Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của máy bơm nước cho ứng dụng tòa nhà cao tầng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật máy bơm nước cho ứng dụng tịa nhà cao tầng NGUYỄN ĐÌNH NAM Nam.NDCA190213@sis.hust.edu.vn Ngành: Quản lý công nghiệp Chuyên ngành: Quản lý kỹ thuật – Công nghệ Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Lê Giang Nam Bộ mơn: Viện: Cơ điện tử Cơ khí Chữ ký GVHD HÀ NỘI, 05/2021 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Giao đề tài luận văn cho học viên cao học khóa 2019A có tên sau: Học viên: Nguyễn Đình Nam Tên đề tài: Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật máy bơm nước cho ứng dụng tịa nhà cao tầng Ngành: Quản lý cơng nghiệp Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Lê Giang Nam Bộ mơn: Cơ điện tử Viện: Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Giảng viên hướng dẫn PGS.TS Lê Giang Nam LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, nhận nhiều giúp đỡ nhiệt tình từ thầy giáo, bạn bè, đồng nghiệp gia đình tơi Trước hết, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy, Cô giảng viên Viện khí Viện kinh tế & quản lý, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, truyền đạt kiến thức quý báu tạo động lực, điều kiện học tập, nghiên cứu suốt trình học tập Trường Đặc biệt, tơi muốn bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS TS Lê Giam Nam – giảng viên Viện khí, Đại học Bách Khoa Hà Nội Thầy hướng dẫn nhiệt tình, đưa nhiều kiến thức, ý tưởng để khám phá, phát huy khả nghiên cứu, sáng tạo ý tưởng sử dụng vào thực tiễn khóa luận Tơi bày tỏ lịng cảm ơn tới Ban lãnh đạo, đồng nghiệp Công ty Cổ phần Bơm Châu Âu, Công ty Cổ phần Bơm Thiết bị Quang Phước, tạo điều kiện cho tơi học tập hồn thiện tốt khố luận Cuối tơi xin chân thành cảm ơn gia đình tơi, người ln bên cạnh, song hành, động viên, tạo điều kiện mặt để tơi hồn thành khóa học cao học hoàn thiện luận văn Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2021 Tác giả Nguyễn Đình Nam TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật máy bơm nước cho ứng dụng tòa nhà cao tầng Tác giả luận văn: Nguyễn Đình Nam Khóa: 2019A Người hướng dẫn: PGS TS Lê Giang Nam Từ khóa: Nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật máy bơm nước cho tồ nhà cao tầng Nội dung tóm tắt: Đơ thị hố q trình tất yếu quốc gia Tại Việt Nam tốc độ đô thị hố diễn nhanh chóng, nhiều khu đô thị đại quy hoạch đầu tư, nhiều nhà cao tầng xây dựng Nhu cầu nhà nhà chung cư cao tầng, làm việc văn phòng, sinh hoạt khách sạn cao cấp ngày lớn Theo số liệu Tổng cục thống kê 2016 – 2020: Tỷ lệ thị hóa ước đạt khoảng 40% vào cuối năm 2020 Đến thời điểm tại, tồn quốc có 862 thị (năm 2015 787 thị) Diện tích bình qn nhà tồn quốc ước năm 2020 đạt 24 m2 sàn/người, phát triển nhà xã hội đạt 5,21 triệu m2 Với tốc độ đô thị hóa quỹ đất hữu hạn, việc xây dựng tòa nhà cao tầng xu tất yếu nước ta Hệ thống cấp nước sinh hoạt đặc biệt quan trọng tồ nhà cao tầng máy bơm nước ví trái tim hệ thống Tuy nhiên, việc thiết kế hệ thống cấp nước sử dụng sơ đồ cấp nước hữu chưa thực đem lại hiệu cho Chủ đầu tư, đáp ứng nhu cầu cao cấp nước cho người sử dụng như: nhà hầu hết phải sử dụng bể chứa nước mái có dung tích lớn địi hỏi kết cấu tồ nhà phải