Chọn sơ đồ hệ thống cấp nước hợp lý cho nhà cao tầng

Hệ thống cấp nước của nhà cao tầng, thường là hệ thống có quy mô, tầm quan trọng và các chi phí (chi phí xây lắp, chi phí vận hành, chi phí quản lý) lớn hơn nhiều so với hệ thống cấp nước của nhà thấp tầng.

CHỌN SƠ ĐỒ HỆ THỐNG CẤP NƯỚC HỢP LÝ

CHO NHÀ CAO TẦNG

KS Đào Xuân Trà

Khoa Kỹ thuật Hạ tầng Đô tầng, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung

Tóm tắt: Trong lĩnh vực cấp thoát nước công trình, dưới góc độ chuyên môn, thì

những ngôi nhà từ 06 tầng trở lên, được coi là nhà cao tầng Hệ thống cấp nước

của nhà cao tầng, thường là hệ thống có quy mô, tầm quan trọng và các chi phí

(chi phí xây lắp, chi phí vận hành, chi phí quản lý) lớn hơn nhiều so với hệ thống

cấp nước của nhà thấp tầng Vì vậy, việc chọn sơ đồ hệ thống cấp nước hợp lý

cho nhà cao tầng, là một vấn đề rất quan trọng, góp phần đảm bảo cung cấp

nước một cách an toàn, tin cậy, đồng thời giảm đáng kể các chi phí

Từ khoá: Nhà cao tầng, hệ thống cấp nước

1 Những đặc điểm cơ bản của hệ

thống cấp nước nhà cao tầng

Để làm rõ những đặc điểm cơ bản

của hệ thống cấp nước nhà cao tầng, ta

xét một sơ đồ cấp nước dưới đây: hình 1

là sơ đồ hệ thống cấp nước thông

thường, được áp dụng cho những ngôi

nhà thấp tầng (04 tầng chẳng hạn)

1- Máy bơm

2- Ống đứng

3- Bể chứa nước mái

Trong sơ đồ này, người ta dùng 01 máy bơm và 01 bể chứa nước mái chung cho toàn ngôi nhà Máy bơm đặt ở tầng một hoặc tầng hầm, bể chứa nước mái đặt trên sàn mái Cả hệ thống cấp nước chỉ dùng ống đứng duy nhất

Nhưng nếu ta cũng đem sơ đồ cấp nước này, để áp dụng cho nhà cao tầng, thì hiển nhiên thấy rằng: áp lực nước tại tầng một và tầng trên cùng của ngôi nhà

sẽ chênh nhau rất lớn Nhà càng nhiều tầng thì độ chênh áp lực nước sẽ càng cao, điều này dẫn đến áp lực tự do của các thiết bị dùng nước, tại một số tầng bên dưới cũng sẽ quá lớn, gây ra những bất tiện cho người sử dụng, như: khó điều chỉnh nhiệt độ nước ở các bộ vòi trộn nóng - lạnh, tạo ra tiếng ồn khi sử dụng, hoặc nước có thể bắn tung lên người, gây ướt nếu như người sử dụng

có những thao tác bất cẩn, khi mở các thiết bị dùng nước…

Mặt khác, độ chênh áp lực nước lớn này, còn phát sinh các va đập thủy

lực (hiện tượng nước va-búa nước),

nhất là khi người thiết kế không chú ý

đến đặc điểm áp lực, khả năng chịu áp

của đường ống, phụ tùng nối ống, loại

thiết bị dùng nước…thì có thể làm giảm

đáng kể thời gian phục vụ của cả hệ

thống cấp nước Vì thế, không thể áp

dụng sơ đồ cấp nước này cho các nhà

cao tầng được

Sơ đồ hệ thống cấp nước hợp lý

cho nhà cao tầng, là sơ đồ phân vùng áp

lực: chia ngôi nhà thành từng vùng cấp

nước riêng biệt, với chiều cao mỗi vùng

khoảng từ 4 đến 5 tầng nhà Việc chia

ngôi nhà thành từng vùng cấp nước, đã

giải quyết được vấn đề kỹ thuật, đó là:

khắc phục được độ chênh áp lực nước

lớn giữa các tầng và giữa các vùng

Trong sơ đồ phân vùng áp lực, thì áp lực

nước của các vùng là tương đương nhau,

còn độ chênh áp lực nước, giữa tầng trên

cùng và tầng dưới cùng của một vùng là

không lớn

2 Các sơ đồ hệ thống cấp nước cho

nhà cao tầng

Trong những năm gần đây, cùng

với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh

tế đất nước, rất nhiều ngôi nhà cao tầng

đã được xây dựng, từ trụ sở cơ quan

hành chính-sự nghiệp, trụ sở tập đoàn

kinh tế, công ty, tổng công ty đến các

khách sạn hay chúng cư cao tầng…đặc

biệt là tại các thành phố lớn như Hà Nội,

Hải Phòng, Đà Nẵng hay thành phố Hồ

Chí Minh

Những sơ đồ phân vùng áp lực nói

trên, vì vậy cũng đã được thiết kế và lắp

đặt cho nhiều ngôi nhà cao tầng trên phạm vi cả nước Thực tế cho thấy, tùy theo từng điều kiện cụ thể, trên cơ sở phân tích ưu, nhược điểm, so sánh các chỉ tiêu về kinh tế - kỹ thuật, người ta đã

sử dụng các sơ đồ hệ thống cấp nước phân vùng áp lực sau đây:

a Sơ đồ 1: Sơ đồ 01 máy bơm, 01 bể

chứa nước mái (hình 2)

