Giải pháp kỹ thuật phân tầng chữa cháy và khống chế khởi động đồng thời các bơm nước PCCC có đa cảm biến áp lực ở tòa nhà cao tầng

1.Đặt vấn đề

Hệ thống chữa cháy bằng nước sử dụng bơm điện là một yêu cầu bắt buộc trong các tòa nhà cao tầng. Với tòa nhà càng cao và diện tích chữa cháy càng lớn thì bơm nước càng có công suất lớn. Trong công trình dân dụng (tòa nhà có số tầng lên đến vài chục tầng) thì thích hợp nhất vẫn là sử dụng bơm với nguồn điện 3 pha 0.4kV, vì vậy nảy sinh vấn đề là để thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật về lưu lượng-áp lực nước chữa cháy thì phải sử dụng bơm nước có công suất lên đến hàng trăm kW.

Khi sử dụng bơm nước có công suất hàng trăm kW trong tòa nhà cao tầng sẽ dẫn đến nhiều quan ngại kỹ thuật cho sự hoạt động của lưới điện hạ áp, các hệ kỹ thuật khác trong thời gian khởi động bơm nước này.

Vì vậy, cần phải xử lý hiện tượng này để đảm bảo sự hoạt động nhẹ nhàng của tất cả các hệ kỹ thuật khác trong thời gian khởi động bơm nước chữa cháy khi tòa nhà đang hoạt động bình thường và khi xảy cháy.

2. Nội dung
2.1 Chữa cháy kiểu phân tầng, nhiều bơm

Hệ thống chữa cháy bằng nước cho một tòa nhà cao tầng thường có dạng như H.1.
Trong đó: Nguồn nước chữa cháy được duy trì với áp lực quy định bởi ba bơm: Bơm điện “ELECTRIC PUMP” là bơm chính chạy bằng năng lượng điện, tạo nguồn nước chữa cháy với áp lực quy định. Bơm điện “JOCKEY PUMP”  là bơm bù có tác dụng duy trì áp lực nước chữa cháy trong đường ống. Bơm Diesel là bơm chính chạy bằng động cơ đốt trong có công suất tương đương bơm điện và có tác dụng cấp nguồn nước chữa cháy khi mất điện.

Hệ thống chữa cháy bằng nước nêu trên có các đặc điểm kỹ thuật sau:

*  Với số tầng ít thì không cần chia nhóm tầng, với số tầng lớn hơn 10 thì phải áp dụng chia nhóm tầng. Mỗi nhóm tầng sẽ chung một đường ống chứa nước chữa cháy chính. Nhóm tầng gồm mấy tầng phụ thuộc vào đặc điểm kỹ thuật cụ thể từng công trình, thông thường gộp từ 5-10 tầng vào một nhóm và số lượng tầng trong các nhóm của một công trình không nhất thiết bằng nhau.

* Với số tầng càng nhiều, để đảm bảo áp lực nước chữa cháy trên đường ống ở các tầng trên cao đạt áp lực quy định thì công suất bơm điện “ELECTRIC PUMP”càng phải lớn (ví dụ: với một tòa nhà 20 tầng có diện tích sàn của 1 tầng khoảng trên 3000m2 thì bơm điện phải có công suất trên 250kW). Điều này ảnh hưởng đến chất lượng nguồn hạ áp trong thời gian bơm điện này khởi động;

*  Hiệu suất sử dụng năng lượng điện không cao do phải tồn tại các cụm van giảm áp cho hệ đường ống ở những tầng thấp;

* Với nguồn hạ áp từ biến áp và máy phát điện dự phòng ở khoảng cách đủ xa (trên 100m) thì sự sụt áp lưới hạ áp trong thời gian khởi động của bơm điện này càng lớn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự hoạt động của các hệ kỹ thuật khác của tòa nhà.

Để đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong tòa nhà cao tầng thì các thiết bị điện chủ yếu dùng nguồn hạ áp 3 pha 0.4kV. Với bơm điện có công  suất hàng trăm kW thì phải áp dụng các biện pháp kỹ thuật cải thiện chế độ khởi động của nó. Ở bài viết này đưa ra giải pháp chữa cháy kiểu phân tầng, nhiều bơm (gọi chung là phân tầng) như ví dụ H.2.
Với những đặc điểm kỹ thuật chính như sau:

* Thay vì dùng một bơm điện, sử dụng nhiều bơm điện có công suất nhỏ hơn. Mỗi bơm điện (hoặc nhóm bơm điện) sẽ cấp nước chữa cháy cho một số tầng liền kề nhau chung một đường ống. Ở H.2 cho ví dụ chia thành 2 nhóm tầng (từ tầng hầm đến tầng 10 chung một nguồn động lực là bơm điện P2, từ tầng 11 đến tầng 20 chung một nguồn động lực là bơm P1A và P1B);

* Sử dụng đa cảm biến áp lực. Ở ví dụ H.2 là sử dụng hai cảm biến áp lực cho bơm điện chính thay vì là một ở H.1;

