Nghiên cứu đề xuất áp dụng mô hình tính toán thiết kế hệ thống chữa cháy tự động sprinker 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
tồn thể các thầy, cơ 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 cơng việc của
mình. Tuy nhiên, do thời gian có hạn, trình độ cịn hạn chế, số liệu và công
tác xử lý số liệu với khối lượng lớn nên những thiếu sót của Luận văn là
khơng 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 mơ hình
tính tốn thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho nhà cao tầng”

là cơng trình nghiên cứu khoa học của riêng tơi. 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 ...........................................................................................vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................... vii
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
1.2. 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 cho các nhà cao tầng
..................................................................................................................... 14
1.5.1. Hệ thống cấp nước chữa cháy cho nhà cao tầng.......................... 14
a. Khái niệm nhà cao tầng: ......................................................................... 14
b. Những đặc điểm của nhà cao tầng liên quan đến phòng cháy chữa cháy


iv

..................................................................................................................... 15
1.5.2. Những thiếu sót, sai phạm về chất lượng thiết bị phòng cháy chữa
cháy ......................................................................................................... 16
1.6. Những tồn tại khi thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho
các nhà cao tầng .......................................................................................... 18
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỮA
CHÁY TỰ ĐỘNG SPRINKLER CHO NHÀ CAO TẦNG ................................19

2.1. Cơ sở tính tốn thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler........... 19
2.1.1. Khái niệm, nguyên lý hoạt động hệ thống chữa cháy tự động
Sprinkler .................................................................................................. 19
2.1.2. Nguyên tắc thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler .......... 21
2.2. Lập mơ hình tính tốn để thiết kế hệ thống chữa cháy tự động
Sprinkler sử dụng phần mềm Epanet .......................................................... 25
2.2.1. Phần mềm Epanet ......................................................................... 25

2.2.2. Tình hình sử dụng phần mềm Epanet trong thiết kế hệ thống chữa
cháy tự động Sprinkler ............................................................................ 27
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG MƠ HÌNH EPANET ĐỂ TÍNH TỐN THIẾT KẾ
HỆ THỐNG CHỮA CHÁY TỰ ĐỘNG SPRINKLER CHO TÒA NHÀ
GEMEK, HÀ NỘI ...................................................................................................28

3.1. Tổng quan về tòa nhà Gemek .............................................................. 28
3.2. Tính tốn thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho nhà cao
tầng .............................................................................................................. 29
3.2.1. Yêu cầu đối với hệ thống PCCC cho cơng trình. .......................... 29
3.2.2. Các căn cứ để thiết kế ................................................................... 30
3.2.3. Chọn giải pháp thiết kế ................................................................. 31
3.2.4. Tính tốn các thơng số của hệ thống và lựa chọn thiết bị ............ 31
3.2.5. Tính tốn thủy lực bằng mơ hình Epanet: .................................... 39


v

3.3 . Đánh giá mơ hình thiết kế ................................................................... 39
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................40
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................41
PHỤ LỤC .................................................................................................................42
Kết quả mơ phỏng bằng mơ hình Epanet .............................................................42


vi

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Đầu phun sprinkler ....................................................................................10
Hình 1.2: Đầu phun sprinkler khi hoạt động .............................................................12

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống chữa cháy tự động kiểu ướt.............................19
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống chữa cháy tự động kiểu khơ ............................20
Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống trên phần mềm Epanet .....................................................26
Hình 3.1: Vị trí khu đất .............................................................................................28
Hình PL 1: Lưu lượng trên đoạn ống ........................................................................47
Hình PL 2: Áp lực dư tại các nút và các đầu phun ...................................................48
Hình PL 3: Đường kính ống và cột áp tại nút ...........................................................49
Hình PL4: Sơ đồ tính tốn hệ thống chữa cháy tự động ...........................................50
Hình PL 5: Mặt bằng chữa cháy tầng kỹ thuật..........................................................51


vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Phân loại cường độ phun nước theo nguy cơ cháy...................................22
Bảng 3.1: Thông số của thiết bị tưới kiểu sprinker ...................................................32
Bảng 3.2: Phân loại cường độ phun nước theo nguy cơ cháy...................................34
Bảng 3.3: Tổn thất áp suất qua van điều khiển hệ thống chữa cháy tự động............36
Bảng 3.4: Sức cản đơn vị ống nước theo đường kính ống ........................................36
Bảng PL 1: Bảng tính thủy lực đoạn ống ..................................................................42
Bảng PL 2: Bảng tính thủy lực tại các nút ................................................................44


