Lựa chọn công suất máy bơm chữa cháy cho tòa nhà chung cư

Lựa chọn công suất máy bơm chữa cháy cho tòa nhà chung cư là một quá trình quan trọng và phức tạp, bao gồm nhiều yếu tố cần xem xét. Dưới đây là một số bước cơ bản và các yếu tố quan trọng để giúp bạn chọn được máy bơm phù hợp:

I. Xác định yêu cầu về lưu lượng và áp lực:

Xác định yêu cầu về lưu lượng và áp lực cho hệ thống máy bơm chữa cháy của một tòa nhà chung cư cần dựa trên nhiều yếu tố như kích thước tòa nhà, số tầng, loại hệ thống chữa cháy (hệ thống phun nước tự động, vòi phun chữa cháy, v.v.) và các tiêu chuẩn phòng cháy chữa cháy hiện hành. Dưới đây là một số bước và phương pháp để xác định các yêu cầu này:

1. Xác định Lưu Lượng (Flow Rate):

Lưu lượng là lượng nước cần thiết để dập tắt hoặc kiểm soát đám cháy trong một khoảng thời gian nhất định. Lưu lượng được tính bằng lít/phút (L/min) hoặc gallon/phút (GPM).

Các yếu tố ảnh hưởng đến lưu lượng:

• Diện tích tòa nhà: Diện tích cần bảo vệ càng lớn thì lưu lượng yêu cầu càng cao.
• Số tầng: Tòa nhà cao tầng cần nhiều nước hơn để đảm bảo tất cả các tầng đều được bảo vệ.
• Loại hệ thống chữa cháy: Hệ thống phun nước tự động (sprinkler) hoặc vòi phun chữa cháy (fire hydrant) sẽ có yêu cầu lưu lượng khác nhau.
• Tiêu chuẩn an toàn cháy nổ: Tuân thủ các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế như NFPA 13 (hệ thống phun nước tự động) hoặc NFPA 14 (hệ thống vòi phun chữa cháy).

Phương pháp tính toán:

• Hệ thống phun nước tự động: Theo NFPA 13, lưu lượng tối thiểu có thể yêu cầu khoảng 380-570 L/min (100-150 GPM) cho các tòa nhà thương mại.
• Hệ thống vòi phun chữa cháy: Theo NFPA 14, mỗi vòi phun thường yêu cầu từ 946-1893 L/min (250-500 GPM) tùy thuộc vào loại vòi và áp lực cần thiết.

2. Xác định Áp Lực (Pressure):

Áp lực là sức mạnh cần thiết để bơm nước lên đến độ cao cần thiết và duy trì lưu lượng ổn định. Áp lực được tính bằng mét cột nước (mH2O) hoặc pound trên inch vuông (psi).

Các yếu tố ảnh hưởng đến áp lực:

• Chiều cao tòa nhà: Tòa nhà càng cao thì áp lực càng lớn để đưa nước lên tầng cao nhất.
• Tổn thất do ma sát: Ma sát trong ống dẫn, van, và các thiết bị khác làm giảm áp lực.
• Yêu cầu của thiết bị chữa cháy: Các thiết bị như vòi phun, sprinkler có yêu cầu áp lực cụ thể để hoạt động hiệu quả.

Phương pháp tính toán:

• Chiều cao cột áp: Tính toán chiều cao từ máy bơm đến điểm cao nhất cần bơm nước. Một mét chiều cao tương đương với khoảng 0.1 bar hoặc 1.42 psi.
  • Áp lực = chiều cao (m) x 0.1 bar
• Tổn thất áp lực do ma sát: Sử dụng các bảng tra cứu hoặc phần mềm tính toán để xác định tổn thất áp lực trong hệ thống ống dẫn.
• Áp lực yêu cầu của thiết bị: Đảm bảo áp lực cuối cùng tại thiết bị chữa cháy đáp ứng yêu cầu của thiết bị đó.

Ví dụ Cụ Thể:

Giả sử bạn có một tòa nhà chung cư cao 20 tầng, mỗi tầng cao 3 mét. Tổng chiều cao cần bơm nước là 60 mét.

• Chiều cao cột áp: 60 mét tương đương với 6 bar.
• Tổn thất do ma sát: Giả sử tổn thất là 2 bar.
• Áp lực yêu cầu của thiết bị: Thiết bị chữa cháy yêu cầu áp lực 1 bar tại điểm sử dụng.

Tổng áp lực yêu cầu là:

• Áp lực tổng = 6 bar (chiều cao cột áp) + 2 bar (tổn thất) + 1 bar (thiết bị) = 9 bar

Với các thông tin trên, bạn cần một máy bơm có thể cung cấp lưu lượng theo yêu cầu (ví dụ 500 L/min) với áp lực 9 bar.

Kết Luận:

• Xác định lưu lượng: Dựa trên diện tích, số tầng, và tiêu chuẩn chữa cháy.
• Xác định áp lực: Tính toán chiều cao cột áp, tổn thất do ma sát và yêu cầu của thiết bị.
• Kiểm tra và xác minh: Đảm bảo máy bơm chọn lựa đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn an toàn cháy nổ.

