BÀI TẬP LỚN CÁC QUÁ TRÌNH CƠ HỌC TRONG KỸ THUẬT MÔI TRƯỜG ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM CẤP NƯỚC VÀ THOÁT NƯỚC TẦNG HẦM CHO CHUNG CƯ MINI VỚI 10 HỘ GIA ĐÌNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAKHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

GVHD: TS Nguyễn Thái Anh

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 5 năm 2024

ĐẠ I HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊNBỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

BÀI TẬP LỚN

CÁC QUÁ TRÌNH CƠ HỌC TRONG KỸ THUẬT MÔI TRƯỜG

GVHD: TS Nguyễn Thái Anh

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 5 năm 2024

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

Trương Gia Kiệt

- Thiết kế và tính toán hệ thống thoát nướctầng hầm cho khu chung cư mini.

- Tổng hợp bài Word.Vũ Thị Vân Anh

Lê Phạm Quỳnh Như

- Thiết kế và tính toán hệ thống cấp nướccho chung cư mini

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

PHẦN NỘI DUNG 2

CHƯƠNG I: THIẾT KẾ HỆ THÔNG CẤP NƯỚC CHO KHU CHUNG CƯ 2

1.1 Tổng quan về bơm đẩy cao 2

1.2 Nhu cầu dùng nước 3

2.2 Giải pháp thoát nước tầng hầm tại khi chung cư 17

2.3 Tính toán thiết kế hệ thống bơm thoát nước tầng hầm 20

2.3.1 Tính toán bơm 20

2.3.2 Tính toán bể chứa nước 25

2.3.3 Thiết kế hầm bơm (Sump Pit) 25

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Thông số cao trình các tầng của chung cư 3

Bảng 2: Thông số dân cư, phòng và vị trí các phòng mỗi tầng 4

Bảng 3: Nhu cầu dùng nước tính theo TCDN/ người 4

Bảng 4: Số lượng thiết bị mỗi phòng và số đương lượng mỗi thiết bị 5

Bảng 5: Số đương lượng theo từng phòng, từng tầng và cả tòa chung cư 5

Bảng 11: Mô tả các thông số của bơm chìm 27

Bảng 12: Mô tả các thông số của thùng bơm 33

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Bơm nước đẩy cao 3

Hình 2: Cỡ, lưu lượng và đặc tính của đồng hồ đo nước 7

Hình 3: Sức kháng của đồng hồ đo nước 7

Hình 4 Sơ đồ mạng lưới thủy lực 8

Hình 5: Két nước Tân Á Đại Thành dung tích 2000L 12

Hình 6: Sơ đồ bố trí đường ống bơm 13

Hình 7: Ngập lụt tầng hầm tại khu trung cư ở Hà Nội 17

Hình 8: Lượng mưa trung bình hàng tháng tại Hà Nội 17

Hình 9: Một kiểu máy bơm chìm dùng trong công nghiệp (ống thoát nước và cáp điện không được kết nối) 18

Hình 10: Cấu tạo của máy bơm chìm 18

Hình 11: Cách lắp đặt bơm thoát nước tầng hầm 19

Hình 12: Bảng tra cứu kích thước đường kính ống cho máy bơm nước 21

Hình 13: Xác định hệ số ma sát 21

Hình 14: Cấu tạo của hầm bơm 25

Hình 15: Bơm chìm nước thải Showfou SHm-250F/Sh 250w 27

Hình 16: Catalogue của máy bơm chìm 28

Hình 17: Thiết kế của bơm 29

Hình 18: Bản vẽ chi tiết cấu tạo của bơm 29

Hình 19: Bồn chứa nước mưa 10 m3 Đại Thành 31

Hình 20: Thông số kỹ thuật của bồn nhựa 32

Hình 21: Lưu ý khi lắp đặt bồn nhựa 32

Hình 22: Thùng đựng bơm Zoeller 33

LỜI MỞ ĐẦU

Cấp thoát nước là yếu tố cơ bản và quan trọng trong quá trình thiết kế và hoàn thiệnchung cư Hệ thống này không chỉ đảm bảo tiện nghi cho cuộc sống hàng ngày của cư dânmà còn ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường sống xung quanh Nước có vai trò hết sứcquan trọng trong đời sống, quyết định một phần chất lượng cuộc sống của cư dân trongkhu vực đó Vì vậy, nếu muốn đảm bảo nguồn nước đáp ứng nhu cầu của mọi người, tòanhà cần có một hệ thống cấp thoát nước đầy đủ chức năng cần thiết.