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 trị 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 phịng cháy chữa cháy (PCCC) đóng một vai trị 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 địi 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 cơng tác
PCCC. Từ đó đã làm dấy lên các phong trào PCCC mà kết quả đã góp phần
khơng 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 khơng được bảo dưỡng,
bảo trì thường xun, khơng tổ chức tập huấn phịng cháy chữa cháy theo
định kì…
Có thể nói, trong bối cảnh đất nước khơng ngừng xây dựng và phát triển
như hơm nay thì cơng tác PCCC càng chiếm giữ một vai trị 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 mơ hình tính tốn 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 mơ 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 tịa nhà cao tầng, chung
cư cao cấp.
Ứng dụng mơ hình Epanet để tính tốn 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 cơng 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 mơ hình tốn.
- Phương pháp chun 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
Từ 1852-1885, hệ thống ống đục lỗ được sử dụng trong các nhà máy dệt
trên khắp New England như một phương tiện phịng cháy chữa cháy. Tuy
nhiên, đó khơng phải là hệ thống tự động, nó khơng 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 ơng. Ơng 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 cơng 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 thơng 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
lắp đặt hệ thống báo cháy tự động. Các khu chung cư cao tầng, các cơ sở sản


5

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 cơng 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 cơng 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 khơng
cần thiết
- Từ 85% nguy cơ tử vong hoặc chấn thương xuất phát từ đám cháy bắt

nguồn từ nhà bếp, phòng ngủ và phịng 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 khơng được thanh
tốn. 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 tịa
nhà mới, cả thương mại và dân cư. Khơng 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 khơng 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 cơng 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 cơng 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 phịng 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 tồn cháy và báo động khói, đã khơng 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 cịn nhỏ, so với khu vực thương
mại / cơng 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
sốt ngọn lửa và để ngăn chặn ngọn lửa. Chế độ đầu phun nước được dùng để
kiểm sốt 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 thơng thường 1, nguy hiểm thơng 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 tốn được thực
hiện để chứng minh rằng hệ thống có thể đảm bảo u cầu trong khu vực thiết
kế. Tính tốn 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 tốn. Thơng thường
những tính tốn 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 tốn phức tạp đơi
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 Cơng 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 tịa
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
phịng cháy và chữa cháy cho nhà và cơng trình. Trong đó có nói rõ nhà cao


10

từ 25m trở nên phải thiết kế hệ thống chữa cháy Sprinkler.
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 cơng trình địi 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


11

hoặc thép mạ crôm để chống gỉ. Chọn đúng kiểu thân đầu phun phụ thuộc vào
diện tích khu vực cần chữa cháy.
•

Bộ cảm ứng nhiệt: Là thành phần kiểm sốt 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. Thơng thường bộ cảm ứng nhiệt sử dụng là bầu thủy tinh có chứa
thủy ngân.
•

Nút chặn: Dùng để chặn và làm kín khơng cho nước rị rỉ ra ngồi,

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 ngồi.
•

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 cịn 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
ln 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 khơ trong đường ống sẽ khơng có nước mà thay bằng
khơng 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 khơ nhưng có hai điểm khác biệt lớn :
• Sử dụng các đầu phun Sprinkler theo tiêu chuẩn, nhưng các đầu phun
này khơng có nút chặn và ln 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 ln ln 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 khơng
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 ln ln 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 xả tràn - kích hoạt trước (Combined Dry Pipe-Preaction
System)
Hệ thống sprinkler có các đầu sprinklers tự động được gắn vào hệ
thống đường ống có chứa khơng khí, có áp lực, và có một hệ thống dị cháy
bổ sung được lắp đặt tại cùng những vị trí có đặt đầu sprinkler. Khi hệ
thống dị 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 khơng mất áp lực khơng 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, thơng 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 cho các nhà cao tầng
1.5.1. Hệ thống cấp nước chữa cháy cho nhà cao tầng
a. Khái niệm nhà cao tầng:


15

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:
-

Loại 1: Từ 9 đến 16 tầng (cao đến 50m).

-

Loại 2: Từ 17 đến 25 tầng (cao đến 75m)

-

Loại 3: Từ 26 đến 40 tầng (cao đến 100m).

-

Loại 4: Siêu cao tầng từ 41 tầng trở lên (cao hơn 100m).

Theo TCVN 6160:1996 (PCCC – Nhà cao tầng – Yêu cầu thiết kế) định
nghĩa nhà cao tầng như sau:
- Nhà cao tầng là nhà và các công trình cơng cộng có chiều cao từ 25m đến

100m (tương đương 10 đến 30 tầng).
b. Những đặc điểm của nhà cao tầng liên quan đến phòng cháy chữa cháy
Qua nghiên cứu cho thấy, nhà cao tầng có một số đặc điểm chính liên
quan đến phịngcháy chữa cháy như sau:
1. Diện tích sử dụng lớn, số lượng người đơng, cơng 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 thốt nạn chính cho người trong nhà cao tầng là qua các cầu thang bộ
đi xuống mặt đất rồi ra ngồi 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 khơng có giải pháp bảo vệ sẽ là các con đường lan truyền lửa, khói, hơi


16

nóng, khí độc từ đám cháy lên các tầng trên và lan ra tồn nhà, đồng thời cản
trở việc thốt nạn và đe doạ tính mạng những người chưa thốt 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 khơng 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.

