Hướng Dẫn Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Cấp Nước

Bước 1: Tính toán nhu cầu dùng nước

Nhu cầu dùng nước

Khi thiết kế các hệ thống cấp nước cho một đối tượng cụ thể cần phải nghiên cứu tính toán để thỏa mãn các nhu cầu dùng nước cho các mục đích sau đây:

• Nước dùng cho sinh hoạt (ăn uống, tắm rửa, giặt giũ …) trong các nhà ở và trong các XNCN.
• Dùng để tưới đường, quảng trường, vườn hoa, cây cảnh…
• Nước dùng để sản xuất của các XNCN đóng trong địa bàn khu vực đó.
• Dùng để chữa cháy.
• Nước dùng cho các nhu cầu đặc biệt khác (kể cả nước dùng cho bản thân nhà máy nước, nước dùng cho các hệ thống xử lý nước thải, nước dò rỉ và nước dự phòng cho các nhu cầu khác chưa tính hết được…).

Tiêu chuẩn dùng nước

Tham khảo bảng 1 TCVN 4513-1988, bảng 3.1 TCVN 33-2006 và mục 5.3.2 XDVN 01:2008/BXD.

Ví dụ:

• Tiêu chuẩn dùng nước cho khách sạn là 200l/ng-ngđ
• Khu thể dục thể thao là 50l/ng-ngđ
• Tiêu chuẩn dùng nước cho sinh hoạt hộ gia đình là 250l/ng-ngđ
• Nước công trình công cộng và dịch vụ được quy hoạch theo tính chất cụ thể của công trình, tối thiểu là 2l/m2 sàn-ngđ.
• …

Xem thêm: Bơm công nghiệp nhập khẩu châu Âu

Công thức tính nhu cầu dùng nước

Nhu cầu dùng nước được tính theo công thức sau: 

Q_ngđ =   Nq_n / 1000 (m³/ngđ)

Trong đó:

• q: tiêu chuẩn dùng nước l/s (lấy theo bảng 1, TCVN 4513-1988))
• N: số người dùng nước trong công trình

Ví dụ tính toán:

Bước 2: Tính toán đường ống cấp nước vào bể chứa

Xem thêm: Hướng dẫn lắp đặt bơm công nghiệp

Chọn đồng hồ

Việc tính toán đồng hồ đo nước (kiểu cánh quạt hoặc tuốc bin) để lắp đặt trên đường ống nước dẫn vào nhà cần căn cứ vào lưu lượng ngày lớn nhất chọn theo bảng 6 TCVN4513-1988 và được tính theo 2 cách sau:

• Cách 1: dựa vào lưu lượng tính toán
  Q_min ≤ Q_tt ≤ Q_max
• Cách 2: dựa vào lưu lượng đặc trưng của đồng hồ
  Q_ng.đêm  ≤ 2 Q_đt

Trong đó:

• Q_min: là lưu lượng giới hạn nhỏ nhất (khoảng 6-8% lưu lượng tính toán trung bình)
• Q_tt: Lưu lượng tính toán của ngôi nhà
• Q_max: Lưu lượng giới hạn lớn nhất của đồng hồ (khoảng 45-50% lưu lượng đặc trưng của đồng hồ)
• Q_ngày: lưu lượng nước ngày đêm của ngôi nhà (m³/ng.đêm)
• Q_đt: lưu lượng đặc trưng của đồng hồ – lưu lượng nước chảy qua đồng hồ khi tổn thất áp lực trong đồng hồ là 10m. (m³/h)

Sau chọn được đồng hồ ta tiến hành kiểm tra lại tổn thất áp lực qua đồng hồ phải đáp ứng điều kiện sau:

• Tổn thất áp lực đối với loại cánh quạt nhỏ hơn 2,5m
• Tổn thất áp lực đối với loại tuốc bin nhỏ hơn 1÷1,5m

Tổn thất áp lực qua đồng lực tính theo công thức sau : h_đh= S q² (m)

Trong đó:

