Tài liệu Nghiên cứu đề xuất áp dụng mô hình tính toán thiết kế hệ thống chữa cháy tự động sprinkler cho nhà cao tầng

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” là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Các số liệu là trung thực, kết quả nghiên cứu của luận văn này chưa từng được sử dụng trong bất cứ một luận văn nào khác mà đã bảo vệ trước. Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cảm ơn và các thông tin, tài liệu tham khảo đều được ghi rõ nguồn gốc trích dẫn. Ngày 05 tháng 01 năm 2016 Tác giả Phạm Thị Hải iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................i MỤC LỤC............................................................................................................... iii DANH MỤC HÌNH VẼ...........................................................................................v DANH MỤC BẢNG BIỂU....................................................................................vi MỞ ĐẦU..................................................................................................................1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỮA CHÁY TỰ ĐỘNG SPRINKLER...............................................................................................4 1.1. Lịch sử ra đời, quá trình hình thành và phát triển của hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler..................................................................................4 1.1.1. Lịch sử ra đời..................................................................................4 1.2. Phương pháp thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler trên thế giới................................................................................................................5 1.2.1. Ứng dụng hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler ở các nước trên thế giới......................................................................................................5 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 1.5.2. Hiện trạng thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho một số nhà cao tầng.......................................................................................16 1. Nhà ở cao tầng N02- T1 dự án xây dựng nhà ở cao tầng N02-T1&T2 iv Khu Đoàn Ngoại Giao.................................................................................16 1.6. Những tồn tại khi thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho các nhà cao tầng..........................................................................................20 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 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.........................................................................26 2.2.2. Tình hình sử dụng phần mềm Epanet trong thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler................................................................................28 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.................................................................................................29 3.1. Tính toán thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho nhà cao tầng..............................................................................................................29 3.1.1. Tổng quan về tòa nhà Gemek.......................................................29 3.1.2. Các bước tính toán thiết kế hệ thống Sprinkler............................30 3.1.3.Lựa chọn đầu phun Sprinkler........................................................33 3.1.4. Tính toán thiết kế hệ thống...........................................................33 