Một hệ thống cấp nước chung cư đạt yêu cầu phải cung cấp đầy đủ nước sinh hoạtcho dân cư ở tất cả các vị trí trong tòa nhà Bên cạnh đó, các vấn đề ngập nước ở tầnghầm khu chung cư đang ngày càng diễn ra phổ biến trước tình hình thời tiết diễn biến bấtthường của mưa trước khí hậu hiện tại Nhận thấy được vai trò của hệ thống cấp nước vàthoát nước tầng hầm khu chung cư, nhóm chúng em xin được thực hiện bài tập lớn với đề

tài: “Thiết kế hệ thống bơm cấp nước và thoát nước tầng hầm cho chung cư mini với 10hộ gia đình”, qua đó có thể hiểu được cách tính toán giải quyết các vấn đề cấp và thoát

nước thông qua các con số tính toán kỹ thuật, đồng thời đề xuất các thiết bị phổ biến trênthị trường tương ứng phù hợp với yêu cầu được đặt ra.

Cấu tạo máy bơm đẩy cao:

- Là dòng máy bơm nước với thiết kế nhỏ gọn, trang nhã, có nắp buồng bơm và dĩabơm chống được ma sát và chịu nhiệt độ cao, đảm bảo cho dòng nước lưu thông được ổnđịnh.

- Hiện nay, các máy bơm đẩy cao hầu hết đề có rơ le cảm biến nhiệt độ, cho phépmáy tự động ngắt nguồn điện khi nhiệt độ bơm quá cao, tránh việc làm nóng máy và gâycháy nổ Hơn nữa, các máy bơm đẩy cao còn có các lõi quay motor có độ chính xác cao,được mạ chống rỉ sét giúp máy luôn hoạt động, không bị ngắt quãng.

Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động của máy bơm đẩy cao cũng giống nhưcác loại máy bơm nước khác, khi máy bơm làm việc các bánh công tác quay, các phần tửchất lỏng ở trong bánh công tác dưới ảnh hưởng của lực ly tâm bị văng từ trong ra ngoài.Cứ như thế nó chuyển động theo các máng dẫn và đi vào ống đẩy với áp suất cao hơn, đólà quá trình đẩy của bơm (nên gọi là máy bơm đẩy cao) Quá trình bơm đẩy cứ diễn raliên tục đồng thời, ở lối vào của bánh công tác tạo nên vùng có chân không, dưới tác dụngcủa áp suất trong bể chứa lớn hơn áp suất ở lối vào của máy bơm nước, lúc đó chất lỏng ởbể hút liên tục bị đẩy vào bơm theo ống hút, đó là quá trình hút của bơm.

Hình 1 Bơm nước đẩy cao

1.2 Nhu cầu dùng nước

Thông số của khu chung cư:

Bảng 1: Thông số cao trình các tầng của chung cư

Cao trình Giá trị Đơn vị

Thông số Giá trịĐơn vị

Nhu cầu dùng nước của khu chung cư:

Bảng 3: Nhu cầu dùng nước tính theo TCDN/ người

dNhu cầu dùng nước cho

Qngày, max Qngày, max = Qsh x1,5+Qcông cộng 10 m3/d

Thông số các thiết bị dùng nước trong 1 phòng:

Bảng 4: Số lượng thiết bị mỗi phòng và số đương lượng mỗi thiết bị

Thiết bị dùngnước

Số đươnglượng/phòng

Cột áp tựdo (m)