•   S: sức kháng của đồng hồ đo nước lấy theo bảng 7 TCVN4513-1988
•   Q: lưu lượng tính toán (l/s)

Chọn đường ống cấp nước vào

Đường kính ống dẫn vào chọn theo lưu lượng tính toán cho ngôi nhà. Khi chưa có lưu lượng tính toán có thể lấy sơ bộ:

• Các ngôi nhà một hoặc hai tầng: d=32-50mm
• Các ngôi nhà có khối tích trung bình: d ≥ 50mm
• Các ngôi nhà có lưu lượng > 1000 m³/ngày: d=75-100mm
• Với các nhà sản xuất, có thể lấy d=200-300mm hoặc lớn hơn.

Ví dụ:

– Lấy lưu lượng nước sinh hoạt cần thiết cấp tòa nhà trong 1 ngày đêm từ ví dụ trên là 176.4 m³/ngđ. Tạm tính thời gian cấp nước trong ngày là 5 giờ.  Lưu lượng qua đồng hồ 1 giờ là 35.3 m³/h. Dựa theo bảng 6 TCVN 4513-1988 chọn đồng hồ loại tuốc bin có đường kính DN80.

Chọn tuyến ống cấp nước vào bể chứa có đường kính DN100.

Bước 3: Tính toán bể chứa nước ngầm

Dung tích bể chứa nước ngầm được tính theo công thức:

V_BC = W_BC + W_CC (m³)

Trong đó:

• W_CC: dung tích nước chữa cháy trong bể chứa (m³) (Tuỳ thuộc vào mức độ chữa cháy cho công trình mà có cách tính khác nhau – phối hợp với đơn vị thiết kế chữa cháy)
• W_BC: Dung tích điều hoà lượng nước sinh hoạt của bể chứa nước (m³) được tính theo công thức: W_BC =    (m³)
  Trong đó:
  
  • Q_ngđ: Nhu cầu dùng nước sinh hoạt của công trình trong ngày
  • n: Số lần đóng mở bơm bằng tay trong ngày. (bơm cấp nước thành phố n = 1-2 lần)

Ghi chú: Tùy theo quy mô của công trình và tại từng khu vực, dung tích bể chứa nước ngầm có thể thể lấy W_bc = (0,5→2) Q_ngđ

Bước 4: Tính toán bể chứa nước mái

V_két = k(W_két + W_cc)

Trong đó:

• k: Hệ số dự trữ két nước mái. k = 1-1.5.
• W_cc: Lưu  lượng nước chữa cháy trong 10 phút khi vận hành bằng tay và 5 phút khi vận hành tự động.

W_cc = 0.6 x q_cc x n_cc

Trong đó:

• q_cc : lưu lượng nước trong một vòi chữa cháy (l/s)
• n_cc : số vòi chữa cháy hoạt động đồng thời

W_két: Dung tích điều hoà của két nước mái (khi mở máy bơm bằng tay) được tính theo công thức:

W_két = Q_ngđ/n

Trong đó:

• Q_ngđ: Lưu lượng nước cần thiết cấp cho sinh hoạt trong một ngày đêm (m³/ngđ)
• Q_ngđ: Số lần mở máy bơm nhiều nhất trong 1 ngày (n = 2-4 lần)
  • Khi tính toán sơ bộ có thể lấy W_két =(20-30)% Q_ngđ
  • Trong nhà nhỏ, lượng nước dùng ít W_két =(50-100)% Q_ngđ
  • Khi đóng mở bơm tự động
    W_két = Q_ngđ/2n ≥ 5%Q_ngđ
    Dung tích điều hòa của két nước mái nên lấy ≤ 40m³. Nếu dung tích két nước mái lớn hơn 40m³ phải chia thành nhiều bể nhỏ hoặc 1 bể có nhiều ngăn.