chịu tải nặng tốn chi phí xây dựng Các máy bơm cấp nước vận hành hay gặp cố rung ồn gây ảnh hưởng tới chất lượng sống người dân làm giảm tuổi thọ thiết bị, lãng phí điện Nhận thấy nhiều tồn thiết kế, lựa chọn máy bơm, sơ đồ cấp nước cho nhà nêu đây, đánh giá xu hướng phát triển mạnh mẽ nhà cao tầng với phân khúc cao cấp thời gian tới, tác giả lựa chọn đề tài luận văn “Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật máy bơm nước cho ứng dụng nhà cao tầng” nhằm nghiên cứu đưa giải pháp nhằm nâng cao tính kỹ thuật hiệu mặt kinh tế cho hệ thống cấp nước tồ nhà cao tầng Mục đích: Nghiên cứu đề xuất giải pháp thiết kế, lựa chọn hệ thống máy bơm, sơ đồ hệ thống cấp nước cho nhà cao tầng nhằm nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật hệ thống cấp nước cho nhà Đối tượng nghiên cứu: Máy bơm nước sơ đồ hệ thống cấp nước sinh hoạt nhà cao tầng thuộc nhóm tịa nhà cao tầng từ 26 tầng – 40 tầng (TVCN phân chia nhà cao tầng thành nhóm), với phân khúc cao tầng khai thác mạnh mẽ giai đoạn 2016 đến 2020 đánh giá xu đầu tư giai đoạn 2021 – 2030 Phạm vi nghiên cứu: Hệ máy bơm cấp nước, sơ đồ cấp nước hệ thống cấp nước sinh hoạt cho nhà cao tầng giai đoạn từ năm 2016 đến 2020 Dự án cụ thể nhà phức hợp thương mại chung cư cao cấp nhà A2, thuộc dự án Aquabay Sky, khu đô thị Ecopark, huyện Văn Giang, tỉnh Hưng Yên xây dựng năm 2016 – hoàn thành đưa vào sử dụng năm 2018 Luận văn trình bày 03 chương gồm nội dung sau đây: Chương Thực trạng vấn đề tồn máy bơm, hệ thống cấp nước cho tòa nhà cao tầng Việt Nam Nhận định thực trạng vấn đề tồn hệ thống máy bơm cấp nước sinh hoạt nhóm đối tượng nghiên cứu nhà cao tầng loại mà hầu hết gặp phải Việt Nam giai đoạn từ năm 2016 đến năm 2020 Trong phạm vi nghiên cứu luận văn tác giả phân tích hệ máy bơm cấp nước sinh hoạt hệ thống cấp nước nhà phức hợp đa trung tâm thương mại kết hợp chung cư cao cấp nhà A2, thuộc dự án Aquabay Sky, Ecopark, Hưng Yên – Là cơng trình nằm nhóm đối tượng nghiên cứu Chương Cơ sở lý luận máy bơm nước, hệ thống cấp nước cho nhà cao tầng thiết kế giải pháp Luận văn trình bày sở lý thuyết máy bơm nước ly tâm sử dụng ứng dụng cấp nước cho nhà cao tầng sở sơ đồ hệ thống cấp nước sinh hoạt nhà Từ đó, hiểu rõ khái niệm, vai trị ý nghĩa hạng mục thiết bị hệ thống cấp thoát nước Từ hiểu vấn đề lựa chọn lý thuyết, mơ hình phù hợp với thực trạng thiết kế để khắc phục tồn cho hệ thống cấp nước, máy bơm nước cho ứng dụng nhà xây dựng Việt Nam Trên sở lý luận đó, tác giả thiết kế giải pháp để áp dụng cho hệ máy bơm, hệ thống cấp nước nhà cao tầng nhằm nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật sử dụng để cải tạo hệ thống cấp nước cho nhà vận hành mà cịn để thiết kế, sử dụng cho nhà xây dựng tương lai Chương Đánh giá giải pháp áp dụng vào dự án thực tế Chương 3, áp dụng giải pháp lựa chọn chương cho cụ thể hệ máy bơm cấp nước nhà A2, Aquabay Sky, Ecopark, Hưng Yên với hai giải pháp là: là, giải pháp điều chỉnh thông số hoạt động bơm phương pháp thay đổi tốc độ sử dụng biến tần điều khiển để đưa đặc tính hoạt động máy bơm với đặc tính kỹ thuật yêu cầu hệ thống; hai là, giải pháp sử dụng sơ đồ cấp nước trực tiếp – để thiết kế, lựa chọn hệ máy bơm cấp nước nhằm mục đích khắc phục vấn đề tồn sơ đồ cấp nước kết hợp hữu