Các bước này sẽ giúp bạn xác định rõ ràng yêu cầu về lưu lượng và áp lực, từ đó lựa chọn được máy bơm chữa cháy phù hợp cho tòa nhà chung cư.

II. Xác định chiều cao cột áp:

Xác định chiều cao cột áp (total head) là một bước quan trọng trong việc lựa chọn máy bơm chữa cháy phù hợp. Chiều cao cột áp bao gồm nhiều yếu tố khác nhau như độ cao cần bơm nước, tổn thất áp lực do ma sát trong ống dẫn, và các yếu tố khác. Dưới đây là các bước cơ bản để xác định chiều cao cột áp:

1. Xác định Chiều Cao Tĩnh (Static Head)

Chiều cao tĩnh là khoảng cách thẳng đứng từ máy bơm đến điểm cao nhất mà nước cần được bơm tới. Đây là yếu tố quan trọng nhất và thường được tính bằng mét (m).

2. Tính Tổn Thất Do Ma Sát (Friction Loss)

Tổn thất do ma sát xảy ra khi nước di chuyển qua ống dẫn và các phụ kiện như van, khớp nối, và bộ chuyển hướng. Tổn thất này phụ thuộc vào đường kính ống, chiều dài ống, tốc độ dòng chảy và loại ống dẫn. Tổn thất do ma sát được tính bằng mét cột nước (mH2O).

3. Xác định Áp Suất Làm Việc (Operating Pressure)

Áp suất làm việc là áp suất cần thiết tại điểm cuối để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống chữa cháy, ví dụ như vòi phun nước tự động (sprinkler) hoặc vòi phun chữa cháy (fire hydrant). Áp suất này thường được xác định theo tiêu chuẩn của thiết bị chữa cháy.

4. Tính Toán Chiều Cao Cột Áp Tổng (Total Head)

Chiều cao cột áp tổng là tổng của chiều cao tĩnh, tổn thất do ma sát, và áp suất làm việc. Công thức tính chiều cao cột áp tổng như sau:

• Chiều cao cột áp tổng = Chiều cao tĩnh + Tổn thất do ma sát + Áp suất làm việc

Ví dụ Cụ Thể

Giả sử bạn có một tòa nhà chung cư cao 20 tầng, mỗi tầng cao 3 mét. Máy bơm được đặt ở tầng trệt, và bạn cần bơm nước lên tầng cao nhất.

1. Chiều cao tĩnh (Static Head):

• Chiều cao mỗi tầng: 3 mét
• Số tầng: 20 tầng
• Chiều cao tĩnh: 3 m / tầng x 20 tầng = 60 m

2. Tổn thất do ma sát (Friction Loss):

• Giả sử tổng chiều dài ống dẫn là 100 mét, và tổn thất do ma sát là 0.1 mét cột nước mỗi mét chiều dài ống.
• Tổn thất do ma sát: 0.1 m / m x 100 m = 10 m

3. Áp suất làm việc (Operating Pressure):

• Giả sử vòi phun chữa cháy yêu cầu áp suất 1 bar tại điểm sử dụng. 1 bar tương đương với 10 mét cột nước.
• Áp suất làm việc: 10 mét cột nước

4. Chiều cao cột áp tổng (Total Head):

• Chiều cao cột áp tổng = 60 m (chiều cao tĩnh) + 10 m (tổn thất do ma sát) + 10 m (áp suất làm việc) = 80m

Kết Luận

• Với các thông số trên, chiều cao cột áp tổng yêu cầu cho máy bơm là 80 mét đó chính là máy bơm chữa cháy Pentax 11kw phù hợp với ví dụ trên. Bạn cần chọn một máy bơm có thể cung cấp lưu lượng nước yêu cầu (ví dụ 500 L/min) với chiều cao cột áp 80 mét để đảm bảo hệ thống chữa cháy hoạt động hiệu quả.

Tóm Tắt

• Chiều cao tĩnh: Tính từ máy bơm đến điểm cao nhất cần bơm nước.
• Tổn thất do ma sát: Tính dựa trên chiều dài ống dẫn, đường kính ống và tốc độ dòng chảy.
• Áp suất làm việc: Yêu cầu của thiết bị chữa cháy tại điểm sử dụng.
• Chiều cao cột áp tổng: Tổng của chiều cao tĩnh, tổn thất do ma sát và áp suất làm việc.

Những bước này sẽ giúp bạn xác định chính xác chiều cao cột áp cần thiết và lựa chọn được máy bơm chữa cháy phù hợp cho tòa nhà chung cư.