Chiều cao lắpđặt từ vị trí lấy

nước đến sàn

Bảng 5: Số đương lượng theo từng phòng, từng tầng và cả tòa chung cư

Tổng đương lượng/phòng 2,500Tổng đương lượng tầng 1 5,000Tổng đương lượng tầng 2 10,000Tổng đương lượng tầng 3 10,000Tổng đương lượng tòa nhà 25,000

Tính được nhu cầu dùng nước tính toán (Theo mục 6.7, TCVN 4513:1988)Qtt= 0,2 ×(N +KN)1a

Trong đó:

Qtt: Lưu lượng tính toán trong 1s cho khu chung cư theo thiết bị dùng nước (l/s)

N: Tổng số đương lượng của các thiết bị vệ sinh trong chung cưa: Trị số phụ thuộc vào TCDN tính cho 1 người trong 1 ngàyK: Hệ số phụ thuộc vào đương lượng, theo bảng

Hình 2: Cỡ, lưu lượng và đặc tính của đồng hồ đo nước

Hình 3: Sức kháng của đồng hồ đo nước

Từ lưu lượng tính toán Qtt = 0,901 l/s, chọn đồng hồ cánh quạt BK với cỡ 30 mm, cósức kháng S = 1,3 m3/h.

Kiểm tra tổn thất áp lực qua đồng hồ:

hđh=S × Qtt2=1.3 ×0,9012=1,06 m<2,5 m(thỏa)

Vậy chọn đồng hồ cánh quạt Bk 30 mm.

1.4 Tính toán mạng lưới thủy lực

Theo TCVN 4513:1988, lưu lượng nước trong ống:

Q=0,2×√aN + KN

Trong đó:

Q: Lưu lượng tính toán trong một giây, l/sN: Tổng số đương lượng

a: Trị số phụ thuộc vào tiêu chuẩn dùng nước tính cho 1 người trong một ngày (bảng 6) K: Hệ số phụ thuộc vào đương lượng (bảng 7)

Đường kính tính toán ống dẫn: Dtt=0,5× Q0,42

Đường kính ống phải thỏa vận tốc kinh tế, thường lấy giá trị vkt = 0,5 – 1,5 m/s (đốivới ống đứng, ống chính không vượt quá 2 m/s)

Vận tốc nước trong ống: v=4 Qπ × D2

Mạng lưới thủy lực được tính toán theo sơ đồ bố trí sau:

Hình 4 Sơ đồ mạng lưới thủy lực

Bảng 8: Mạng lưới thủy lực

hiệuThiết bị

Sốlượngthiết bị

D chọn(mm)

v (m/s)

dh (m)

Tổngdh (m)Ống

Ống dẫn B1B1'

Chậu bếp

Ống dẫn B1B1'

Chậu bếp

Ống dẫn C1C1'

Vòi tắm

Ống dẫn D1D1'

Chậu bếp

Ống dẫn D1D1'

Vòi tắm

1.5 Tính két nước mái

Dung tích két nước:

Vk = k x (Vđh + Vcc) (m3)Trong đó:

Vđh: Dung tích điều hòa của két nước (m3)Vđh = Qb

n (l/s)Qb = Qtt = Lưu lượng định mức của bơm (m3/h)n: số lần đóng mở bơm trong 1h, thường lấy 2 – 4 lần

Chọn két nước inox ngang dung tích 2000L Tân Á Đại Thành

Hình 5: Két nước Tân Á Đại Thành dung tích 2000L

Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0,3 m

Chiều cao xây dựng bể H = 1,28 + 0,3 = 1,58 m = 1,6 m.