KẾT LUÂÂN VÀ KIẾN NGHI...............................................................................48 TÀI LIÊÊU THAM KHẢO..........................................................................................49 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Đầu phun sprinkler..........................................................................10 Hình 1.2: Đầu phun sprinkler khi hoạt động...................................................12 Hình 1.3: Tổng thể phối cảnh nhà ở cao tầng N02- T1...................................17 Hình 1.4: Một góc của phòng bơm..................................................................19 Hình 1.5: Vị trí các ống nhánh đấu nối với ống chính....................................19 Hình 1.6: Thiết bị báo hiệu mở nước (Alarm Valve)......................................20 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống chữa cháy tự động kiểu ướt...................21 Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống chữa cháy tự động kiểu khô..................22 Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống trên phần mềm Epanet...........................................27 Hình 3.1: Vị trí khu đất...................................................................................29 Hình 3.2: Sơ đồ tính toán hệ thống chữa cháy tự động...................................32 Hình 3.3: Mặt bằng chữa cháy tầng kỹ thuật..................................................35 Hình 3.4: Công trình thuộc nhóm I nguy cơ cháy trung bình.........................36 Hình 3.5: Công trình thuộc nhóm I nguy cơ cháy trung bình.........................37 Hình 3.6: Lưu lượng các nút và các đầu phun.................................................44 Hình 3.7: Áp lực dư tại các nút và các đầu phun............................................44 Hình 3.8: Đường kính ống và cột áp tại nút....................................................45 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Phân loại cường độ phun nước theo nguy cơ cháy.........................23 Bảng 3.1: Thông số của thiết bị tưới kiểu sprinker.........................................33 Bảng 3.2: Phân loại cường độ phun nước theo nguy cơ cháy.........................38 Bảng 3.3: Tổn thất áp suất qua van điều khiển hệ thống chữa cháy tự động. .40 Bảng 3.4: Sức cản đơn vị ống nước theo đường kính ống..............................40 Bảng 3.5: Bảng tính thủy lực đoạn ống...........................................................41 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 cháy xảy ra gây thiệt hại nặng nề về người và tài sản, qua đó đòi hỏi việc nâng cao ý thức PCCC là không thể xem nhẹ. Ngày 4/10/1961, Bác Hồ đã ký ban hành Pháp lệnh quy định việc quản lý Nhà nước về PCCC. Đây là một trong những Pháp lệnh được ban hành sớm nhất của Nhà nước ta đã nói lên tầm quan trọng của công tác PCCC. Từ đó đã làm dấy lên các phong trào PCCC mà kết quả đã góp phần không nhỏ vào việc bảo vệ tính mạng, tài sản của người dân và của xã hội. Theo báo cáo của Cục Cảnh sát PCCC và CNCH thì trong năm 2013 đã xảy ra 2.624 vụ cháy, làm chết 60 người, bị thương 199 người và gây thiệt hại về tài sản ước tính 1.656,148 tỷ đồng. Trong đó phải kể đến vụ cháy lớn tại công ty may Hà Phong - Bắc Giang, thiêu trụi phân xưởng sản xuất cùng hàng ngàn xe gắn máy của công nhân; vụ cháy trung tâm thương mại Hải Dương phút chốc biến hàng trăm tỷ đồng của các tiểu thương thành tro bụi; vụ cháy chung cư JSC 34(Hà Nội), hàng chục vụ cháy nhà cao tầng, khu dân cư, gây hoảng 2 loạn trong dân chúng do thiệt hại quá lớn về người và tài sản… Nguyên nhân