III. Tính toán tổng tổn thất áp lực:

Tính toán tổng tổn thất áp lực trong hệ thống bơm chữa cháy bao gồm việc xác định tổn thất áp lực do ma sát trong ống dẫn, van, khớp nối và các phụ kiện khác. Dưới đây là các bước cơ bản và phương pháp để tính toán tổng tổn thất áp lực:

1. Tổn Thất Áp Lực Do Ma Sát Trong Ống Dẫn

Công Thức Hazen-Williams

Một trong những công thức phổ biến để tính toán tổn thất áp lực do ma sát trong ống dẫn là công thức Hazen-Williams:

 

Trong đó:

ℎ
𝑓
h
f
​
: Tổn thất áp lực do ma sát (mét cột nước)
𝐿
L: Chiều dài ống (m)
𝑄
Q: Lưu lượng nước (L/s)
𝐶
C: Hệ số Hazen-Williams (phụ thuộc vào loại ống, ví dụ: ống thép C = 100, ống nhựa C = 140)
𝑑
d: Đường kính trong của ống (mm)
2. Tổn Thất Áp Lực Qua Phụ Kiện
Tổn thất áp lực qua các phụ kiện như van, khớp nối, và bộ chuyển hướng có thể được tính toán bằng cách sử dụng hệ số tổn thất

​

Trong đó:​
: Tổn thất áp lực qua phụ kiện (mét cột nước)
𝐾
K: Hệ số tổn thất của phụ kiện (không có đơn vị)
𝑣
v: Tốc độ dòng chảy (m/s)
𝑔
g: Gia tốc trọng trường (9.81 m/s²)
3. Tổn Thất Áp Lực Tổng
Tổng tổn thất áp lực là tổng của tất cả các tổn thất do ma sát trong ống dẫn và qua các phụ kiện:​

Ví Dụ Cụ Thể
Giả sử bạn có một hệ thống ống dẫn với các thông số sau:

Chiều dài ống: 100 mét
Đường kính ống: 100 mm
Lưu lượng nước: 50 L/s
Hệ số Hazen-Williams cho ống thép: 100
Có 2 van với hệ số tổn thất
𝐾
K mỗi van là 5
Tốc độ dòng chảy (ước tính): 2 m/s
Tính Tổn Thất Áp Lực Do Ma Sát Trong Ống

Kết Luận
Tổng tổn thất áp lực trong hệ thống ống dẫn với các thông số trên là khoảng 2.833 mét cột nước. Bạn cần thêm áp lực này vào yêu cầu chiều cao cột áp tổng để chọn máy bơm phù hợp.

Tóm Tắt
Tổn thất do ma sát trong ống dẫn: Tính toán bằng công thức Hazen-Williams.
Tổn thất qua phụ kiện: Tính toán bằng hệ số tổn thất
𝐾
K.
Tổng tổn thất áp lực: Tổng của tất cả các tổn thất do ma sát và phụ kiện.
Những bước này giúp bạn xác định chính xác tổng tổn thất áp lực trong hệ thống bơm chữa cháy và đảm bảo lựa chọn máy bơm phù hợp.

IV. Chọn loại máy bơm phù hợp:

Máy bơm ly tâm: Thường được sử dụng cho hệ thống chữa cháy trong tòa nhà chung cư do hiệu quả cao và khả năng cung cấp lưu lượng lớn.
Máy bơm trục đứng: Phù hợp cho những tòa nhà cao tầng, nơi cần bơm nước lên cao.

V. Xem xét các tiêu chuẩn và quy định:

Tuân thủ các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế về phòng cháy chữa cháy như NFPA (National Fire Protection Association) hoặc các quy định của cơ quan phòng cháy chữa cháy địa phương.

VI. Tính đến các yếu tố dự phòng và bảo trì:

Nên có hệ thống dự phòng để đảm bảo luôn có máy bơm hoạt động trong trường hợp một máy bơm bị hỏng.
Bảo trì định kỳ và kiểm tra máy bơm để đảm bảo chúng luôn hoạt động hiệu quả khi cần thiết.

VII. Tư vấn chuyên gia:

Nếu không chắc chắn về các yêu cầu kỹ thuật, nên tư vấn với các chuyên gia về phòng cháy chữa cháy hoặc các kỹ sư có kinh nghiệm trong lĩnh vực này.

Ví dụ cụ thể:

Giả sử bạn có một tòa nhà chung cư cao 20 tầng, mỗi tầng cao 3 mét. Tổng chiều cao cần bơm nước là 60 mét. Bạn cần một máy bơm có thể cung cấp lưu lượng 500 L/min với áp lực đủ để đạt được chiều cao 60 mét. Sau khi tính toán tổng tổn thất áp lực và chọn loại máy bơm phù hợp, bạn sẽ tìm kiếm một máy bơm có các thông số kỹ thuật đáp ứng các yêu cầu này.

Tóm tắt:

Xác định lưu lượng và áp lực yêu cầu.
Tính toán chiều cao cột áp và tổn thất áp lực.
Chọn loại máy bơm phù hợp.
Tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định.
Tính đến các yếu tố dự phòng và bảo trì.
Tư vấn chuyên gia nếu cần thiết.
Các bước trên sẽ giúp bạn lựa chọn được máy bơm chữa cháy phù hợp cho tòa nhà chung cư, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong trường hợp xảy ra cháy.