1- Bể chứa ngầm 2- Máy bơm 3- Bể chứa nước mái 4- Các ống đứng phân phối Hình 2 giả sử là sơ đồ hệ thống cấp nước cho một ngôi nhà cao tầng (12 tầng) Trong sơ đồ này, sử dụng 01 máy bơm và 01 bể chứa nước mái chung cho toàn ngôi nhà

Chia ngôi nhà thành 03 vùng cấp nước riêng biệt (1, 2, 3) với chiều cao mỗi vùng là 04 tầng nhà Nước từ bể chứa nước mái, được cấp xuống các vùng, bằng các ống đứng phân phối riêng biệt

Hai vùng dưới (1 và 2) phải khử áp lực

dư bằng các van điều áp, để sao cho áp

lực nước giữa các vùng là tương đương

nhau

Ưu điểm nổi bật của sơ đồ cấp nước

này là: số lượng, chủng loại máy bơm ít,

số lượng bể chứa nước mái ít, dễ quản

lý Nhưng nhược điểm là: dung tích bể

chứa nước mái lớn, hoặc muốn giảm

dung tích bể phải tăng tần suất bơm

Nhiều ống đứng phân phối sẽ làm tăng

kích thước hộp kỹ thuật, tăng tổng chiều

dài toàn mạng lưới ống Mặt khác, toàn

bộ các vùng cấp nước của ngôi nhà, phụ

thuộc tuyệt đối vào 01 máy bơm, 01 bể

chứa nước mái, do đó tính an toàn cấp

nước không cao

b Sơ đồ 2: Sơ đồ nhiều máy bơm,

nhiều bể chứa nước mái (hình 3)

1- Bể chứa ngầm

2- Các máy bơm

3- Các bể chứa nước mái Trong sơ đồ này, sử dụng nhiều máy bơm và nhiều bể chứa nước mái Bể chứa ngầm và máy bơm đặt tại tầng hầm, các bể chứa nước mái đặt tại mái tầng đỉnh của mỗi vùng Mỗi cặp máy bơm và bể chứa nước mái hoạt động độc lập và phục vụ cho từng vùng

riêng biệt Vì tính chất hoạt động như vậy, nên sơ đồ cấp nước này còn được

gọi là sơ đồ phân vùng song song

Ưu điểm nổi bật của sơ đồ cấp nước này là: viêc cấp nước cho toàn bộ ngôi nhà, hoàn toàn không bị phụ thuộc vào bất kỳ cặp máy bơm và bể chứa nước mái nào Hơn nữa, nếu thiết kế thêm ống đứng dự phòng (có van hai chiều), nối bể mái của các vùng cấp nước, thì các vùng còn có thể hỗ trợ nhau làm việc khi có sự cố Vì vậy, tính

an toàn cấp nước của sơ đồ rất cao

Trong sơ đồ này, cũng dễ dàng nhận thấy rằng, áp lực nước giữa các vùng là hoàn toàn tương đương nhau, mà không cần phải sử dụng các van điều áp Tuy nhiên trong sơ đồ này, số lượng, chủng loại máy bơm nhiều, số lượng bể chứa nước mái

nhiều sẽ phần nào gây khó khăn cho công tác quản lý hệ thống

Một hệ thống cấp nước hợp lý, là

hệ thống vừa phải đảm bảo giá thành xây lắp thấp, vừa phải đảm bảo các chi phí trong quá trình vận hành, quản lý nhỏ, để từ đó có giá dịch vụ cấp nước thấp nhất Việc đưa ra được sơ đồ hệ thống cấp nước hợp lý, đặc biệt là đối

