i

LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Thủy lợi, Phòng
Đào tạo đại học và sau đại học, Khoa Kỹ thuật quản lý tài nguyên nước và
toàn thể các thầy, cô giáo của nhà trường đã giúp đỡ tác giả trong quá trình
làm Luận văn này cũng như trong suốt thời gian học tập tại trường. Đặc biệt,
học tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS. Dương Thanh Lượng,
người thầy trực tiếp hướng dẫn khoa học, đã hết lòng giúp đỡ, tận tình giảng
giải cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Trong quá trình làm luận văn, tác giả đã có cơ hội học hỏi và tích lũy
thêm được nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu phục vụ cho công việc của
mình. Tuy nhiên, do thời gian có hạn, trình độ còn hạn chế, số liệu và công
tác xử lý số liệu với khối lượng lớn nên những thiếu sót của Luận văn là
không thể tránh khỏi. Do đó, tác giả rất mong tiếp tục nhận được sự chỉ bảo
giúp đỡ của các thầy cô giáo cũng như những ý kiến đóng góp của bạn bè và
đồng nghiệp.
Tác giả cũng xin được gửi lời cảm ơn tới các bạn trong lớp 21CTN21,
các anh, chị khóa trước đã động viên, đóng góp ý kiến và hỗ trợ trong suốt
quá trình học tập và làm luận văn.
Ngày 05 tháng 01 năm 2016
Tác giả

Phạm Thị Hải


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng, luận văn “Nghiên cứu đề xuất áp dụng mô hình
tính toán thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho nhà cao tầng”

1.2.2. Phương pháp thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler của
các nước trên thế giới...............................................................................8
1.3. Tình hình ứng dụng hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler tại Việt Nam
.......................................................................................................................9
1.4. Các loại hệ thống và cấu tạo của đầu phun Sprinkle............................10
1.4.1. Cấu tạo đầu phun Sprinkler..........................................................10
1.4.2. Các loại hệ thống Sprinkler..........................................................12
1.5. Đánh giá hiện trạng thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho
các nhà cao tầng..........................................................................................14
1.5.1. Hệ thống cấp nước chữa cháy cho nhà cao tầng..........................14
1. Khái niệm nhà cao tầng:..........................................................................14


iv

Khái niệm “nhà cao tầng” trong xã hội hiện nay được coi là tương đối đối
với các quan niệm khác nhau về quy mô xây dựng ở mỗi nơi, mỗi thời
điểm. Ở Việt Nam, trong xây dựng thường phân loại theo số tầng như sau:
.....................................................................................................................15
- Loại 1: Từ 9 đến 16 tầng (cao đến 50m)...................................................15
- Loại 2: Từ 17 đến 25 tầng (cao đến 75m).................................................15
- Loại 3: Từ 26 đến 40 tầng (cao đến 100m)...............................................15
- Loại 4: Siêu cao tầng từ 41 tầng trở lên (cao hơn 100m)..........................15
Theo TCVN 6160:1996 (PCCC – Nhà cao tầng – Yêu cầu thiết kế) định
nghĩa nhà cao tầng như sau:........................................................................15
- Nhà cao tầng là nhà và các công trình công cộng có chiều cao từ 25m đến
100m (tương đương 10 đến 30 tầng)...........................................................15
2. Những đặc điểm của nhà cao tầng liên quan đến phòng cháy chữa cháy
.....................................................................................................................15
Qua nghiên cứu cho thấy, nhà cao tầng có một số đặc điểm chính liên quan

- Đa số nhà cao tầng làm nhà ở chung cư xây dựng trước đây và một số nhà
cao tầng xây dựng ở các khu đô thị mới gần đây, việc đầu tư cho phòng
cháy chữa cháy chưa đầyđủ theo yêu cầu tiêu chuẩn..................................17
1.5.2. Hiện trạng thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho một
số nhà cao tầng.......................................................................................17
1. Nhà ở cao tầng N02- T1 dự án xây dựng nhà ở cao tầng N02-T1&T2
Khu Đoàn Ngoại Giao.................................................................................17
1.6. Những tồn tại khi thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho
các nhà cao tầng..........................................................................................21
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỮA
CHÁY TỰ ĐỘNG SPRINKLER CHO NHÀ CAO TẦNG................................21