Hình 6: Sơ đồ bố trí đường ống bơm

Lưu lượng bơm: Qb=0,901m3

Tổn thất áp lực trong ống đẩy/hút:

h=10,679 × Ld4,871 ×(Qb

Trong đó:

L: Chiều dài ống đẩy/hút, md: Đường kính ống đẩy/hút, m

Qb: Lưu lượng bơm, m3/h

CH: Hệ số cản của ống nhựa, CH = 140Chênh cao hình học: Hhh=(Lđ+Lh)−0,4 ×2Tốn thất áp lực cục bộ: hcb=(hđ+hh)×30 %

Tổng cột áp bơm: Hb=Hhh+htd+hđ+hh+hcb

Bảng 9: Tính toán bơm cấp nước

STT

7 Thể tích thực của bể 12 m

10 Đồng hồ đo nước cánh quạt cỡ 30 (TCVN 4513:1988)

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC CHO KHU CHUNG CƯ

Kịch bản: khu chung cư mini, chỉ khoảng 20 phút sau khi trời đổ mưa dông, hầm

để xe của nhiều tòa nhà đã ngập sâu, ở mức 1,5 - 1,6m, lượng mưa phổ biến từ 40-80

mm, có nơi trên 120 mm (thông tin lấy từ nhiều tòa chung cư mini và tòa nhà văn phòngkhu vực phường Mai Dịch, quận Cầu Giấy sau cơn mưa lớn vào khoảng 20h ngày13/6/2022 kèm theo dông, gió giật mạnh, sấm sét ở Hà Nội)

2.1 Hiện trạng mùa lũ tại Việt Nam hiện nay

Việt Nam nằm trong khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa, bờ biển dài, địa hình độdốc lớn từ Tây sang Đông, Đông Bắc xuống Tây Nam nên chịu nhiều biến động bấtthường của thời tiết, đặc biệt ảnh hưởng của biến đổi khí hậu gây mưa bão, lũ, nước biểndâng, ngập lụt, sạt lở…Tình trạng ngập lụt do mưa thường xuyên xảy ra với các đô thịlớn, các đô thị cấp tỉnh, đang gia tăng về tần suất và thời gian Có thể nhận thấy, đô thị cóquy mô càng lớn, tốc độ đô thị hóa nhanh thì tình trạng ngập lụt càng trầm trọng Vềthoát nước đô thị, hệ thống thoát nước các đô thị, chủ yếu là hệ thống thoát nước chung,được xây dựng qua nhiều thời kỳ, chắp vá, xuống cấp, chưa được hoàn chỉnh Nước thảisinh hoạt cùng với nước mưa chủ yếu được xả trực tiếp ra các cống, kênh, rạch vào cácsông chính của lưu vực.

Một trong những hiện trạng gây khó khăn trong việc xử lý đó chính là mưa lớn gâyngập lụt tại các tầng hầm để xe ở các khu chung cư Nhiều chung cư ở vùng "trũng" đã

vùng "trũng" của thành phố, khi lượng nước mưa đổ dồn xuống hầm để xe quá nhanh vàquá lớn dễ khiến hệ thống thoát nước bị "quá tải" gây thiệt hại lớn về người và của.

Hình 7: Ngập lụt tầng hầm tại khu trung cư ở Hà NộiNguồn: Tiền Phong, 2022

Hình 8: Lượng mưa trung bình hàng tháng tại Hà NộiNguồn: Weather Spark, 2024

2.2 Giải pháp thoát nước tầng hầm tại khi chung cư

- Đề xuất:

Hiện tại đã có rất nhiều hệ thống, kỹ thuật thoát nước tầng hầm khác nhau, nhữnghệ thống, kỹ thuật này là hết sức cần thiết khi thiết kế cũng như xây dựng tầng hầm bởi vìtầng hầm là nơi chứa những tài sản giá trị như xe, kho đồ, hệ thống điện nước, nên tránhbị ngập lụt gây hư hại tài sản Một trong những hệ thống thoát nước tầng hầm tiên tiến,hiện đại nhất ngày nay đó chính là sử dụng thiết bị máy bơm chìm Chỉ với một chiếcmáy bơm nước tự động, có phao báo mực nước, tự động dừng bơm nước ra ngoài hết sứctiện lợi đồng thời cũng dễ dàng lắp đặt, bảo trì và sửa chữa.