với nhà cao tầng, là một nhiệm vụ quan

trọng trong quá trình tác nghiệp, của

người thiết kế cấp nước

Như đã đề cập đến ở phần đầu bài

viết, hệ thống cấp nước của nhà cao

tầng, thường là hệ thống có quy mô, tầm

quan trọng và các chi lớn hơn nhiều so

với hệ thống cấp nước của nhà thấp tầng

Và nếu như ta giả thiết rằng, chi phí xây

lắp của các sơ đồ hệ thống cấp nước cho

một ngôi nhà cao tầng là tương đương

nhau, thì các chi phí trong suốt quá trình

vận hành, quản lý các sơ đồ hệ thống

cấp nước đó là rất khác nhau: tính kinh

tế trong quá trình vận hành, quản lý hệ

thống cấp nước, là một vấn đề rất được

quan tâm

Qua nhiều nghiên cứu, người ta đã

kết luận rằng: sơ đồ hệ thống cấp nước

phân vùng, mà chỉ có 01 máy bơm, 01

bể chứa nước mái chung cho cả ngôi nhà

(sơ đồ 1, hình 2), chưa đáp ứng được các

yêu cầu về mặt kinh tế Từ thực tiễn sử

dụng sơ đồ hệ thống cấp nước này đã

cho thấy rằng: giá thành vận hành, quản

lý trong suốt thời gian hoạt động của nó

là rất lớn, nhất là khi người thiết kế,

trong quá trình tính toán thủy lực, lại

chọn vận tốc nước chảy trong các đoạn

ống lớn hơn vận tốc kinh tế, làm tăng

tổn thất áp lực nước trong các đoạn ống,

điều đó sẽ làm tăng cột áp các máy bơm,

dẫn đến lượng điện năng tiêu thụ sẽ rất

lớn, không kinh tế

Trong khi đó, sơ đồ hệ thống cấp

nước phân vùng gồm nhiều máy bơm,

nhiều bể chứa nước mái, mỗi cặp máy

bơm và bể chứa nước mái hoạt động độc lập, phục vụ cho từng vùng cấp nước riêng biệt (sơ đồ 2, hình 3), có chi phí tiêu thụ điện năng bơm nước nhỏ hơn nhiều so với sơ đồ trên (sơ đồ 1, hình 2)

Và nếu khi tính toán với số lượng vùng cấp nước khác nhau, sẽ cho kết quả: tỷ

số giữa chi phí tiêu thụ điện năng của sơ

đồ 2, so với sơ đồ 1, khi số lượng vùng cấp nước của ngôi nhà lần lượt là 3, 4, 5, thì tỷ số đó lần lượt sẽ là 6/9, 10/16, 5/25 Tỷ số này càng nhỏ khi số vùng

cấp nước càng nhiều: lượng điện năng

tiết giảm được là rất lớn

3 Kết luận

Việc lựa chọn sơ đồ hệ thống cấp nước cho nhà cao tầng, phải dựa trên cơ

sở vừa đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật là cấp nước an toàn, tin cậy, vừa đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế để có tổng giá thành xây lắp, vận hành, quản lý hệ thống là nhỏ nhất

Từ các tính toán phân tích trên, có thể rút ra kết luận: với các điều kiện áp dụng như nhau, thì sử dụng sơ đồ 2 (hình 3) cho hiệu quả về kinh tế-kỹ thuật tốt hơn so với sơ đồ 1 (hình 2) Nếu chiều cao và số tầng nhà giả sử bằng nhau, càng chia thành nhiều vùng cấp nước, thì chi phí tiêu thụ điện năng bơm nước càng giảm Tuy nhiên, cũng không thể chia ngôi nhà thành quá nhiều vùng,

vì như thế sẽ gây khó khăn cho công tác vận hành, quản lý hệ thống, nhất là đối với các máy bơm cấp nước Việc chia mỗi vùng cấp nước, với số lượng từ 4 đến 5 tầng nhà là hợp lý

Các sơ đồ hệ thống cấp nước phân

vùng như giới thiệu ở trên, nhất là sơ đồ

phân vùng song song, được ứng dụng

hiệu quả cho những ngôi nhà cao tầng,

nhưng có chiều cao dưới 100 mét Khi

ngôi nhà có chiều cao trên 100 mét, thì

cột áp của máy bơm cấp nước cho các

vùng phía trên, cũng phải lớn hơn 100

mét cột nước Lúc đó việc lựa chọn máy bơm và các thiết bị cấp nước lắp đặt cho ngôi nhà sẽ khó khăn Trong trường hợp này, người ta sẽ sử dụng sơ đồ hệ thống

cấp nước phân vùng nối tiếp Các dạng

sơ đồ hệ thống cấp nước phân vùng nối tiếp, tác giả hy vọng sẽ được trình bày chi tiết trong các bài báo sau

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trần Hiếu Nhuệ, Trần Đức Hạ, Đỗ Hải, Ứng Quốc Dũng, Nguyễn Văn Tín - Năm

2002 - Cấp thoát nước - NXB KHKT

[2] Ts Hoàng Huệ - Năm 1993 - Giáo trình Cấp thoát nước - NXB XD

[3] Trần Thị Mai, Trần Thị Sen, Nguyễn Đình Hải - Năm 2004 - Giáo trình Cấp thoát

nước trong nhà – NXB Xây Dựng

[4] Nguyễn Văn Tín, Nguyễn Thị Hồng, Đỗ Hải - Năm 2001- Cấp nước tập 1: Mạng

lưới cấp nước - NXB KHKT