Chi tiết cách tính toán hệ thống cấp thoát nước cho nhà cao tầng hoàn chỉnh KN323097

Trong số kinh nghiệm xây nhà trước đây, chúng ta đã tìm hiểu về chi tiết thiết kế hệ thống cấp thoát nước nhà ở dân dụng. Tiếp tục với chủ đề này, chúng ta sẽ tìm hiểu về cách tính toán hệ thống cấp thoát nước nhà cao tầng. Thiết kế hệ thống cấp thoát nước nhà cao tầng giúp cho gia đình bạnn hu cầu sử dụng nước cũng như thỏa mãn nhu cầu vệ sinh và tiện nghi của ngôi nhà.

Tiêu chuẩn để tính toán hệ thống cấp thoát nước nhà cao tầng

• Hệ thống cấp nước nhà cao tầng phải đảm bảo liên tục 24/24h
• Đảm bảo hệ thống cấp nước nhà cao tầng phải cấp đủ nước cho các thiết bị, đảm bảo áp lực tự do tối thiểu tại các thiết bị dùng nước.
• Đảm bảo chi phí lắp đặt, đường ống ở mức tối thiểu nhất đối với mẫu biệt thự của gia đình bạn
• Lựa chọn phương án thiết kế dựa trên yếu tố kỹ thuật và hướng dẫn của tiêu chuẩn và quy phạm ban hành
• Đảm bảo quá trình sử dụng, sửa chữa được dễ dàng, tiện lợi

Tính toán hệ thống cấp thoát nước nhà cao tầng dân dụng như thế nào?

Tính toán hệ thống cấp nước nhà cao tầng

Bước 1: Tính toán nhu cầu dùng nước

Quá trình thiết kế hệ thống cấp nước cho một đối tượng cụ thể, bất kể là họ xây biệt thự 1 tầng hay nhà 2, 3 tầng đòi hỏi chúng ta phải nghiên cứu, tính toán để thỏa mãn các nhu cầu sử dụng nước dùng cho sinh hoạt trong nhà ở dân dụng.

Tiếp đến tính toán tiêu chuẩn dùng nước cho sinh hoạt hộ gia đình. Các bạn có thể tham khảo bảng 1 TCVN 4513-1988.

Bảng 1 TCVN 4512-1988 về tiêu chuẩn dùng nước

Công thức tính nhu cầu sử dụng nước như 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

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

Chọn đồng hồ cho hệ thống cấp nước nhà cao tầng

Việc tính toán đồng hồ  đo nước để lắp đặt đường ống dẫn nước vào nhà cần căn cứ vào lưu lượng ngày lớn nhất và chọn theo  bảng 6 TCVN4513-1988.

Lựa chọn đồng hồ cho hệ thống cấp thoát nước nhà ở cho gia đình theo Bảng 6 TCVN 4513-1988

Tính toán lựa chọn đồng hồ có thể được tính theo 2 cách sau:

Cách 1: Dựa vào lưu lượng để tính toán

Qmin ≤ Qtt ≤ Qmax

Cách 2: Dựa vào lưu lượng đặc trưng của đồng hồ

Qng.đêm  ≤ 2 Qđt

Trong đó:

Qmin: là lưu lượng giới hạn nhỏ nhất (khoảng 6-8% lưu lượng tính toán trung bình)

Qtt: Lưu lượng tính toán của ngôi nhà, mẫu nhà 2 tầng sẽ có lưu lượng khác với mẫu biệt thự 3 tầng

Qmax: Lưu lượng giới hạn lớn nhất của đồng hồ (khoảng 45-50% lưu lượng đặc trưng của đồng hồ)

Qngày: lưu lượng nước ngày đêm của ngôi nhà (m3/ng.đêm)

Qđt: 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 khi đã sử dụng đồng hồ cánh quạt hay đồng hồ tuốc bin, thì tiến hành kiểm tra lại tổn thất áp lực qua đồng hồ phải đáp ứng điều kiện:

• Tổn thất áp lực đối với loại đồng hồ cánh quạt phải nhỏ hơn 2.5m
• Tổn thất áp lực đối với loại đồng hồ tuốc bin phải nhỏ hơn 1÷1,5m
• Tổn thất áp lực qua đồng lực tính theo công thức: 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 cho hệ thống cấp nước nhà cao tầng

Đường kính ống dẫn vào phải chọn theo lưu lượng, tính toán trên cở sở thiết kế nhà. Khi chưa có lưu lượng tính toán thì có thể lấy sơ bộ như sau:

• 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

Ví dụ: Lấy lưu lượng nước sinh hoạt cần thiết để cấp cho ngôi nhà trong 1 ngày đêm là 176.4 m3/ngđ, ta tạm tính thời gian cấp nước trong ngày là 5 giờ, thì lưu lượng qua đồng hồ 1h sẽ là 35.5 m3/h. Dựa vào bảng 6 TCVN 4513-1988 loại đồng hồ nên chọn là loại tuốc bin, đường kính DN80

Bước 3: Tính toán bể chứa nước ngầm

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

V_BC = W_BC + W_CC (m³)

Trong đó:

WCC: 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)

WBC: Dung tích điều hoà lượng nước sinh hoạt của bể chứa nước (m3) được tính theo công thức:

W_BC =   Q_ngđn (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)

Chú ý:  Tùy theo quy mô của công trình và tại từng khu vực, dung tích bể chứa nước ngầm có thể thể lấy Wbc = (0,5→2) Qngđ

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.

Wcc: Lưu  lượng nước chữa cháy trong 10 phút khi vận hành bằng tay và 5 phút khi vận hành tự động.

Wcc = 0.6 x qcc x ncc (qcc : lưu lượng nước trong một vòi chữa cháy (l/s); ncc : số vòi chữa cháy hoạt động đồng thời)

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

W_két = Qngđ/n (Qngđ: Lưu lượng nước cần thiết cấp cho sinh hoạt trong một ngày đêm (m3/ngđ); Qngđ: Số lần mở máy bơm nhiều nhất trong 1 ngày (n = 2-4 lần)

Khi tính toán sơ bộ có thể lấy Wkét =(20-30)% Qngđ

Trong nhà nhỏ, lượng nước dùng ít Wkét =(50-100)% Qngđ

Khi đóng mở bơm tự động Wkét = Qngđ/2n ≥ 5%Qngđ)

Dung tích điều hòa của két nước mái nên lấy nhỏ hơn hoặc bằng 40m3. Nếu dung tích két nước mái lớn hơn 40m3 thì phải chia thành 1 bể có nhiều ngăn hoặc thành nhiều bể nhỏ.

Bước 5: Tính toán bơm cấp nước lên mái cho hệ thống cấp nước nhà ở

Có hai cách tính lưu lượng của bơm cấp nước (QP):

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

Tham khảo bảng tính toán tổng đương lượng của công trình:

Bảng tính toán tổng đương lượng của công trình

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

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.

Bảng 9 TCVN 4513: 1988

• Cách 2: Tính toán cột áp của bơm:

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)

Bảng tính áp lực làm việc của máy bơm

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 là tổn thất áp lực qua máy bơm. h_b = 2m

h_dd là tổn thất áp lực dọc đường trên trường ống đẩy và ống hút của máy bơm. Tổn thất trên ống đẩy của bơm  được tính toán từ bơm 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 (đối chiếu theo TCVN 4513:1988)

h_dp : áp lực dự phòng (m). h_dp = 3 – 5 (m)

* Trong trường hợp sử dụng bơm tăng áp cho tầng sát mái kèm bình điều áp thì nên tính toán bình điều áp như sau:

• 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 đường ống cấp nước nhà cao tầng

Khi tính toán đường ống phải dựa trên kinh tế đương lượng, vận tốc, đảm bảo áp lực tự do tại thiết bị bất lợi nhất. Nếu đối với mạng cấp nước trong nhà thì vận tốc kinh tế thường được tính như sau:

• Trục đứng cấp nước: v = 1.5 – 2 m/s
• 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.