Hình 9: Một kiểu máy bơm chìm dùng trong công nghiệp (ống thoát nước và cáp điệnkhông được kết nối)

Nguồn: Wikipedia

Hình 10: Cấu tạo của máy bơm chìmNguồn: Internet

- Phân loại:

Hiện nay máy bơm thoát nước tầng hầm gồm các loại chính là: máy bơm dùng độngcơ nổ (nhiên liệu xăng hoặc diesel), máy bơm dùng động cơ điện,…Trong đó loại đượcdùng phổ biến nhất hiện nay là máy bơm chìm chống ngập, thuộc dòng bơm động cơđiện.

- Nguyên lý hoạt động của máy bơm chìm tầng hầm:

Hút nước: Máy bơm thoát nước tầng hầm thường được đặt ở một vị trí thấp hơn

so với mực nước trong tầng hầm Khi máy bơm được kích hoạt, nước sẽ được hút vàobuồng bơm thông qua ống hút.

Tạo áp suất: Khi nước được hút vào buồng bơm, rotor bên trong máy bơm bắt đầu

quay Quá trình quay này tạo ra một lực ly tâm mạnh, đẩy nước ra khỏi buồng bơm.

Xả nước: Nước được đẩy qua ống xả và được chuyển đến nơi thoát ra khỏi tầng

hầm, hoặc được chuyển đến hệ thống thoát nước chính của toà nhà hoặc hệ thống cốngthoát nước.

Tự mồi: Máy bơm thoát nước tầng hầm được thiết kế để có khả năng tự mồi, tức

là có thể khởi động và bơm nước mà không cần nước trong buồng bơm ban đầu Điềunày đảm bảo rằng máy bơm có thể hoạt động khi có sự tích tụ nước mới trong tầng hầm.

Hình 11: Cách lắp đặt bơm thoát nước tầng hầmNguồn: Ảnh Internet

2.3 Tính toán thiết kế hệ thống bơm thoát nước tầng hầm

2.3.1 Tính toán bơm

- Một vài thông số thiết kế tính toán:

+ Diện tích tầng hầm: S = 100m2 (chiều rộng 5m và chiều dài 20m)+ Chiều cao tối thiểu của tầng hầm: H = 2,2 (m)

+ Lượng mưa phổ biến tại khu vực: R = 80 mm+ Chiều cao mực nước có thể ngập: h = 1,5-1,6 (m)

+ Thể tích nước tiềm năng có thể tràn vào tầng hầm: V = S.R = 100.80.10-3= 8 (m3)+ Thời gian mong muốn xử lý nước tầng hầm: t = 2 (giờ)

- Lưu lượng nước cần sử lý: Q = 82 = 82 = 4 (m3/h) = 9001 (m3/s)

Chiều cao tối thiểu tầng hầm là 2,2m => Chọn chiều cao ống đẩy > 2,2 m=> z2 = 2,5 (m)

=> H1 = z2 – z1 = 2,5 – (-1) = 3,5 (m)

H2 = p2 – p1 (p2 là áp suất thiết bị và p1 là áp suất môi trường ngoài, đơn vị: mH2O)Chọn p2 = 1,1 bar = 11,2172 mH2O và p1 = 1 bar = 10,1974 mH2O

Nguồn: Internet

Ở đây Δ – là độ nhám tương đương bề mặt trong ống dẫn (Δ=0,05mm với đoạn ốngthép , Δ=0,02mm với đoạn ống đồng, Δ=0,06mm đối với ống nhôm, Δ=0,03 với ốngmềm cao su ) => Chọn Δ = 0,03 (mm)

- Tại đoạn ống có mối nối nối tiếp: ξ=0,1…0,15.

- Tại mối nối ra khỏi thùng chứa: ξ=0,5 ; và mối nối vào thùng chứa: ξ=1.

