Hệ thống cung cấp nước chữa cháy nhà cao tầng

Hiện nay trong các nhà cao tầng việc cung cấp nước sinh hoạt cho nhà cao tầng chủ yếu là sử dụng các phương pháp sau

 

Phương pháp thứ nhất là sử dụng hệ thống bể tự chảy cung cấp cho các vòi nước sinh hoạt. Nước được lấy từ bể chứa của tầng hầm hoặc từ hệ thống cung cấp nước sinh hoạt của thành phố qua hệ thống đường ống cấp nước lên bể tự chảy. Các bể tự chảy phụ thuộc vào chiều cao của ngôi nhà mà có thể là 1 hoặc 2 bể tự chảy có dung tích 20-150 m³ sẽ theo đường ống sinh hoạt cung cấp nước cho từng căn hộ. Trong quá trình sử dụng khi nước ở các bể chứa áp lực bể chứa giảm xuống đến mức nhất định thì máy bơm sẽ hoạt động cung cấp nước bổ sung phần nước đã sử dụng phục vụ sinh hoạt.

Phương pháp thứ hai người ta có thể dùng là phương pháp sử dụng bơm duy trì áp lực. Nước trong hệ thống đường ống cấp nước được duy trì ở một áp lực nhất định. Khi người dân sử dụng các vòi nước sinh hoạt trong các căn hộ, lúc ấy nước trong đường ống giảm đi đáng kể. Khi đó, hệ thống máy bơm sẽ tự động hoạt động cung cấp nước cho toàn bộ hệ thống đường ống. Khi không sử dụng nước (khóa vòi), áp lực nước trong đường ống đạt giá trị áp lực duy trì của hệ thống như ban đầu thì bơm sẽ tự động ngắt. Như vậy trong đường ống luôn đầy nước và luôn đảm bảo áp lực nước cần thiết phục vụ nhu cầu nước sinh hoạt.

Hiện nay, trong thực tế ở các nhà cao tầng người ta chủ yếu sử dụng phương pháp bể tự chảy là chính. Vì trong quá trình sử dụng phương pháp này sẽ giúp các nhà xây dựng giảm bớt giá thành của hệ thống cung cấp nước và tăng tuổi thọ của hệ thống máy bơm, đường ống, do máy có thời gian ngừng nghỉ và việc khởi động máy bơm ít sẽ giảm khả năng hỏng hóc của máy bơm và giảm thời gian tiêu thụ điện của máy bơm.

Tuy nhiên, việc sử dụng phương pháp trên có một số hạn chế, hạn chế chủ yếu trong việc cung cấp nước cho hệ thống chữa cháy tự động, và hệ thống chữa cháy vách tường. Ở điểm này, phương pháp bơm duy trì áp lực sẽ đảm bảo hơn, do mực nước trên bể được duy trì và nước được cung cấp liên tục vào hệ thống đường ống. Nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là do hoạt động liên tục của máy bơm sẽ làm giảm tuổi thọ của máy, tăng khả năng hỏng hóc và thời gian tiêu thụ điện. Vì vậy, việc lựa chọn phương pháp nào cho phù hợp với từng công trình là do các nhà thiết kế chọn lựa và sử dụng phương pháp đó cho đảm bảo.

 

Sơ đồ hệ thống cung cấp nước chữa cháy cho nhà cao tầng

Cùng với việc cung cấp nước sinh hoạt cho nhà cao tầng, một vấn đề cần đặt ra là phải cung cấp nước đầy đủ trong trường hợp xảy ra cháy trong loại nhà này. Đây là vấn đề rất quan trọng trong thiết kế hệ thống cung cấp nước chữa cháy cho nhà cao tầng. Thực tế đã chứng minh rằng với cột áp tự do ở đầu lăng có đường kính (d= 13mm) để tạo ra bán kính tia nước đặc bằng 17m để chữa cháy (tương đương cột áp tự do đầu lăng chữa cháy khoảng 35 m.c.n.) nước được truyền từ đường vòi với đường kính 51mm lên độ cao 45m cần duy trì cột áp của máy bơm là 90 m.c.n.

Đối với vòi chữa cháy đã qua sử dụng, chỉ chịu áp lực tối đa khoảng 90 m.c.n. Vì vậy, khi cháy ở các tầng cao của ngôi nhà việc cung cấp nước chữa cháy bằng xe chữa cháy không thể đảm bảo vì quá giới hạn cho phép của đường vòi và khó khăn trong việc vận hành bơm trên xe chữa cháy. Do đó, đối với các nhà cao tầng người ta xây dựng đường ống cấp nước chữa cháy cố định, nó không những có vai trò cung cấp nước chữa cháy giai đoạn đầu mà còn sử dụng để chữa các đám cháy khi đã phát triển, lưu lượng nước tính toán đối với hệ thống cung cấp nước chữa cháy của trong và ngoài nhà cao tầng khi tính toán căn cứ vào các hệ thống phương tiện thiết bị chữa cháy sử dụng nước được lắp đặt trong tòa nhà.