Bảng 8 tiêu chuẩn TCVN 4513-1988

Tính toán tổng hợp theo các bảng mẫu sau:

Tính toán theo trục CN

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

Tính toán hệ thống thoát nước nhà cao tầng

Bước 1: Xác định nhu cầu thoát nước thải của hệ thống thoát nước nhà cao tầng

Lưu lượng nước thải tính dựa trên 80% lưu lượng nước ấp trong ngày dùng nước lớn nhất

Lưu lượng nước thải tính bằng 80% lưu lượng nước cấp trong ngày dùng nước lớn nhất:

Q_th = 80% Qsh

Bước 2: Tính toán dung tích bể tự hoại

W _{bể tự hoại}  = 0.75 x Qth +4.75 (m3)

Trong đó:

Q_th: lưu lượng nước thải trong ngày (m3) (tính theo công thức trên hoặc có thể tính bằng bảng K-2 “Quy chuẩn hệ thống cấp thoát nước trong nhà và công trình” )

Hoặc bạn có thể tính dung tíchb ể tự hoại bằng công thức:

W = Wn + Wc

Trong đó:

• Wn – thể tích nước của bể (lấy bằng 80% lượng nước cấp trong một ngày).
• Wc – thể tích cặn của bể, được tính theo công thức:

Trong đó:

• a: lượng cặn trung bình của một người thải ra 1 ngày, a = 0,4 l/người ngày.
• T: thời gian giữa hai lần lấy cặn là 6 tháng, T = 180ngày.
• W₁: độ ẩm cặn tươi vào bể: W₁ = 95%.
• W₂: độ ẩm cặn lên men: W₂ = 90%.
• b: Hệ số giảm thể tích khi lên men: b = 0,7.
• c: Hệ số kể đến lượng cặn hoạt tính: c = 1,2.
• N: Số người phục vụ.

Bước 3: Tính toán dung tích bể tách dầu mỡ của hệ thống thoát nước nhà cao tầng

Đây là loại bể vô cùng cần thiết, giúp tách sơ bộ mỡ khỏi nước thải, tránh tình trạng dính bám cặn bẩn dầu mớ, dễ gây tắc đường ống và các thiết bị.

Thể tích bể:

W= Q x t (m3)

Trong đó:

• W: thể tích bể tách mỡ m3
• Q: lưu lượng trung bình m3/h
• t: thời gian lưu nước 20 phút -60 phút

Chọn chiều cao bể là H (m)

Chiều cao xây dựng : H_xd= H+ Hbv=H+(0,3-0,5m)

Diện tích hữu ích của bể là: F = W/M  (m2)

Từ diện tích hữu ích, ta có thể chọn ra chiều dài và chiều rộng tương ứng của bể

Bước 4: Tính toán chọn bơm thoát nước

Tính toán bơm thoát nước cho bể tự hoại

Lưu lượng bơm thoát nước thải phải đủ để đảm bảo thoát nước tốt trong giờ cao điểm dùng nước. Lưu lượng thoát nước được tính theo công thức như sau: q_th = q_c + q_dc  (l/s)

Trong đó:

q_c: Lưu lượng tính toán cấp nước của toàn bộ xí, tiểu (đổ vào bể tự hoại) (l/s) xác định theo tiêu chuẩn  TCVN 4513:1988.

q_dc: Lưu lượng dụng cụ vệ sinh có lưu lượng lớn nhất lấy theo bảng 1 của TCVN 4474 :1987

q_max: lưu lượng nước thải cho phép cho 1 ống đứng lấy theo bảng 8 TCVN 4474 : 1987

Cột áp của bơm nước thải được tính theo công thức: H_b ≥ h_hh + h_tt + h_dp

Trong đó:

h_hh: độ chênh hình học giữa mực nước cao nhất trong hố ga hoặc cống thoát nước ngoài nhà với cao độ mực nước thấp nhất ngăn đặt máy bơm nước thải

h_tt: tổn thất áp lực (cục bộ, chiều dài) trên đường ống đẩy của bơm

h_b: Tổn thất áp lực qua máy bơm (h_b = 2m)

h_dp: áp lực dự phòng cho máy bơm (h_dp = 2m)  

Tính toán bơm thoát nước tầng hầm

Trong trường hợp gia đình bạn có tầng hầm và tầng hầm dốc lên, xuống xe lộ thiên, tính toán lưu lượng nước bơm vào phải đảm bảo thoát nước cho độ dốc đó. Nếu không, tầng hầm sẽ ngập nếu mưa quá lớn, lượng nước vượt ngưỡng thoát nước của hệ thống thoát nước nhà cao tầng làm nước mưa không thoát kịp. Chính vì thế cần tính toán cả lưu lượng thoát nước mưa, tính toán cột áp bơm nước mưa (tính tương tự cột áp bơm nước thải cho bể tự hoại)

Bước 5: Tính toán thủy lực cho mạng lưới thoát (tính toán chọn đường ống thoát)cho hệ thống thoát nước nhà cao tầng

Lưu lượng nước thải trong đoạn ống được tính theo công thức sau:

 q_th = q_c + q_dc  (l/s)

Trong đó:

• q_th: lưu lượng nước thải sinh hoạt trong đoạn ống
• q_c: Lưu lượng tính toán cấp nước bên trong nhà (l/s) xác định theo tiêu chuẩn TCVN 4513:1988.
• q_dc: Lưu lượng dụng cụ vệ sinh có lưu lượng lớn nhất lấy theo bảng 1 của TCVN 4474 :1987
• q_max: lưu lượng nước thải cho phép cho 1 ống đứng. Lấy theo bảng 8 TCVN 4474 : 1987

Tính toán đường ống đứng thoát nước rửa

Đường ống thoát nước nằm ngang cho hệ thống thoát nước nhà cao tầng

Đường kính ống thoát nước xí, tiểu

Đường kính ống nằm ngang thoát xí, tiểu

Bước 6: Tính toán hệ thống thoát nước mưa

Tính toán lưu lượng thoát nước mưa trên mái được tính theo công thức:

Q = K.F.q₅/10000 (l/s)

Trong đó: F = Fmái + 0.3 Ftường

Với

• F: diện tích thu nước (m2)
• Fmái: diện tích hình chiếu của mái
• Ftường: Diện tích tường đứng tiếp xúc với mái hoặc cao trên mái (m2)
• K: hệ số lấy bằng 2
• Q₅: Cường độ l/s.ha tính cho địa phương có thời gian mưa 5 phút và chu kỳ vượt quá cường độ tính toán bằng 1 năm (p=1) tra trong phụ lục TCVN 4474 : 1987

Tính toán số lượng ống đứng thu nước mưa cần thiết xác định theo công thức:

n_ôđ  ≥ Q/q_ôđ

Trong đó:

Q: Lưu lượng tính toán nước mưa trên mái (l/s)

q_ôđ: Lưu lượng tính toán của 1 ống đứng thu nước mưa lấy theo bảng 9 TCVN 4474 : 1987

Tính toán chọn đường kính ống thoát nước ngang (nối chân các ống đứng) với độ đầy ≤ 0.8f

Trên đây chúng tôi đã giới thiệu tới các bạn cách tính toán hệ thống cấp thoát nước nhà cao tầng. Bài viết mang tính chất tham khảo, trên thực tế, nếu muốn thiết kế hệ thống cấp thoát nước cho nhà cao tầng, bạn nên tìm đến sự hỗ trợ và tư vấn của các đơn vị thiết kế nhà ở, thiết kế điện nước.

Chúc quý vị thành công!

Tham khảo thêm bài viết: Hướng dẫn lắp đặt điện nước nhà vệ sinh