Bước 5: Tính toán bơm cấp nước lên mái

Lưu lượng của bơm cấp nước (ký hiệu Q_P ) có 2 cách tính:

Cách 1. Tính theo lưu lượng sử dụng lớn nhất của công trình

Lập bảng tính toán tổng đương lượng của công trình

Lưu lượng tính toán của công trình được tính theo công thức:

• Nhà ở:
  Trong đó
  • a : hệ số phụ thuộc vào tiêu chuẩn dùng nước cho 1 người trong 1 ngày lấy theo bảng 9 TCVN 4513:1988
  • K: Hệ số phụ thuộc vào số đương lượng lấy theo bảng 10 TCVN 4513:1988
  • N : tổng số đương lượng của các dụng cụ vệ sinh trong nhà hay đoạn ống tính toán.
• Cơ quan hành chính trụ sở, nhà trọ, khách sạn, ký túc xá, nhà trẻ, trường học, cơ quan giáo dục, bệnh viện đa khoa, nhà tắm công cộng, trại thiếu nhi:
  Trong đó
  • α: hệ số phụ tùng chức năng của mỗi loại nhà lấy theo bảng 11 TCVN 4513:1988
  • N : tổng số đương lượng của các dụng cụ vệ sinh trong nhà hay đoạn ống tính toán
• Xưởng sản xuất, các phòng sinh hoạt của xí nghiệp công nghiệp, phòng, khán giả, công trình thể dục thể thao, xí nghiệp ăn uống công cộng:
  Trong đó
  • q_o : Lưu lượng nước của 1 dụng cụ vệ sinh cùng loại (l/s) lấy theo bảng 2 TCVN 4513:1988
  • n : số dụng cụ vệ sinh cùng loại
  • p : hệ số hoạt động đồng thời của dụng cụ vệ sinh lấy theo bảng 12, 13 TCVN 4513:1988

Ta có: Q_p = q^maxsd

Nếu 2 bơm làm việc song song Q_P’ = Q_P/0,9

Cách 2

Cột áp của bơm được tính theo công thức:

H_b =  h_hh + h_b + h_dd + h_cb + h_td + h_dp

Trong đó:

• h_hh: Chiều cao hình học giữa mực nước cao nhất trong két nước mái và mực nước thấp nhất trong bể chứa nước ngầm (m)
• h_b: Tổn thất ấp lực qua máy bơm. Lấy h_b = 2 (m)
• h_dd : tổn thất áp lực dọc đường trên trường ống hút và ống đẩy của bơm (m) =i*l (i: độ dốc (tra bảng), l chiều dài ống)
• h_cb : tổn thất cục bộ trên đường ống đẩy và ống hút của bơm (m).
  Lấy h_cb = 30% h_dd
• h_td: áp lực tự do tại đầu ra của ống đẩy (m). Chọn h_td = 2 (m)
• h_dp : áp lực dự phòng (m). Chọn h_dp = 3 (m)

Chọn đường kính ống hút, ống đẩy theo TCVN 33: 2006 (Vh=0,6-1 m/s; Vđ =0,8-2,0 m/s)

Bước 6: Tính toán bơm tăng áp cấp nước sinh hoạt (ký hiệu BP)

Áp lực làm việc của máy bơm BP được tính theo công thức:

H_BP = h_b + h_dd + h_cb + h_dh + h_td + h_dp

Trong đó:

• h_b: tổn thất áp lực qua máy bơm. h_b = 2m
• h_dd : tổn thất áp lực dọc đường trên trường ống hút và ống đẩy của bơm. Tổn thất trên ống đẩy của bơm tính toán đến thiết bị vệ sinh bất lợi nhất.
• h_cb : tổn thất cục bộ trên đường ống đẩy và ống hút của bơm (m), tính bằng 30% h_dd.
• h_dh : tổn thất áp lực qua đồng hồ đo nước
  h_dh = Sq²
  • S: Sức cản đồng hồ.
• q: Lưu lượng nước tính toán của căn hộ (khu vệ sinh) bất lợi nhất.
• h_td: áp lực tự do cần thiết tại thiết bị (theo TCVN 4513:1988)
• h_dp : áp lực dự phòng (m). h_dp = 3 – 5 (m)