*  Bơm bù áp và bơm Diesel được sử dụng chung mà không cần phân thành nhiều bơm khác tương ứng phân tầng là do: Bơm bù áp công suất nhỏ; bơm diesel rất hãn hữu dùng khi điều kiện kỹ thuật của tòa nhà cao tầng là phải có nguồn máy phát điện dự phòng chạy (được bố trí ngoài tòa nhà hoặc trong tòa nhà ở vị trí nguy cơ xảy cháy là thấp nhất) khi xảy cháy và sử dụng dây cáp điện chống cháy cho các bơm điện chữa cháy và các hệ thống thoát nạn – thoát hiểm khác của tòa nhà (thang máy thoát nạn; hút khói hành lang; tạo áp cầu thang bộ thoát hiểm;…);

* Việc sử dụng nhiều bơm cho kiểu chữa cháy phân tầng sẽ tiết kiệm điện năng hơn so với khi dùng một bơm do việc tính chọn công suất các bơm tương ứng với tầng cao nhất của từng nhóm tầng (lưu lượng, cột áp) đã được giảm đi so với khi dùng một bơm cho cả tòa nhà. Trong khuôn khổ bài viết này, không trình bày các cơ sở tính chọn công suất bơm khi dùng một bơm và khi dùng nhiều bơm để so sánh. Vấn đề này, người viết bài sẽ đề cập chi tiết trong một bài báo khác.

2.2 Giải pháp kỹ thuật khống chế khởi động đồng thời các bơm điện

Khi thực hiện giải pháp chữa cháy kiểu phân tầng, tổng công suất các bơm điện sẽ nhỏ hơn công suất của một bơm. Tuy nhiên không thể chọn quá nhiều bơm thay cho một bơm vì phải tính đến giá thành của toàn hệ thống. Qua thực tế của vài công trình, người viết bài thấy tối ưu về kinh tế-kỹ thuật của phương án này qua ví dụ sau: Ở tòa nhà 20 tầng với diện tích sàn cho 1 tầng trên 3000m2 thì nếu sử dụng một bơm điện cần có công suất là 250kW, khi chuyển sang giải pháp chữa cháy kiểu phân tầng thì nên sử dụng 3 bơm công suất mỗi bơm là 75kW. Trong đó 1 bơm sẽ đảm bảo cấp nước chữa cháy cho tầng hầm đến tầng 10, 2 bơm đảm bảo cấp nước chữa cháy cho tầng 11 đến tầng 20.

Hệ thống gồm 2 nhóm tầng: Nhóm tầng thứ nhất sử dụng một bơm điện chính, gồm các tầng từ tầng hầm đến tầng 10. Nhóm tầng thứ hai gồm các tầng 11 đến tầng 20 và sử dụng 2 bơm điện chính;

+ Cảm biến áp lực cho nhóm tầng thứ nhất là LPS; nhóm tầng thứ hai là HPS; các mạch phân phối tín hiệu áp lực sử dụng các relays RL1-RL2; mạch kích hoạt các bơm sử dụng các cặp tiếp điểm của RL1-RL2; Mạch khóa liên động sử dụng các cặp tiếp điểm của các relays trung gian và thời gian; mạch định thời sử dụng các relays thời gian; mạch khởi động các bơm sử dụng các relays trung gian RL3-4-5 có các cặp tiếp điểm thường hở được đấu nối với cổng chờ R/S của hệ thống điều khiển R/S cho từng bơm điện chính P1A; P1B; P2 tương ứng. Các bơm điện có thể được khởi động theo các phương pháp: Trực tiếp “DOL”; Sao/Tam giác “S/D” hay dùng Soft Start hoặc VSD tùy theo công suất và yêu cầu của khách hàng.

Sơ đồ nguyên lý như H.4 đáp ứng được:

+ Trong bất kỳ trường hợp nào khi xảy ra tụt áp lực nước ở đường ống, đều tự động khởi động các bơm điện chính với thời điểm khởi động không trùng nhau;

+ Khoảng thời gian giữa hai lần khởi động bơm điện chính liền kề điều chỉnh được;

+ Trong các bơm điện chính thuộc một nhóm có thể điều chỉnh thứ tự khởi động;

+ Trong các bơm điện chính, sự không hoạt động của bơm điện chính này không ảnh hưởng đến sự hoạt động của bơm điện chính kia;

+ Sự dừng các bơm điện chính khi áp lực nước đủ quy định không phụ thuộc thứ tự khởi động bơm (dừng đồng thời trong một nhóm)

3. Kết luận

Giải pháp phân tầng, chia bơm và khống chế khởi động đồng thời các bơm điện chính của hệ thống PCCC bằng nước cho tòa nhà cao tầng như đã nêu, đã giải quyết căn bản sự quan ngại về hoạt động của các hệ thống kỹ thuật trong thời gian khởi động các bơm điện chính khi có sự cố cháy ở tòa nhà cao tầng. Thực tế khi tổ chức nghiệm thu kỹ thuật, diễn tập PCCC ở tòa nhà cao tầng có ứng dụng giải pháp kỹ thuật này cho thấy: không cảm nhận được sự suy giảm nguồn điện hạ áp khi các bơm điện chính khởi động, các hệ kỹ thuật khác hoạt động trơn tru – nhẹ nhàng trong thời gian này.

Giải pháp kỹ thuật này, ngoài ưu điểm nêu trên còn được Chủ đầu tư đánh giá rất cao về sự tối ưu kinh tế – kỹ thuật; về độ tin cậy khi vận hành.
Hy vọng rằng, giải pháp này được phát triển thêm và ứng dụng trong các tòa nhà cao tầng với số tầng cao hơn và chia nhóm tầng tăng lên.