Để đảm bảo cho việc cung cấp nước chữa cháy cho nhà cao tầng, hệ thống cung cấp nước chữa cháy cho nhà cao tầng được chia thành các khu vực cấp nước, hệ thống cung cấp nước khu vực được áp dụng theo sơ đồ cơ bản sau:

– Sơ đồ hệ thống cung cấp nước chữa cháy song song.

– Sơ đồ hệ thống cung cấp nước chữa cháy nối tiếp.

– Sơ đồ hệ thống cung cấp nước chữa cháy chung.

 

Sơ đồ hệ thống cung cấp nước chữa cháy song song

Nguyên lý làm việc

– Trong sơ đồ cấp nước chữa cháy song song, nước được truyền đến các khu vực trực tiếp bằng các máy bơm đặt ở tầng thấp nhất (tầng hầm hoặc tầng 1) của tòa nhà. Nước từ bể chứa đi vào đường ống cung cấp cho các họng nước chữa cháy và các thiết bị sinh hoạt. Do độ cao đặt bể, áp lực nước đảm bảo phục vụ chữa cháy và phục vụ sinh hoạt.

– Trong sơ đồ này, từng khu vực đều có máy bơm sinh hoạt, máy bơm chữa cháy và bể nước áp lực riêng biệt.

Ưu điểm

Sử dụng hệ thống cung cấp nước song song tránh được tiếng ồn và độ rung khi máy bơm làm việc. Việc khởi động của hệ thống bơm đơn giản, không phức tạp.

Nhược điểm:

– Do chữa cháy cho các nhà cao tầng nên thông số về cột áp của máy bơm sẽ rất lớn, gây khó khăn cho việc chọn bơm. Nếu ngôi nhà cao hơn 80m, khi đó cột áp máy bơm phải lớn hơn 100m cột nước.

– Khi sử dụng sơ đồ này đòi hỏi áp lực bơm rất lớn, nên không an toàn cho đường ống cấp nước (đặc biệt đường ống ở các tầng thấp). Vì vậy khó khăn cho việc lựa chọn đường ống.

Phạm vi áp dụng

Sơ đồ cung cấp nước chữa cháy song song phù hợp với mọi loại nhà.

Trong hệ thống cung cấp nước nối tiếp nước được truyền từ khu vực này sang khu vực khác bằng các máy bơm đặt ở các vị trí khác nhau trong tòa nhà, từng khu vực đều có máy bơm sinh hoạt, máy bơm chữa cháy và bể nước áp lực riêng biệt.

Nguyên lý làm việc:

– Trong sơ đồ cấp nước chữa cháy nối tiếp, nước được truyền từ khu vực này sang khu vực khác bằng các máy bơm đặt ở các máy bơm đặt ở các vị trí khác nhau trong tòa nhà.

– Trong sơ đồ cấp nước chữa cháy nối tiếp, từng khu vực đều có máy bơm sinh hoạt, máy bơm chữa cháy và bể nước áp lực riêng biệt.

– Trong mạng đường ống cung cấp nước khu vực, nước từ bể nước áp lực được các máy bơm sinh hoạt truyền đến các thiết bị dùng nước sinh hoạt. Ngoài ra nước từ bể nước áp lực qua đường ống chuyên dùng để cấp nước cho mạng đường ống chữa cháy khu vực và luôn đảm bảo một cột áp cố định dưới áp lực của bể nước và áp lực.

Ưu điểm:

– Khi sử dụng hệ thống cung cấp nước nối tiếp, do độ cao các khu vực có hạn nên thông số về lưu lượng, cột áp và công suất của máy bơm là không lớn. Vì vậy, ta có thể chọn các loại bơm thông dụng có trên thị trường.

– Khi sử dụng bơm nhiều “bậc” truyền nước, sẽ loại trừ được khả năng mất an toàn (vỡ, gãy) cho đường ống, do cột áp của máy bơm không lớn, việc thiết kế các hạng mục cho khu vực đặt bơm chữa cháy đơn giản, dễ dàng.

Nhược điểm:

– Sử dụng sơ đồ cấp nước chữa cháy nối tiếp, chi phí ban đầu cho hệ thống sẽ lớn (như việc bố trí các mặt sàn tại các tầng, xây dựng các hạng mục của hệ thống cung cấp nước chữa cháy), kinh phí cho các hoạt động kiểm tra, bảo dưỡng, bảo trì, sửa chữa cũng nhiều hơn khi sử dụng hệ thống cung cấp nước chữa cháy theo sơ đồ khác.

– Mặt khác, khi sử dụng phương pháp này việc khởi động cho hệ thống 2 trạm bơm sẽ phức tạp và khó khăn hơn.