* Trường hợp sử dụng bơm tăng áp cho tầng sát mái kèm bình điều áp thì phải tính toán bình điều áp:

• Áp lực mở máy = Pmin = áp lực cần thiết
• Áp lực dừng máy = Pmax
• ΔP = Pmax – Pmin = 1.5 bar
• Dung tích bình điều áp : V= [275.Q.(Pmax + 1)]/[Z.ΔP]
  • Z  là số lần đóng mở bơm trong giờ.
  • Q Lưu lượng máy bơm (m³/h)

Bước 7: Tính toán thủy lực cho mạng lưới cấp nước (tính toán chọn đường ống)

Tính toán đường kính ống dựa trên đương lượng,vận tốc kinh tế đảm bảo áp lực tự do tại thiết bị bất lợi nhất. Đối với mạng cấp nước trong nhà, vận tốc kinh tế thường lấy như sau:

• Trục đứng cấp nước; v = 1.5 – 2 m/s
• Đối với ống nhánh cấp nước: v ≤ 2.5m/s
  Khi tổng số đương lượng N ≤ 20, đường kính ống cấp nước cho phép lấy theo bảng 8 trong tiêu chuẩn TCVN 4513-1988.
  

Tính toán tổng hợp theo mẫu sau:

Tính toán theo trục CN

Tính toán đư­ờng kính ống vào căn hộ (khu vệ sinh)

Tính toán thủy lực đoạn ống vào khu vệ sinh bất lợi nhất

Phương pháp tính toán bể chứa nước dự trữ sinh hoạt:

Bước 1: Tính toán công suất cấp nước trung bình ngày của toàn dự án.

Áp dụng công thức tính toán mục 3.3 của TCXDVN 33:2006) để tính toán công suất cấp nước trung bình ngày của toàn dự án Q_{tb ngày} (lưu ý áp dụng tiêu chuẩn dùng nước q_tc cho các đối tượng dùng nước như căn hộ, trường học, khách sạn, tưới cây… theo bảng 1 của TCVN 4513:1988)

Bước 2: Tính toán sơ bộ dung tích bể chứa nước dự trữ sinh hoạt.

Theo mục 9.6 của TCXDVN 33:2006 thì dung tích của bể nước dự trữ sinh hoạt sẽ bằng 70% công suất cấp nước trung bình ngày của toàn dự án.

V _{bể ngầm SH} = 70% Q_{tb ngày}

Ghi chú: Theo mục 8.11của TCVN 4513:1988 thì dung tích của bể nước dự trữ sinh hoạt được tính toán như sau:

V_{bể ngầm SH} = 1,5 x Q_{tb ngày} / n

Với: n là số lần đóng mở máy bơm bằng tay trong ngày.

Ngày nay, hệ thống máy bơm đều được thiết kế điều khiển tự động vì vậy việc xác định số lần đóng mở máy bơm bằng tay là rất khó xác định và không phù hợp với công nghệ bây giờ. Vì vậy khuyến khích sử dụng công thức tại mục 9.6 của TCXDVN 33:2006 để tính toán dung tích bể chứa nước dự trữ.

Sau khi tính toán sơ bộ dung tích bể chứa nước dự trữ sinh hoạt ta tiến hành lựa chọn dung tích thực tế.

Nếu dự án có hệ thống cấp nước sinh hoạt và hệ thống chữa cháy dùng chung bể chứa nước dự trữ thì dung tích bể chứa nước dự trữ được tính toán cần cộng thêm dung tích nước chữa cháy (đơn vị thiết kế chữa cháy tính toán) cần thiết trong vòng 3 giờ (theo mục 9.6 của TCXDVN 33:2006)

V _{bể ngầm SH} = 70%  Q_{tb ngày} + V_{cc 3h}

Phương pháp tính toán dung tích bể chứa nước sạch

Lượng nước sử dụng cho toàn dự án (100% tổng lượng nước sinh hoạt) sẽ được lưu trữ ở bể chứa nước ngầm và bể chứa nước mái sinh hoạt.

