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.
• …

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

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

=> Bài viết Hướng Dẫn Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Cấp Nước xin được dừng lại tại đây.

Nhận bộ Tài liệu “Bộ thuyết minh bản vẽ hệ thống cấp thoát nước căn hộ du lịch và khách sạn Penninsula” dành cho kỹ sư cấp thoát nước