2.1. Cơ sở tính toán thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler...........21
2.1.1. Khái niệm, nguyên lý hoạt động hệ thống chữa cháy tự động


vi

Sprinkler..................................................................................................21
2.1.2. Nguyên tắc thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler..............23
2.2. Lập mô hình tính toán để thiết kế hệ thống chữa cháy tự động
Sprinkler sử dụng phần mềm Epanet..........................................................26
2.2.1. Phần mềm Epanet.........................................................................27
2.2.2. Tình hình sử dụng phần mềm Epanet trong thiết kế hệ thống chữa
cháy tự động Sprinkler................................................................................29
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH EPANET ĐỂ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
HỆ THỐNG CHỮA CHÁY TỰ ĐỘNG SPRINKLER CHO TÒA NHÀ
GEMEK, HÀ NỘI.................................................................................................30

3.1. Tính toán thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho nhà cao

Hình 3.8: Đường kính ống và cột áp tại nút........................................................45


viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Phân loại cường độ phun nước theo nguy cơ cháy.............................24
Bảng 3.1: Thông số của thiết bị tưới kiểu sprinker.............................................34
Bảng 3.2: Phân loại cường độ phun nước theo nguy cơ cháy.............................39
Bảng 3.3: Tổn thất áp suất qua van điều khiển hệ thống chữa cháy tự động. . .41
Bảng 3.4: Sức cản đơn vị ống nước theo đường kính ống..................................41
Bảng 3.5: Bảng tính thủy lực đoạn ống................................................................42
Bảng 3.6: Bảng tính thủy lực tại các nút..............................................................45


1

MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Hệ thống phòng cháy chữa cháy (PCCC) là một trong những hệ thống
quan trọng và không thể thiếu đối với bất kỳ chung cư cao ốc, tòa nhà cao
tầng hiện nay. Nó đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc bảo vệ tài
sản và tính mạng con người. Vì thế mà việc đầu tư lắp đặt đến bảo trì bảo
dưỡng hệ thống luôn được đề lên hàng đầu. Tất cả các tòa nhà cao ốc đã xây
dựng và lắp đặt, bố trí hạ tầng, thiết bị PCCC một cách tốt nhất đảm bảo cho
hoạt động an toàn, kịp thời xử lý các vấn đề về cháy nổ xảy ra...
Công tác phòng cháy chữa cháy (PCCC) đóng một vai trò hết sức
quan trọng trong việc bảo vệ tính mạng và tài sản của mọi gia đình và xã hội.
Chỉ cần một phút lơ là, bất cẩn thì hậu quả để lại là rất lớn. Đã có nhiều vụ

các nhà cao tầng, trung tâm thương mại, chung cư “Nghiên cứu đề xuất áp
dụng mô hình tính toán thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho nhà
cao tầng” là hết sức cần thiết.
II. Mục tiêu nghiên cứu
- Đánh giá mô hình thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler trong
các nhà cao tầng.
- Đề xuất các giải pháp thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler
trong nhà cao tầng.
- Đưa ra các phương án quản lý hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler tại
các nhà cao tầng.
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1. Đối tượng nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống chữa cháy tự động cho nhà cao tầng.
2. Phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu:


3

Phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung vào các tòa nhà cao tầng, chung
cư cao cấp.
Ứng dụng mô hình Epanet để tính toán thiết kế hệ thống chữa cháy tự
động (Sprinkler) cho nhà cao tầng.
IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
1. Cách tiếp cận
- Tiếp cận các thành tựu nghiên cứu và công nghệ của các nước trong
khu vực và trên thế giới
- Tiếp cận thực tế: đi khảo sát thực địa, tìm hiểu các hồ sơ, tình hình
hoạt động của các nhà máy công nghiệp trên địa bàn.
- Tiếp cận đáp ứng nhu cầu: tính toán, đánh giá khả năng hoạt động của

sáng chế hệ thống đầu phun tự động mang tên ông. Ông tiếp tục cải tiến thiết
bị và vào năm 1890 đã phát minh ra đĩa thủy tinh phun nước, về cơ bản giống
như trong sử dụng ngày nay.
Hiện tại trên thế giới đã xuất hiện rất nhiều thiết bị đạt trình độ công nghệ
trong lĩnh vực báo cháy và chữa cháy. Trong hệ thống báo cháy tự động đã
xuất hiện những đầu báo khói siêu nhạy (0,005%/m), hay những trung tâm
báo cháy thông minh báo chính xác tới vị trí của từng đầu báo cháy và có thể
kết nối từ trung tâm báo cháy tới các đội chữa cháy khu vực để báo cháy.
Ở nước Nga, hệ thống chữa cháy tự động bằng nước đã đc sử dụng từ
những năm 1770. Ở Mạc Tư Khoa các tòa nhà cao tầng (10 tầng) đều được