của các vụ cháy trên 1 phần lớn là hệ thống chữa cháy không đáp ứng được yêu cầu dập tắt đám cháy ngay khi đám cháy vừa xảy ra. Việc hệ thống chữa cháy không hoạt động được có thể do nhiều nguyên nhân : thiết kế hệ thống chữa cháy không đạt tiêu chuẩn kĩ thuật, hệ thống không được bảo dưỡng, bảo trì thường xuyên, không tổ chức tập huấn phòng cháy chữa cháy theo định kì… Có thể nói, trong bối cảnh đất nước không ngừng xây dựng và phát triển như hôm nay thì công tác PCCC càng chiếm giữ một vai trò quan trọng. Ít có tai nạn nào mà cùng lúc có thể gây thiệt hại lớn về tính mạng và tài sản của con người như trong các vụ hỏa hoạn. Với vai trò đặc biệt quan trọng của hệ thống Phòng cháy chữa cháy trong 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 các hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler. 2. Phương pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng các phương pháp sau: - Phương pháp điều tra, khảo sát, thu thập và nghiên cứu tài liệu. - Phương pháp phân tích, xử lý, đánh giá số liệu. - Phương pháp kế thừa. - Phương pháp thống kê và phân tích hệ thống. - Phương pháp mô hình toán. - Phương pháp chuyên gia. 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỮA CHÁY TỰ ĐỘNG SPRINKLER 1.1. Lịch sử ra đời, quá trình hình thành và phát triển của hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler 1.1.1. Lịch sử ra đời Từ 1852-1885, hệ thống ống đục lỗ được sử dụng trong các nhà máy dệt trên khắp New England như một phương tiện phòng cháy chữa cháy. Tuy nhiên, đó không phải là hệ thống tự động, nó không thể tự khởi động hệ thống. Nhà phát minh đầu tiên bắt đầu thử nghiệm với vòi phun nước tự động xung quanh năm 1860. Hệ thống phun nước tự động đầu tiên được cấp bằng sáng chế Philip W. Pratt Abington, MA, vào năm 1872. Henry S.Parmalee được coi là người phát minh ra hệ thống đầu phun tự động đầu tiên. Sau đó Parmalee đã cải thiện các bằng sáng chế Pratt và tạo ra một hệ thống phun tự động tốt hơn. Năm 1874, ông đã cài đặt hệ thống đầu phun tự động của mình vào các nhà máy sản xuất đàn piano mà ông sở hữu. Tiếp đến Frederick Grinnell cải thiện thiết kế Parmalee và vào năm 1881 bằng 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 dụng trong các nhà máy công nghiệp, nơi đám cháy thường thảm khốc và thiệt hại cả người và tài sản. Tại Mỹ thời điểm hiện tại, hệ thống chữa cháy tự động được yêu cầu trong tất cả các building mới và các tòa nhà dưới lòng đất thường 75 feet (23 m) ở trên hoặc dưới, mà khả năng của nhân viên cứu hỏa để cung cấp đầy đủ các đường ống chữa cháy bị hạn chế. Với sự chủ động trong mọi tình huống, người Mỹ đặt ra năm nguyên tắc cho hệ Sprinkler và đã trải qua tám năm tiếp theo nghiên cứu làm thế nào để có thể đạt được. Những nguyên tắc đó là: - Mục tiêu chính của hệ thống là sự an toàn của cuộc sống, cùng với việc bảo vệ tài sản và rất nhiều các mục tiêu tiếp theo - Hệ thống Sprinkler chỉ dùng để kiểm soát ngọn lửa đủ lâu để người cư ngụ để thoát hoặc được giải cứu, và không nhất thiết phải để dập tắt ngọn lửa 6 - Hệ thống phải phù hợp với xây dựng và trang trí trong công trình, có nghĩa là, nó phải riêng biệt và được gắn vào sàn nhà và tường của tài sản - Hệ thống phải có tính kinh tế. Có ý kiến cho rằng, chi phí có khả năng sẽ là nhân tố chính trong việc xác định liệu một hệ thống được trang bị hay không và việc lắp đặt không bao gồm bất kỳ tính năng hoạt động nào không cần thiết - Từ 85% nguy cơ tử vong hoặc chấn thương xuất phát từ đám cháy bắt nguồn từ nhà bếp, phòng ngủ và phòng khách, những khu vực riêng biệt có thể được bảo vệ nếu điều này tiết kiệm được chi phí đáng kể. Cuộc tranh luận này vẫn chưa