ được mởtrước khi các đầu sprinkler mở Hệ thống dò cháy đồng thời cũng hoạtđộng như một hệ thống báo động "

1.5 Đánh giá hiện trạng thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho các nhà cao tầng

1.5.1 Hệ thống cấp nước chữa cháy cho nhà cao tầng

1 Khái niệm nhà cao tầng:

Khái niệm “nhà cao tầng” trong xã hội hiện nay được coi là tương đối đốivới các quan niệm khác nhau về quy mô xây dựng ở mỗi nơi, mỗi thời điểm.

Ở Việt Nam, trong xây dựng thường phân loại theo số tầng như sau:

- Loại 1: Từ 9 đến 16 tầng (cao đến 50m)

- Loại 2: Từ 17 đến 25 tầng (cao đến 75m)

- Loại 3: Từ 26 đến 40 tầng (cao đến 100m)

- Loại 4: Siêu cao tầng từ 41 tầng trở lên (cao hơn 100m)

Theo TCVN 6160:1996 (PCCC – Nhà cao tầng – Yêu cầu thiết kế) địnhnghĩa nhà cao tầng như sau:

- Nhà cao tầng là nhà và các công trình công cộng có chiều cao từ 25m đến100m (tương đương 10 đến 30 tầng)

2 Những đặc điểm của nhà cao tầng liên quan đến phòng cháy chữa cháy

Qua nghiên cứu cho thấy, nhà cao tầng có một số đặc điểm chính liênquan đến phòngcháy chữa cháy như sau:

1 Diện tích sử dụng lớn, số lượng người đông, công năng sử dụng phức tạp,tập trung nhiều chất cháy, có nhiều hệ thống thiết bị kỹ thuật, nguy cơ xảy racháy cao

2 Lối thoát nạn chính cho người trong nhà cao tầng là qua các cầu thang bộ

đi xuống mặt đất rồi ra ngoài nhà Vì vậy, nhà càng cao thì đường thoát nạncàngdài, thời gian thoát nạn ra khỏi nhà càng lâu, nguy cơ đám cháy đe doạtính mạng con người càng cao

3 Tốc độ, áp lực của gió trên cao làm tăng tốc độ cháy lan và mức độ phứctạp của đám cháy Hành lang giữa và các buồng thang bộ trong nhà cao tầngnếu không có giải pháp bảo vệ sẽ là các con đường lan truyền lửa, khói, hơinóng, khí độc từ đám cháy lên các tầng trên và lan ra toàn nhà, đồng thời cảntrở việc thoát nạn và đe doạ tính mạng những người chưa thoát kịp ra khỏinhà

4 Khó khăn cho việc cấp nước chữa cháy và khó khăn cho việc cứu hộ, cứunạncũng như việc triển khai các hoạt động chữa cháy trên các tầng cao nhất

là đối với các nhà cao tầng xây dựng ở các địa phương chưa được trang bị các

xe thang chữa cháy chuyên dụng hoặc các nhà cao tầng có chiều cao vượt quátầm với của các xe thang, hoặc không có đường bãi đủtiêu chuẩn cho các xethang hoạt động

- Các nhà cao tầng làm căn hộ cao cấp thuộc đầu tư nước ngoài xây dựngtrongnhững năm gần đây thường được đầu tư về phòng cháy chữa cháy đầy

đủ theo thiết kế và thiết bị phòng cháy chữa cháy của nước ngoài

- Một số nhà cao tầng làm căn hộ cao cấp đầu tư trong nước xây dựng nhữngnăm gần đây cũng được đầu tư cho phòng cháy chữa cháy đầy đủ theo cáctiêuchuẩn Việt nam và tiêu chuẩn nước ngoài.