5

lắp đặt hệ thống báo cháy tự động. Các khu chung cư cao tầng, các cơ sở sản
xuất được xây dựng sau năm 1980 đều có hệ thống báo cháy và chữa cháy tự
động. Tại nước Nhật, nhờ sự phát triển kinh tế thần kỳ sau chiến tranh nên các
thiết bị báo cháy tự động và chữa cháy tự động được sử dụng hầu hết ở các cơ
sở kinh tế và khu đô thị. Tại Việt Nam, ngay sau khi đất nước thống nhất,
công tác tự động báo cháy và tự động chữa cháy đã đc chính phủ và các
ngành quan tâm. Các hệ thống chữa cháy tự động được ứng dụng rộng rãi ở
các công trình trọng điểm quốc gia: Nhà ga sân bay quốc tế Nội Bài (Hà Nội),
Tân Sơn Nhất, Kho tiền Trung Ương II, Chợ Đồng Xuân.....
Nhờ có hệ thống báo cháy và chữa cháy tự độngmà nhiều cơ sở phát hiện
cháy kịp thời và xử lý có hiệu quả.
1.2. Phương pháp thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler trên
thế giới
1.2.1. Ứng dụng hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler ở các nước trên
thế giới
Vòi phun nước đã được sử dụng tại Hoa Kỳ từ năm 1874, và đã được sử

Sprinkler khi đi du lịch, làm việc hoặc chi phí của họ sẽ không được thanh
toán. Điều này đã dẫn đến các chuỗi khách sạn, chẳng hạn như các nhóm
Marriott, lắp đặt hệ thống Sprinkler trong tất cả các khách sạn của họ, cả ở
Mỹ và trên toàn thế giới.
Năm 1981, đầu phun Sprinkler trở thành có sẵn và một vài năm sau đó,
vào năm 1985, thành phố Scottsdale trở thành nơi đầu tiên của hơn 2.000
thành phố trên toàn nước Mỹ là một trong những thành phố đầu tiên vượt qua
một sắc lệnh yêu cầu đầu phun Sprinkler được trang bị trong tất cả các tòa
nhà mới, cả thương mại và dân cư. Không có thương vong trong các tòa nhà
được bảo vệ bởi hệ thống Sprinkler ở Scottsdale, hay bất cứ nơi nào khác, và
hệ Sprinkler đã chịu trách nhiệm giảm thiểu đáng kể các tổn thương liên quan
đến cháy và thiệt hại tài sản trong tất cả các loại của các tòa nhà.
Những lợi ích cho Scottsdale đã không chỉ đem lại 1 cuộc sống an toàn,


7

mà các tài sản và thiệt hại môi trường đã được ngăn chặn. Những người vận
động hành lang cho đạo luật Sprinkler này hiểu rằng sẽ rất khó để thuyết phục
hội đồng thành phố để thực hiện việc cài đặt hệ Sprinkler bắt buộc trong các
cơ sở công nghiệp và thương mại trên cơ sở bảo vệ tài sản đơn lẻ. Tuy nhiên,
khi kết hợp với tiết kiệm trong cuộc sống, đặc biệt là nhà ở, điều này đã trở
thành một chiến thắng thuyết phục khi đề nghị Hội đồng.
Hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler có thể được yêu cầu phải được cài
đặt theo quy chuẩn xây dựng, hoặc có thể được khuyến cáo bởi các công ty
bảo hiểm để giảm tổn thất tài sản tiềm năng hoặc gián đoạn kinh doanh. Qui
chuẩn xây dựng của Hoa Kỳ đối với những nơi hội họp, nói chung là hơn 100
người, và những nơi có người ngủ qua đêm như khách sạn, nhà điều dưỡng,
ký túc xá, và các bệnh viện thường yêu cầu đầu phun chữa cháy tự động hoặc
theo quy chuẩn xây dựng địa phương, như một điều kiện để nhận tài trợ của

của thị trường Sprinkler rộng lớn hơn ở Anh, do đó tiết kiệm chi phí cho cuộc
sống, tài sản và môi trường từ sự tàn phá của hỏa hoạn. Một giải pháp cho tất
cả chúng ta.
1.2.2. Phương pháp thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler của các
nước trên thế giới
Hệ thống đầu phun tự động được dành cho một trong hai mục đích: kiểm
soát ngọn lửa và để ngăn chặn ngọn lửa. Chế độ đầu phun nước được dùng để
kiểm soát sức nóng của ngọn lửa và làm ướt các chất dễ cháy xung quanh để
ngăn chặn sự cháy. Ngọn lửa sẽ không được dập tắt cho đến khi cạn kiệt các
chất dễ cháy hoặc các thao tác sử dụng thiết bị chữa cháy được thực hiện bởi
nhân viên cứu hỏa.
Đa phần các hệ thống phun nước được cài đặt ngày nay được thiết kế sử
dụng trong khu vực với phương pháp tiếp cận mật độ. Đầu tiên các đặc điểm
xây dựng của tòa nhà được phân tích để xác định mức độ nguy cơ hỏa hoạn.
Thường các tòa nhà được phân loại : mức độ nguy hiểm chiếu sáng, nhóm


9

nguy hiểm thông thường 1, nguy hiểm thông thường nhóm 2, thêm nguy hiểm
nhóm 1, hoặc nhóm nguy hiểm 2. Sau khi xác định việc phân loại nguy hiểm,
một khu vực thiết kế và mật độ có thể được xác định bằng cách tham khảo
bảng trong Hiệp hội bảo vệ tiêu chuẩn cháy quốc gia (NFPA). Khu vực thiết
kế là một khu vực lý thuyết của tòa nhà đại diện cho các khu vực trường hợp
xấu nhất, nơi một ngọn lửa có thể bùng cháy.
Sau khi khu vực thiết kế và mật độ đã được xác định, tính toán được thực
hiện để chứng minh rằng hệ thống có thể đảm bảo yêu cầu trong khu vực thiết
kế. Tính toán đảm bảo tất cả các áp lực đã mất hoặc đã đạt được giữa các
nguồn cung cấp nước và đầu phun nước sẽ hoạt động trong khu vực thiết kế.
Điều này bao gồm tổn thất áp suất do ma sát bên trong đường ống và sự

thiết kế để nước tỏa đều lên trên khu vực cháy, mỗi loại đầu phun khác nhau
được thiết kế làm việc ở mỗi ngưỡng hoạt động riêng và kiểu đầu phun theo
loại cấu trúc của thân đầu phun. Có rất nhiều loại đầu phun, nhưng phần lớn
vẫn dựa trên các thành phần sau:

Hình 1.1: Đầu phun sprinkler
•

Thân: Tạo nên cấu trúc cho đầu phun, chịu đựng được áp lực nước

trong đường ống phun ra. Thân sẽ giữ bộ cảm ứng nhiệt và nút chặn để làm
kín nước, nâng đỡ tấm lá dẫn hướng phun nước. Được chế tạo bằng đồng thau
hoặc thép mạ crôm để chống gỉ. Chọn đúng kiểu thân đầu phun phụ thuộc vào
diện tích khu vực cần chữa cháy.


11
•

Bộ cảm ứng nhiệt: Là thành phần kiểm soát nhiệt độ để phun nước. Ở

nhiệt độ bình thường, bộ cảm ứng sẽ chặn giữ nút chặn lại làm kín nước, khi
nhiệt độ cao đạt đến ngưỡng hoạt động bộ cảm ứng sẽ giải phóng làm rơi nút
chặn ra. Thông thường bộ cảm ứng nhiệt sử dụng là bầu thủy tinh có chứa
thủy ngân.
•

Nút chặn: Dùng để chặn và làm kín không cho nước rò rỉ ra ngoài,

được bộ cảm ứng nhiệt chặn lại không cho nước phun ra. Khi bộ cảm ứng

Hệ thống Sprinkler khô trong đường ống sẽ không có nước mà thay bằng
không khí hay Nitrogen nén. Khi đầu phun Sprinkler họat động bởi nhiệt độ
của đám cháy, khí sẽ thóat ra qua đầu phun làm giảm áp lực mở van hệ thống
khô cho phép nước chảy vào hệ thống đường ống đi đến đầu phun đã mở.