- Một số nhà cao tầng làm căn hộ cao cấp đầu tư trong nước xây dựng những
năm gần đây cũng được đầu tư cho phòng cháy chữa cháy đầy đủ theo các
tiêuchuẩn Việt nam và tiêu chuẩn nước ngoài.
- 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.
1.5.2. Những thiếu sót, sai phạm về chất lượng thiết bị phòng cháy chữa
cháy
- Như đã nêu trên, chất lượng của thiết kế và thiết bị phòng cháy chữa cháy
trong nhà cao tầng là rất quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp tới các điều kiện
an tồn phịng cháy chữa cháy của cơng trình. Qua kiểm tra an tồn phịng
cháy chữa cháy ở một số nhà cao tầng cho thấy cịn nhiều thiếu sót, sai phạm
liên quan tới chất lượng thiết bị phòng cháy chữa cháy, cụ thể là:
- Không thiết kế, lắp đặt hệ thống báo cháy tự động như quy định của tiêu


17

chuẩn
- Không thiết kế, lắp đặt hệ thống chữa cháy tự động như quy định của tiêu
chuẩn
- Khơng có bể dự trữ nước cho chữa cháy, hoặc có nhưng chung với bể
nướcsinh hoạt và khơng đủ dung tích dự trữ như quy định của tiêu
chuẩn.Nguồn nước cấp vào bể yếu, không đảm bảo phục hồi đủ nước
chữa cháy trong thời gian 24 giờ.
- Khơng có trạm bơm chữa cháy cố định (chỉ có một máy bơm xăng di động),
khơng trang bị đầy đủ các trang bị phương tiện chữa cháy, cứu hộ cần
thiết.
- Có bơm chữa cháy nhưng khơng đảm bảo lưu lượng, áp lực để chữa cháy ở
các tầng cao. Một số cơng trình thiết kế cấp nước chữa cháy theo kiểu tự

chảy từ bể nước trên mái, như vậy không đảm bảo lưu lượng và áp lực
chữa cháy, nhất là cho các tầngtrên cùng.
- Bố trí các họng nước chữa cháy không đảm bảo yêu cầu mỗi điểm cháy phải
có 2 họng cùng phun đến...
- Chỉ có một buồng thang thốt nạn, nhưng buồng thang hở, khơng đảm bảo
yêu cầu chống cháy, chống khói hoặc có thiết kế buồng thang kín nhưng
khơng có hệ thống điều áp buồng thang, hoặc có nhưng áp lực yếu khơng
đảm bảo u cầu chống tụ khói trong buồng thang.
- Khơng có hệ thống chiếu sáng sự cố và chỉ dẫn lối thoát nạn.
- Chỉ có một nguồn điện cho máy bơm chữa cháy, khơng có nguồn điện dự
phịng hoặc máy phát điện dự phịng.
- Cửa ngăn cháy khơng đảm bảo về giới hạn chịu lửa theo tiêu chuẩn.
- Chất lượng các hệ thống, thiết bị phòng cháy chữa cháy chưa đảm bảo yêu
cầu như: hệ thống báo cháy hay báo giả hoặc không hoạt động sau một
thời gian sử dụng; đường ống cấp nước chữa cháy bị rị rỉ, khơng duy trì


18

được áp lực chữa cháy theo yêu cầu; máy bơm chữa cháy (chủ yếu là
bơm xăng) hay bị hư hỏng, trục trặc; hệ thống đèn chiếu sáng sự cố
thường bị hỏng ác quy sau một thời gian hoạt động
1.6. Những tồn tại khi thiết kế hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler cho
các nhà cao tầng
- Trong quá trình thiết kế, việc chọn đường kính ống nhỏ để giảm giá
thành dẫn đến việc tổn thất áp trên đường ống tăng lên, đồng nghĩa với áp lực
tại đầu vịi phun khơng đảm bảo.
- Sử dụng giá trị tổn thất áp lực qua van giám sát (Alarm Valve) theo
công thức của nhà sản xuất mà khơng quan tâm tới tính pháp lý.
- Thiết kế dựa nhiều vào kinh nghiệm, áp dụng từ các nhà máy cũ, dẫn

đến tiếp tục tồn tại những lỗi sai.
- Khơng thiết kế mạng vịng cho hệ thống chữa cháy tự động Sprinkler.
- Bố trí vượt quá số đầu phun qui định cho từng loại hệ thống chữa cháy
tự động Sprinkler.
- Lựa chọn đầu phun sprinkler không hợp lý.