– Trong sơ đồ cấp nước chữa cháy nối tiếp, các máy bơm của từng khu vực cần phải truyền một lượng nước thỏa mãn nhu cầu của tất cả các điểm trong khu vực. Bởi vậy khi có sự cố của một trong những bộ phân của hệ thống thì tầng phía trên sẽ bị thiếu nước, do đó hệ thống cung cấp nước nối tiếp có độ tin cậy kém hơn hệ thống cung cấp nước chữa cháy theo sơ đồ khác.

– Bể nước trung gian lớn, khó khăn cho khâu thiết kế kết cấu và thi công.

– Do máy bơm, bể chứa và khu vực kỹ thuật bố trí tại các tầng nên chiếm một phần diện tích các tầng cho lắp đặt hệ thống này. Khi hoạt động, máy móc thiết bị gây ồn ào, rung lắc làm ảnh hưởng đến các tầng trong tòa nhà.

* Phạm vi áp dụng: Phạm vi áp dụng của phương pháp cung cấp nước chữa cháy nối tiếp được áp dụng đối với các tòa nhà cao tầng có chiều cao trên 30 tầng.

 

Sơ đồ hệ thống cung cấp nước chữa cháy kết hợp

Nguyên lý làm việc:

Do một số hạn chế khi sử dụng hệ thống cung cấp nước nối tiếp cho nhà cao tầng, vì vậy khi thiết kế theo sơ đồ cung cấp nước nối tiếp cần phải bổ sung thiết kế theo sơ đồ hệ thống cung cấp nước chữa cháy chung. Trong sơ đồ cung cấp nước chữa cháy chung, các máy bơm có thể truyền nước vào bất kỳ bể chứa nước nào của tòa nhà từ cụm máy bơm trung tâm đặt tại tầng thấp..

Ưu điểm

Sử dụng hệ thống cung cấp nước chữa cháy kết hợp thì việc đầu tư ban đầu cho hệ thống không quá lớn, chi phí cho các hoạt động kiểm tra, bảo dưỡng, bảo trì, sửa chữa cũng ít hơn khi sử dụng hệ thống cấp nước nối tiếp, vận hành đơn giản, dễ sử dụng.

Nhược điểm

– Do chỉ sử dụng 1 trạm bơm để cấp nước lên các bể nước áp lực, nên thông số của máy bơm là rất lớn (lưu lượng, cột áp, công suất). Vì vậy, phải chọn các loại bơm chuyên dụng, có giá thành đắt hơn nhiều so với bơm lựa chọn cho hệ thống cung cấp nước nối tiếp.

– Khi sử dụng sơ đồ này đòi hỏi áp lực bơm rất lớn, nên không an toàn cho đường ống cấp nước. Khi sử dụng hệ thống lắp đặt theo sơ đồ này, phải có các giải pháp đảm bảo độ tin cậy như: phương pháp lắp ghép đường ống, gắn kết đường ống vào các cấu kiến xây dựng, giảm áp, giảm chấn, chống và đập thủy lực…

Phạm vi áp dụng

– Phạm vi sử dụng của phương pháp cung cấp nước chữa cháy kết hợp này được áp dụng tốt đối với các tòa nhà cao tầng, có chiều cao trên 50m.

Qua nghiên cứu đặc điểm chung của nhà cao tầng liên quan đến công tác PCCC và đặc điểm của hệ thống cung cấp nước chữa cháy cho thấy, trong các nhà cao tầng đảm bảo đủ lưu lượng và cột áp là một vấn đề quan trọng, điều này được thể hiện rõ ràng nhất khi lưu lượng chữa cháy chuyên nghiệp của chỉ có khả năng chữa cháy hiệu quả đối với các đám cháy tại các tầng trong khoảng chiều cao trên dưới 50 m của nhà cao tầng. Do đó, khi nghiên cứu đặc điểm cung cấp nước chữa cháy cho nhà cao tầng , nhất là đối với các ngôi nhà có chiều cao trên 50 m thì việc lựa chọn phương pháp cung cấp nước chữa cháy là một vấn đề cấp thiết.

Dựa vào các sơ đồ cung cấp nước trên ta có thể thấy rõ được phương pháp cung cấp nước nối tiếp là tối ưu hơn cả về kinh tế lẫn kỹ thuật. Tuy nhiên phương pháp cung cấp nước nối tiếp còn có những mặt hạn chế nhất định, nên để áp dụng các sơ đồ một cách có hiệu quả vào việc thiết hệ thống cung cấp nước chữa cháy cho nhà cao tầng cần đánh giá đầy đủ về thực trạng, ưu, nhược điểm của hệ thống, mô hình của các phương pháp cung cấp nước. Từ đó đưa ra các sơ đồ thiết kế phù hợp để hệ thống cung cấp nước phù hợp với công trình cần lắp đặt, đảm bảo an toàn cho công tác PCCC.