Giải pháp điều chỉnh thông số hoạt động bơm phương pháp thay đổi tốc độ sử dụng biến tần điều khiển: mặt kỹ thuật, giải pháp đưa điểm vận hành thực tế bơm dịch chuyển gần với điểm vận hành tối ưu hệ thống đảm bảo máy bơm không bị xảy xâm thực chạy giới hạn mực nước cho phép bể chứa nước ngầm Về mặt kinh tế, áp dụng giải pháp làm phát sinh chi phí thực tiết kiệm cơng suất tiêu thụ điện lên tới 16% hoàn vốn sau khoảng 6.5 tháng hoạt động Giải pháp thiết kế sử dụng sơ đồ cấp nước trực tiếp mới: mặt kỹ thuật giải vấn đề tồn tại, sơ đồ cấp nước không cần sử dụng bể nước mái máy bơm tăng áp cho tầng áp mái để cấp nước sinh hoạt, từ làm giảm trọng chịu đựng cho kết cấu xây dựng giải rắc rối tiếng ồn vận hành bơm tăng áp sơ đồ cấp nước hữu Về mặt kinh tế, tổng chi phí mua sắm thiết bị hệ thống cấp nước cao 19% so với sơ đồ hữu, tiết kiệm 5.1% công suất tiêu thụ điện vận hành máy bơm chi phí cao thu hồi sau khoảng năm vận hành nhà Và giải pháp thiết kế sử dụng sơ đồ cấp nước trực tiếp thực phát huy hiệu áp dụng cho nhà phân khúc cao cấp, xây dựng tịa thành phố lớn có nguồn điện lưới Quốc gia ổn định Từ kết áp dụng đánh giá giải pháp vào dự án thực tế đem lại hiệu kinh tế kỹ thuật từ sở lý luận khoa học đến thực tế dự án Và từ đó, nghiên cứu áp dụng giải pháp rộng dãi với điều kiện thực tế khác để đạt mục đích kinh tế kỹ thuật hệ máy bơm thuộc hệ thống cấp nước cho nhà cao tầng Luận văn đề xuất giải pháp thiết kế, lựa chọn sơ đồ cấp nước trực tiếp cho hệ thống máy bơm cấp nước sinh hoạt nhằm đem lại hiệu mặt kỹ thuật kinh tế tăng tuổi thọ thiết bị, tiết kiệm lượng giảm chi phí vận hành Giả pháp đánh giá xu hướng thiết kế tương lai gần với điều kiện thành phố lớn Việt Nam Để hoàn thành luận văn có nhiều phương pháp khác Tuy nhiên, luận văn tác giả sử dụng số phương pháp sau: phương pháp thu thập phân tích số liệu; phương pháp thực nghiệm phương pháp hỏi ý kiến chuyên gia Qua đề tài “Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật máy bơm nước cho ứng dụng tòa nhà cao tầng” tác giả tập trung nghiên cứu chọn lọc cách có hệ thống sở lý luận máy bơm nước, cụm máy bơm nước hệ thống cấp nước sinh hoạt cho nhà cao tầng Từ đó, phân tích đánh giá cố kỹ thực trạng tồn hệ thống cấp nước sinh hoạt nhà cao tầng Việt Nam đề xuất giải pháp điều chỉnh thông số hoạt động bơm phương pháp thay đổi tốc độ sử dụng biến tần điều khiển, để khắc phục tồn để phịng tránh cố xảy ra, đồng thời đem lại hiệu cao việc tiết kiệm lượng tiêu thụ Hơn nữa, tác giả đề xuất giải pháp thiết kế sử dụng sơ đồ cấp nước trực tiếp mới, đại cho hệ thống cấp nước nhà cao tầng phân khúc cao cấp xây dựng thành phố có nguồn lưới điện Quốc gia ổn định, để khắc phục tồn mà hầu hết nhà xây dựng gặp phải, nhằm đem lại lợi ích tiết kiệm lượng nâng cao chất lượng phục vụ đời sống cư dân Giải pháp đánh giá xu hướng thiết kế tương lai gần giai đoạn 2021 – 2023 Việt Nam điều kiện sống nhu cầu người dân nâng cao Do hạn chế thời gian kiến thức, luận văn chắn cịn thiếu sót chưa hồn hảo mong muốn tác giả Hy vọng, thời gian tới, điều kiện cho phép, tác giả cần có nghiên cứu sâu nữa, luận giải vấn đề nêu cách logic chặt chẽ Tác giả Nguyễn Đình Nam MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Kết cấu luận văn THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TỒN TẠI CỦA MÁY BƠM, HỆ THỐNG CẤP NƯỚC CHO TÒA NHÀ CAO TẦNG TẠI VIỆT NAM 1.1 Thực trạng hệ thống cấp nước cho nhà cao tầng Việt Nam Phân loại tòa nhà cao tầng Đặc điểm hệ thống cấp nước sinh hoạt tòa nhà cao tầng [1] 1.2 Thực trạng vấn đề tồn máy bơm hệ thống cấp nước tòa nhà A2, dự án Aquabay Sky, Ecopark, Hưng Yên Giới thiệu mô dự án [2] Hệ thống máy bơm cấp nước sinh hoạt hữu tháp A2 Phương pháp tính tốn lựa chọn hệ thống cấp nước sinh hoạt tòa nhà 11 Khảo sát phân tích thực trạng hoạt động hệ máy bơm cấp nước tòa nhà 15 Kết luận chương 20 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ MÁY BƠM NƯỚC, HỆ THỐNG CẤP NƯỚC CHO TOÀ NHÀ CAO TẦNG VÀ THIẾT KẾ GIẢI PHÁP 21 2.1 Cơ sở lý thuyết máy bơm nước 21 Máy bơm ly tâm 21 Thông số bơm ly tâm 22 Các cố thường xảy vận hành máy bơm 23 Giải pháp thay đổi thông số vận hành máy bơm 27 2.2 Cơ sở lý thuyết sơ đồ hệ thống cấp nước cho tòa nhà cao tầng 31 Sơ đồ cấp nước song song 32 Sơ đồ cấp nước nối tiếp 32 Sơ đồ cấp nước phân vùng kết hợp 33 Sơ đồ cấp nước trực tiếp, 34 2.3 Thiết kế giải pháp 36 Giải pháp khắc phục vấn đề tồn việc tính tốn thơng số máy bơm nước cho tòa nhà cao tầng 36 Đề xuất giải pháp sử dụng sơ đồ cấp nước trực tiếp 46 Kết luận chương 48 ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP KHI ÁP DỤNG VÀO THỰC TẾ 49 3.1 Áp dụng giải pháp điều chỉnh thông số hoạt động bơm máy bơm trung chuyển nhà A2, Aquabay Sky 49 Thông số vận hành máy bơm trung chuyển hữu 49 Giải pháp điều chỉnh thông số hoạt động máy bơm 50 Đánh giá giải pháp 52 3.2 Đánh giá giải pháp thiết kế hệ cấp nước sử dụng sơ đồ cấp nước trực tiếp áp dụng cho nhà A2, Aquabay Sky 53 Thực trạng sơ đồ cấp nước nhà A2, Aquabay Sky 53 Giải pháp sử dụng sơ đồ cấp nước trực tiếp 54 Đánh giá giải pháp 69 Kết luận chương 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Khu thị Aquabay Sky, Ecopark, Hưng Yên Hình 1-2 Mặt tổng thể khu hộ Hình 1-3 Mơ hình cấp nước sinh hoạt gián tiếp Hình 1-4 Sơ đồ nguyên lý cấp nước sinh hoạt tòa nhà Hình 1-5 Ảnh phịng bơm cấp nước trung chuyển Hình 1-6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động cụm bơm tăng áp 10 Hình 1-7 Cụm bơm tăng áp tầng mái 10 Hình 1-8 Mặt cắt phịng bơm tăng áp mái 11 Hình 1-9 mặt phịng bơm tăng áp 11 Hình 1-10 đường cong vận hành máy bơm trung chuyển 16 Hình 1-11 hệ bơm tăng áp trước sau nâng 18 Hình 1-12 Đường đặc tính máy bơm tăng áp 19 Hình 2-1 Bơm ly tâm hiệu Ebara 21 Hình 2-2 Bánh công tác bơm ly tâm 22 Hình 2-3 Đường cong đặc tính bơm 23 Hình 2-4 Hình ảnh cánh bơm hư hỏng xâm thực 24 Hình 2-5 Hư hỏng thiết bị – đường ống búa nước 25 Hình 2-6 Đường cong đặc tính điểm B.E.P 26 Hình 2-7 Mức độ rung động phụ thuộc hiệu suất 26 Hình 2-8 Điểm vận hành bơm thay đổi đường đặc tính hệ thống 27 Hình 2-9 Điểm làm việc bơm thay đổi cắt gọt bánh công tác 28 Hình 2-10 Thay đổi điêm làm việc vận hành bơm song song 29 Hình 2-11 Thay đổi điểm làm việc bơm biến tần 30 Hình 2-12 Sơ đồ cấp nước song song 32 Hình 2-13 Sơ đồ cấp nước nối tiếp 33 Hình 2-14 Sơ đồ cấp nước kết hợp 34 2-15 Sơ đồ cấp nước trực tiếp, 36 Hình 2-16 Cột áp tổng bơm 38 Hình 2-17 Đoạn ống mở rộng đột ngột 42 Hình 2-18 Đoạn ống mở rộng có 42 Hình 2-19 Biểu đồ hệ số tổn thất cục qua đoạn ống có góc θ