Chọn kích thước đường ống cho máy bơm nước là DN15/20 sẽ tương đương vớiống có đường kính ngoài họng hút/thoát lần lượt là d1 và d2 là ϕ21/27 (mm)

Khối lượng riêng của nước: ρ = 1000 (kg/m3)

Độ nhớt của nước: μw =0,02414.10(T −140)247,8 (chọn nhiệt độ nước tw = 25oC)

=> μw =0,02414.10(25 +273−140)247,8 = 0,89 (mPa.s) = 0,89.10-3 (Pa.s)

Vận tốc chảy trong ống hút: v1 = AQ

1 =

Qπ d12

4=

π (21 10−3

)24

75742)0,25 = 0,0241Chọn chiều dài đường ống hút l1 = 1m

Tổng hệ số trở lực cục bộ trong ống hút: ∑ξh h = 1 (ống hút thằng từ trên xuống vàcó mối nối vào thùng chứa)

4=

π (27 10−3)24

58854)0,25 = 0,024

Chọn chiều dài đường ống đẩy l2 = 2,5 m

Tổng hệ số trở lực cục bộ trong ống hút: ∑ξhđ = 1,5 +1,5 + 0,5 = 3,5 (có 2 đoạnống gập 90o và một mối nối ra khỏi thùng chứa)

=> H4 = v22

+ ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)+g: gia tốc trọng trường (g = 9,8 m/s2)

+η: hiệu suất của bơm (hiệu suất hữu ích của bơm ηH, hiệu suất truyền ηn, hiệu suất

hữu ích chuyển động ηg, η = ηH.ηn.ηg)

Chọn ηH,ηn,ηg lần lượt là 0,85- 0,8- 0,95 => η = 0,85.0,8.0,95 = 0,646

=> N = Q H ρ g1000 η = 9001 .7,08 1000.9,811000.0,646

= 0,119 (kW) = 119 (W)

2.3.2 Tính toán bể chứa nước

Với lượng mưa nhiều gây ra tình trạng ngập úng nơi tầng hầm khu chung cư thì bênngoài môi trường cũng sẽ ngập với mực nước tương tự Vì vậy không thể bơm nước trựctiếp đổ ra bên ngoài mà cần phải có thêm một thùng chứa nước mưa được lấy từ bơmchìm.

Lưu lượng nước từ bơm chảy ra bên ngoài:

Q = v2.A2 = v2.π d22

4 = 1,94.π (27 10−3)2

4 = 1,11.10-3 (m3/s)Lượng nước cần chứa trong bể chứa nếu thời gian mưa là 2 giờ:V = Q.t = 1,11.10-3 2.3600 = 8 (m3/s)

=> Cần có một thùng chứa nước có dung tích >8 m3 để chứa nước và để dự phòngcho những đợt mưa lớn có thời gian mưa lâu hơn.

2.3.3 Thiết kế hầm bơm (Sump Pit)

Hình 14: Cấu tạo của hầm bơm

A: Thùng chứa bơm đặt ở hầm bơmB: Máy bơm chìm

C: Phao đo mực nướcD: Cửa thu nước vàoE: Đường hút nước raF: Đường ống

G: Van

H: Cáp và ống thông hơiI: Bệ đỡ

J: Ray dẫn hướng

K: Xiềng xích cố định bơmL: Cửa mở hầm bơmM: Bảng điều khiển- Thiết kế hầm bơm:

+ Thông số của máy bơm đặt tronghầm: Chiều dài: 0,184m; chiều rộng:0,14m; và chiều cao: 0,393m

+ Chiều cao mực nước có thể ngậptrong hầm bơm: h = 0,5 - 1 (m)

+ Chọn chiều cao tối thiểu của hầmbơm: H = 0,75 (m)

+ Lưu lượng nước cần sử lý: Q = 82

+ Thiết kế đáy hầm bơm hìnhvuông có cạnh là: a = √0,751,5 = 1,41 (m)

+ Chọn lại a = 1,5 (m)

+ Thể tích thực của hầm bơm: V =a2.H = 1,52.0,75 = 1,69 (m3)

+ Thời gian lưu nước thực trong hầm

bơm chọn: t = VQ = 1,691600

= 1014 (s) = 16,9(phút)