Bể chứa nước ngầm sinh hoạt đã được tính toán bằng 70% công suất cấp nước trung bình ngày của toàn dự án. Vì vậy dung tích tính toán của bể chứa nước mái sinh hoạt sẽ bằng 30% công suất cấp nước trung bình ngày của toàn dự án.

V _{bể mái SH} = 30%  Q_{tb ngày}

Phương pháp thiết kế chung cho các bể chứa nước sinh hoạt:

Bể chứa nước có thể được xây dựng bằng bê tông cốt thép, composite, gạch đá… Dùng loại vật liệu nào phù hợp còn phụ thuộc vào các yếu tố như tính chất sử dụng của bể chứa, điều kiện địa chất, điều kiện thực tế thi công từ đó đưa ra so sánh kinh tế phù hợp mà quyết định vật liệu (theo mục 9.9 của TCXDVN 33:2006 hoặc tham khảo thêm ở mục 8.13 của TCVN 4513:1988).

Bể chứa nước sinh hoạt có thể xây dựng hình tròn, hình chữ nhật, đặt trong nhà hay ngoài nhà, đặt nổi hay ngầm (theo mục 8.14 của TCVN 4513:1988).

Bể chứa nước sinh hoạt cần được bố trí : ống dẩn nước vào bể, ống dẫn nước ra (ống phân phối) hoặc ống dẫn nước ra vào kết hợp, ống xả tràn, ống xả đáy, thiết bị thông gió (nếu cần), lỗ thăm bậc lên xuống và thang cho người lên xuống bảo trì và vận chuyển trang thiết bị, thiết bị đo mực nước, ống thông hơi cho bể nước (theo mục 9.11 của TCXDVN 33:2006).

Đáy bể cần có độ dốc không nhỏ hơn 0,5% – 1% về phía ống xả hoặc hố thu cặn (rốn bể) – theo mục 9.15 của TCXDVN 33:2006 hoặc tham khảo thêm mục 8.13 của TCVN 4513:1988.

Ống dẫn nước vào bể: Có đặt van khóa và van phao điều chỉnh. Mép trên của ống dẫn phải cách mặt dưới của nắp két từ 100-150 mm (theo mục 8.7 của TCVN 4513:1988).

Ống phân phối: Ống phân phối nối vào thành bể và cách tối thiểu đáy bể chứa là 50 mm (kiến nghị là 200 mm để tránh cặn bể vào đường ống phân phối). Có đặt van khóa cho ống phân phối (theo mục 8.7 của TCVN 4513:1988).

Ống xả tràn: Đặt ở vị trí cao nhất của mực nước trong bể. Đường kính ống dẫn nước tràn phải bằng hoặc lớn hơn ống dẫn nước vào bể (theo mục 8.7 của TCVN 4513:1988).

Ống xả cạn: Nối ở đáy bể và phải đặt van khóa trước khi kết hợp với ống dẫn nước tràn của bể (theo mục 8.7 của TCVN 4513:1988).

Thước đo hoặc thiết bị báo tín hiệu mực nước (tiếp điểm đo mực nước) có kết nối với trạm bơm (theo mục 8.7 của TCVN 4513:1988).

Khoảng không thông thủy giữa mực nước cao nhất trong bể so với đáy nắp bể tối thiểu là 200-300mm (theo mục 9.17 của TCXDVN 33:2006).

Bố trí lỗ thăm lên xuống cho bể chứa tại vị trí ống dẫn nước vào bể và ống xả cạn và ống xả tràn

Đối với bể nước mái có dung tích từ 20m³ cần chia nhỏ dung tích bể ra để phục vụ cấp nước cho dự án.

Khoảng cách giữa các bể nước và khoảng cách của bể nước đến các kết cấu của công trình không được nhỏ hơn khoảng cách quy định trong bảng 17 theo mục 8.10 của TCV4513:1988).