được giải quyết ở Anh. Từ khi bắt đầu, Cục Quản lý hỏa hoạn Mỹ đã quan tâm rất nhiều đến việc nghiên cứu và phát triển của hệ Sprinkler, ngay khi nó trở nên phổ biến. Để thể hiện cam kết của mình, họ cũng thiết lập một quy tắc mà tất cả các nhân viên chính phủ Mỹ phải ở trong những nơi có sự bảo vệ của hệ 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 Nhà nước và liên bang hoặc như một yêu cầu để có được chứng nhận (cần thiết cho các tổ chức có nhu cầu đào tạo nhân viên y tế). Từ năm 2011, Pennsylvania và California đòi hỏi hệ thống phun nước trong tất cả các công trình dân dụng mới - các tiểu bang Hoa Kỳ đầu tiên làm như vậy. Khi nhìn vào Vương quốc Anh, có vẻ như tất cả các luật an toàn lớn đều ra đời sau một thảm họa, và dường như họ không muốn học hỏi kinh nghiệm của các nước khác. Tuy nhiên, Chính phủ hiện đang tiến hành một đánh giá sâu sắc về pháp luật phòng cháy chữa cháy và hiện đại hóa các dịch vụ cứu hỏa ở Anh và xứ Wales. Tất cả các luật an toàn cháy nổ Vương quốc Anh đều theo tiêu chí tiết kiệm chi phí cho cuộc sống, cũng như những quy định xây dựng ở Anh và xứ Wales. Do đó, hệ Sprinkler sẽ được bao gồm trong pháp luật Vương quốc Anh và các quy định xây dựng, nó sẽ được xây dựng chủ yếu cho khả năng tiết kiệm chi phí cho cuộc sống của họ. 8 Mặc dù số người chết trong các vụ cháy ở Anh đã giảm trong những năm gần đây, thương vong tiếp tục lên cao, đạt đến hơn 18.000 vào năm 2000. Chính phủ đã giao nhiệm vụ cho đơn vị cứu hỏa với việc giảm các tỷ lệ thương vong và các sáng kiến khác nhau đã được đưa ra trong những năm gần đây. Thật không may, người đứng đầu đơn vị cứu hỏa thừa nhận rằng chiến lược hiện nay, dựa trên giáo dục an toàn cháy và báo động khói, đã không được hiệu quả như họ kì vọng và bây giờ nhận ra rằng họ cần một vũ khí trong cuộc chiến chống lại hỏa hoạn. Đó là vũ khí mà họ tin là hệ Sprinkler. Tổ chức cứu hỏa Sprinkler tin rằng an toàn trong cuộc sống là điều hết sức quan trọng. Họ cũng nhận ra rằng mặc dù thị trường cho các hệ thống phun nước tự động trong nhà ở dân dụng vẫn còn nhỏ, so với khu vực thương mại / công nghiệp, an toàn của cuộc sống sẽ là động lực thúc đẩy sự mở rộng 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 chênh lệch về chiều cao từ bể chứa tới các đầu phun tự động. Đôi khi áp lực từ vận tốc nước bên trong đường ống cũng được tính toán. Thông thường những tính toán này được thực hiện bằng sử dụng phần mềm máy tính, tuy nhiên trước sự ra đời của hệ thống máy tính thì những tính toán phức tạp đôi khi được thực hiện bằng tay. Kỹ năng tính hệ thống đầu phun nước bằng tay vẫn được yêu cầu đào tạo cho một kỹ thuật viên thiết kế đang tìm kiếm chứng nhận trình độ cao cấp của tổ chức chứng nhận kỹ thuật như Viện Chứng nhận Kỹ thuật Công nghệ (NICET). 1.3. Tình hình ứng dụng hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler tại Việt Nam Từ năm 2003, nhà nước mới ban hành TCVN 7336: 2003 Yêu cầu thiết kế và lắp đặt hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler. Trước đó, đa phần các tòa nhà chỉ được bảo vệ bởi hệ thống chữa cháy vách tường và bình chữa cháy. Năm 2009, nhà nước ban hành TCVN 3890: 2009 quy định về trang bị và những yêu cầu căn bản đối với việc bố trí, kiểm tra, bảo dưỡng phương tiện phòng cháy và chữa cháy cho nhà và công trình. Trong đó có nói rõ nhà cao từ 25m trở nên phải thiết kế hệ thống chữa cháy Sprinkler. 10 Việc thành lập đơn vị Sở phòng cháy chữa cháy ở các tình thành phố đã được quan tâm đúng mức, các điều luật và các tiêu chuẩn về phòng cháy chữa cháy được ban hành. Chính vì thế, việc thiết kế hệ thống chữa cháy tự động cho nhà cao tầng theo đúng tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành được các đơn vị thực hiện nghiêm chỉnh. 