- Đa số nhà cao tầng làm nhà ở chung cư xây dựng trước đây và một số nhàcao tầng xây dựng ở các khu đô thị mới gần đây, việc đầu tư cho phòng cháychữa cháy chưa đầyđủ theo yêu cầu tiêu chuẩn

1.5.2 Hiện trạng thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho một số nhà cao tầng

1 Nhà ở cao tầng N02- T1 dự án xây dựng nhà ở cao tầng N02-T1&T2 Khu Đoàn Ngoại Giao

a Tổng quan về khu nhà ở cao tầng N02- T1 dự án xây dựng nhà ở cao tầng N02-T1&T2 Khu Đoàn Ngoại Giao

Địa điểm xây dựng: Xã Xuân Đỉnh- Huyện Từ Liêm – TP Hà Nội là mộtcông trình xây dựng mới Công trình được sử dụng làm trung tâm thương mại,siêu thị, nhà ở Đây là công trình có kiến trúc cao tầng với diện tích rộng, tậptrung đông người Vì vậy trong trường hợp có cháy xảy ra việc sơ tán người

và tác chiến chữa cháy của lực lượng chữa cháy chuyên nghiệp có những khókhăn nhất định trong tình kinh tế nước ta hiện nay Do mức độ quan trọng trênnên việc đầu tư trang thiết bị PCCC tại chỗ cho công trình là một mục tiêu rấtquan trọng và thiết thực Thực tế trong thời gian qua đã xảy ra nhiều vụ cháytrên toàn quốc gây thiệt hại lớn về người và tài sản, làm ảnh hưởng xấu tớinền kinh tế và an ninh chính trị nước ta

Hình 1.3: Tổng thể phối cảnh nhà ở cao tầng N02- T1

b Mô tả hệ thống chữa cháy Sprinker

Căn cứ vào tính chất và mục đích sử dụng tiêu chuẩn Việt Nam về antoàn Phòng cháy chữa cháy để thiết kế các hệ thống PCCC của công trình, đề

ra thiết kế các hệ thống PCCC cho công trình gồm các hạng mục sau:

1- Hệ thống báo cháy tự động điạ chỉ

2- Hệ thống chữa cháy Sprinkler

3- Hệ thống chữa cháy họng nước vách tường

4- Phương tiện chữa cháy ban đầu

Hệ thống Sprinkler bố trí ở tất cả các vị trí có thể chữa cháy bằng nướctrong tòa nhà Cụm bơm, bể nước được đặt ở tầng hầm B1 Khi có cháy dướitác động của nhiệt độ làm cho các đầu Sprinkler vỡ ra, bơm chữa cháy sẽđược khởi động tự động Nước chữa cháy theo mạng lưới đường ống dẫn đếnnhững khu vực đầu phun bị vỡ tạo thành các vòng tròn nước bán kính 2m.Điều kiện tối thiểu để đầu phun hoạt động bình thường là áp lực nước tại đầuphun phải đảm bảo lớn hơn 10m.c.n và nhỏ hơn 80m.c.n

Hình 1.4: Một góc của phòng bơm

Hình 1.5: Vị trí các ống nhánh đấu nối với ống chính

Hình 1.6: Thiết bị báo hiệu mở nước (Alarm Valve)

1.6 Những tồn tại khi thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho các nhà cao tầng

- Trong quá trình thiết kế, việc chọn đường kính ống nhỏ để giảm giáthành dẫn đến việc tổn thất áp trên đường ống tăng lên, đồng nghĩa với áp lựctại đầu vòi phun không đảm bảo

- Sử dụng giá trị tổn thất áp lực qua van giám sát (Alarm Valve) theocông thức của nhà sản xuất mà không quan tâm tới tính pháp lý

- Thiết kế dựa nhiều vào kinh nghiệm, áp dụng từ các nhà máy cũ, dẫnđến tiếp tục tồn tại những lỗi sai

- Không thiết kế mạng vòng cho hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler

- Bố trí vượt quá số đầu phun qui định cho từng loại hệ thống chữa cháy

tự động Sprinkler

- Lựa chọn đầu phun sprinkler không hợp lý

CHƯƠNG 2.

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỮA CHÁY

TỰ ĐỘNG SPRINKLER CHO NHÀ CAO TẦNG 2.1 Cơ sở tính toán thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler

2.1.1 Khái niệm, nguyên lý hoạt động hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler

a Khái niệm

Hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler là tập hợp các thiết bị kỹ thuậtchuyên dùng, đường ống và chất chữa cháy được điều khiển tự động để dậptắt các đám cháy hoặc ngăn chặn cháy lan khi xảy ra cháy

b Nguyên lý hoạt động

Đối với hệ thống chữa cháy tự động kiểu ướt: Đây là hệ thống Sprinkler

tiêu chuẩn thường xuyên nạp đầy nước có áp lực ở cả phía trên và phía dưới