13

Hệ thống khô được sử dụng cho những khu vực mà hệ thống ướt không
đáp ứng được như những nơi nhiệt độ có thể gây ra đóng băng nước. So với
hệ thống ướt đòi hỏi phức tạp hơn về thiết kế, lắp đặt, bảo dưỡng cũng như hệ
thống duy trì khí nén.
3. Hệ thống xả tràn (Deluge system)
Hệ thống xả tràn được sử dụng ở những nơi đòi hỏi cần một lượng nước
lớn phun ra để nhanh chóng kiểm sóat được đám cháy trên một phạm vi rộng,
không cho đám cháy lan truyền đi. Van xả tràn có thể kích để họat động bằng
hệ thống điện, khí nén hay áp lực nước.
Bố trí sắp xếp đường ống của hệ thống xả tràn cũng giống như hai hệ
thống đường ống ướt và khô nhưng có hai điểm khác biệt lớn :
• Sử dụng các đầu phun Sprinkler theo tiêu chuẩn, nhưng các đầu phun
này không có nút chặn và luôn mở do yếu tố kích họat cảm ứng nhiệt của đầu
phun bởi nhiệt độ của đám cháy đã lọai bỏ, vì vậy khi van xả tràn mở ra, nước
chảy vào hệ thống đường ống và đi đến tất cả các đầu phun đã mở, phun nước
ra cùng một lúc.
• Van xả tràn luôn luôn đóng và chỉ mở khi được kích họat do hệ thống
báo cháy lắp riêng rẽ độc lập trong cùng khu vực với hệ thống đầu phun
Sprinkler mở.
4. Hệ thống kích họat trước (Pre-Action Sprinkler system)
Hệ thống kích họat trước cũng giống như hệ thống Sprinkler xả tràn
ngọai trừ là sử dụng đầu phun Sprinkler kín. Hệ thống này thích hợp cho



16

Qua nghiên cứu cho thấy, nhà cao tầng có một số đặc điểm chính liên
quan đến phòngcháy chữa cháy như sau:
1. Diện tích sử dụng lớn, số lượng người đông, công năng sử dụng phức tạp,
tập trung nhiều chất cháy, có nhiều hệ thống thiết bị kỹ thuật, nguy cơ xảy ra
cháy cao.
2. Lối thoát nạn chính cho người trong nhà cao tầng là qua các cầu thang bộ
đi xuống mặt đất rồi ra ngoài nhà. Vì vậy, nhà càng cao thì đường thoát nạn
càngdài, thời gian thoát nạn ra khỏi nhà càng lâu, nguy cơ đám cháy đe doạ
tính mạng con người càng cao.
3. Tốc độ, áp lực của gió trên cao làm tăng tốc độ cháy lan và mức độ phức
tạp của đám cháy. Hành lang giữa và các buồng thang bộ trong nhà cao tầng
nếu không có giải pháp bảo vệ sẽ là các con đường lan truyền lửa, khói, hơi
nóng, khí độc từ đám cháy lên các tầng trên và lan ra toàn nhà, đồng thời cản
trở việc thoát nạn và đe doạ tính mạng những người chưa thoát kịp ra khỏi
nhà.
4. Khó khăn cho việc cấp nước chữa cháy và khó khăn cho việc cứu hộ, cứu
nạncũng như việc triển khai các hoạt động chữa cháy trên các tầng cao...nhất
là đối với các nhà cao tầng xây dựng ở các địa phương chưa được trang bị các
xe thang chữa cháy chuyên dụng hoặc các nhà cao tầng có chiều cao vượt quá
tầm với của các xe thang, hoặc không có đường bãi đủtiêu chuẩn cho các xe
thang hoạt động.
- Các nhà cao tầng làm căn hộ cao cấp thuộc đầu tư nước ngoài xây dựng
trongnhững năm gần đây thường được đầu tư về phòng cháy chữa cháy đầy
đủ theo thiết kế và thiết bị phòng cháy chữa cháy của nước ngoài.