1.4. Các loại hệ thống và cấu tạo của đầu phun Sprinkle 1.4.1. Cấu tạo đầu phun Sprinkler Đầu phun Sprinkler là một trong những thiết bị phòng cháy thường được sử dụng trong các công trình đòi hỏi yêu cầu về chữa cháy cao, đầu phun được 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 hoạt động (bể vỡ hay đứt …) nút chặn sẽ rơi ra và nước trong đường ống sẽ phun ra ngoài.  Tấm dẫn hướng: Được lắp trên thanh đầu phun đối diện với nút chặn nơi mà nước sẽ phun ra ngoài. Nhiệm vụ của tấm dẫn hướng là chia đều dòng nước phun và tỏa rộng ra trên bề mặt diện tích chữa cháy. Tấm dẫn hướng sẽ quyết định kiểu lắp của đầu phun bởi hướng và góc phun. Các kiểu lắp thông thường của đầu phun là quay lên, quay xuống và quay ngang. Việc lắp đặt đầu phun Sprinkler phải theo đúng thiết kế, việc lựa chọn kiểu đầu phun phải dựa theo kiến trúc của tòa nhà. Mỗi đầu phun Sprinkler sẽ hoạt động riêng lẻ khi đạt đến nhiệt độ kích hoạt được thiết kế sẵn. Phần lớn các đầu phun Sprinkler phun khoảng 80-100 lít/phút, điều này còn phụ thuộc vào thiết kết của hệ thống. Một số loại Sprinkler đặc biệt được thiết kế cho phép phun lên đến 400 lít/phút. 12 Hình 1.2: Đầu phun sprinkler khi hoạt động 1.4.2. Các loại hệ thống Sprinkler 1. Hệ thống ướt (Wet Pipe System) Hệ thống Sprinkler ướt (Wet Pipe Systems) là hệ thống mà đường ống luôn có chứa sẵn nước và được kết nối với nguồn nước cung cấp, nhờ đó nước sẽ phun ra ngay lập tức khi đầu phun Sprinkler được kích họat bởi nhiệt độ của đám cháy. Do các thiết bị của hệ thống đơn giản và dễ dàng sử dụng nên hệ thống Sprinkler ướt được ứng dụng rộng rãi hơn so với các hệ thống khác. 2. Hệ thống khô (Dry Pipe System) 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 những nơi chứa các thiết bị vật phẩm có giá trị hay những nhà kho mà không gian làm ảnh hưởng đến tính họat động hiệu quả của đầu phun như dễ va đập gây hư hỏng đầu phun. Van của hệ thống kích họat trước luôn luôn đóng và chỉ mở khi được kích họat do hệ thống báo cháy lắp riêng rẽ độc lập. 14 Hệ thống báo cháy sẽ kích họat mở van kích họat trước, để cho nước đi vào hệ thống đường ống. Nước vẫn chưa phun ra từ đầu phun cho đến khi nhiệt độ kích họat cho đầu phun mở ra và phun nước ra ngòai. Họat động của lúc này của van kích họat trước giống như kiểu lọai hệ thống Sprinkler ướt. 5.Hệ thống kết hợp hồng thủy (Deluge System) Hệ thống sprinkler dùng các đầu sprinklers mở sẵn được gắn vào một nguồn nước, qua một van mà van đó sẽ được mở do sự kích hoạt của một hệ thống báo cháy được lắp đặt tại cùng những vị trí có đặt đầu sprinkler. Khi van này mở, nước sẽ chảy vào hệ thống đường ống, và rồi phun nước ra qua tất cả các sprinklers đã lắp đặt. 6.Hệ thống kết hợp hồng thủy - kích hoạt trước (Combined Dry PipePreaction System) Hệ thống sprinkler có các đầu sprinklers tự động được gắn vào hệ thống đường ống có chứa không khí, có áp lực, và có một hệ thống dò cháy bổ sung được lắp đặt tại cùng những vị trí có đặt đầu sprinkler. Khi hệ thống dò cháy kích hoạt, nó sẽ kích các thiết bị nhả và rồi thiết bịi nhả này sẽ mở các (dry pipe valves) cùng lúc mà không mất áp lực không khí trong hệ thống. Việc kích hoạt hệ thống báo cháy cũng làm mở các van xả khí đặt ở điểm cuối của (feed main). Các van xả khí, thông thường, sẽ được mở trước khi các đầu sprinkler mở. Hệ thống dò cháy đồng thời cũng hoạt động như một hệ thống báo động....". 1.5. Đánh giá hiện trạng thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho các nhà cao tầng 1.5.1. Hệ thống cấp nước chữa cháy cho nhà cao tầng 1. Khái niệm nhà cao tầng: