Tính lưu lượng nước chữa cháy: Công thức, TCVN & ví dụ thực tế

Tính lưu lượng nước chữa cháy là bước quan trọng khi thiết kế nguồn nước, đường ống và máy bơm PCCC. Nếu tính sai, hệ thống có thể thiếu nước hoặc chọn bơm không phù hợp. Bài viết này của PCCC Ngày Đêm trình bày tiêu chuẩn, công thức tính, cách tra thông số và ví dụ thực tế cho họng nước, sprinkler và Drencher.

Lưu lượng nước chữa cháy là gì? 

Lưu lượng nước chữa cháy là lượng nước được cấp qua hệ thống trong một đơn vị thời gian. Hai đơn vị thường gặp là lít/giây (l/s) và mét khối/giờ (m³/h). Trong thực tế, không thể lấy một mức lưu lượng cố định rồi áp dụng cho mọi công trình. Chính vì vậy việc tính toán lưu lượng nước cần được tính toán bởi các chuyên gia kỹ sư PCCC, M&E dựa trên công năng, nguy hiểm cháy, loại hệ thống và kịch bản hoạt động đồng thời.

Phân biệt lưu lượng thiết kế, lưu lượng bơm và dung tích bể nước PCCC

Cần hiểu rõ khái niệm bản chất của lưu lượng thiết kế, lưu lượng máy bơm và dung tích bể nước để tránh nhầm lẫn khi tính lưu lượng nước chữa cháy cho hệ thống PCCC.

Lưu lượng thiết kế (Qtk)

Khái niệm: Là lượng nước cần thiết tối thiểu tính toán lý thuyết để dập tắt đám cháy trong một đơn vị thời gian (thường tính bằng l/s hoặc m3/h) dựa trên quy mô, công năng và mức độ nguy hiểm cháy của công trình. 

Bản chất: Là nhu cầu thực tế của các đầu phun (Sprinkler) hoặc họng nước chữa cháy vách tường hoạt động cùng lúc theo tiêu chuẩn (ví dụ: TCVN 2622, TCVN 7336, QCVN 06).

Lưu lượng máy bơm (Qbm)

Khái niệm: Là lưu lượng danh định hoặc lưu lượng thực tế mà máy bơm nước PCCC có khả năng cung cấp khi vận hành.

Bản chất:

• Theo quy định (như QCVN 02:2020/BCA), máy bơm chữa cháy phải được chọn có lưu lượng đáp ứng đủ hoặc lớn hơn lưu lượng thiết kế (thường yêu cầu máy bơm có khả năng cung cấp lưu lượng tối thiểu bằng 150% lưu lượng thiết kế ở một số điểm kiểm tra hoặc đảm bảo đủ điểm làm việc chuẩn).
• Máy bơm không chỉ tạo ra lưu lượng mà còn phải kết hợp với cột áp (H) để đẩy nước lên các tầng cao hoặc đi xa qua hệ thống đường ống. 

 Dung tích bể nước PCCC (V)

Khái niệm: Là tổng thể tích nước dự trữ tối thiểu cần phải có sẵn trong bể chứa (ngầm hoặc nổi) để phục vụ công tác chữa cháy. 

Công thức cốt lõi: V=Qt
(Trong đó Q là lưu lượng nước chữa cháy cần thiết và t là thời gian chữa cháy liên tục theo quy định, ví dụ 3 giờ cho chữa cháy vách tường hoặc 0.5 – 1 giờ cho hệ thống Sprinkler). 

Bản chất: Là “kho chứa” vật lý, đảm bảo khi xảy ra sự cố, lượng nước không bị cạn kiệt trước khi lực lượng chức năng tiếp ứng hoặc hệ thống bơm hoàn tất việc cấp nước.

Bài liên quan: Cách tính thể tích bể nước PCCC chính xác

Tiêu chuẩn tính lưu lượng nước chữa cháy cần biết

Tính lưu lượng nước chữa cháy phải bắt đầu từ việc xác định đúng loại hệ thống và đặc điểm công trình. Mỗi hệ thống như sprinkler, Drencher, họng nước chữa cháy trong nhà hay cấp nước chữa cháy ngoài nhà có căn cứ thiết kế khác nhau.

Khi lập phương án cho lưu lượng nước chữa cháy, cần đối chiếu quy chuẩn, tiêu chuẩn đang áp dụng cùng hồ sơ thiết kế của công trình. 

TCVN 7336:2021 – Hệ thống chữa cháy tự động bằng nước, bọt

Theo TCVN 7336:2021 quy định yêu cầu thiết kế và lắp đặt hệ thống chữa cháy tự động bằng nước, bọt cho nhà và công trình. Tiêu chuẩn phân chia hệ thống thành Sprinkler, Drencher và Sprinkler-Drencher.

Khi tính lưu lượng nước chữa cháy sprinkler, cần xác định nhóm nguy cơ phát sinh cháy và tra các thông số tại Bảng 1, 2, 3. Các thông số gồm cường độ phun tối thiểu, lưu lượng tối thiểu, diện tích tính toán, thời gian phun và khoảng cách giữa các đầu phun. Theo hướng dẫn áp dụng TCVN 7336:2021, lưu lượng thực tế của hệ thống phải đáp ứng yêu cầu sau tính toán thủy lực và không thấp hơn thông số yêu cầu trong bảng tương ứng.

TCVN 2622:1995 và QCVN 06:2022/BXD

TCVN 2622:1995 quy định các yêu cầu thiết kế về phòng cháy, chống cháy cho nhà và công trình. Tiêu chuẩn này có thể được sử dụng để tham chiếu các yêu cầu thiết kế PCCC phù hợp với phạm vi áp dụng. Theo cơ sở dữ liệu của Viện Tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam, tiêu chuẩn này hiện được ghi nhận ở trạng thái còn hiệu lực.

QCVN 06:2022/BXD và Sửa đổi 1:2023 là căn cứ quan trọng về an toàn cháy cho nhà và công trình. Khi thiết kế cấp nước chữa cháy, cần đối chiếu loại công trình, quy mô, công năng và các điều kiện kỹ thuật được quy định. Việc tính lưu lượng nước chữa cháy phải dựa trên đúng trường hợp áp dụng, không suy ra một mức lưu lượng chung cho tất cả công trình.

Các tiêu chuẩn liên quan đến hệ thống cấp nước và họng nước chữa cháy

Ngoài các văn bản trên, việc tính lưu lượng còn cần xem xét các tiêu chuẩn liên quan đến hệ thống cấp nước chữa cháy, họng nước trong nhà, cấp nước ngoài nhà và trang bị phương tiện PCCC. TCVN 3890:2023 cũng cần được đối chiếu khi xác định yêu cầu trang bị hệ thống, phương tiện PCCC cho từng loại công trình.

Trong thực tế, hồ sơ thiết kế cần xác định rõ hệ thống nào đang được tính, số thiết bị hoạt động đồng thời và điều kiện thủy lực tại điểm bất lợi. Sau đó mới xác định lưu lượng thiết kế, lưu lượng bơm và dung tích nước dự trữ. Cách tiếp cận này giúp hạn chế sai số khi lựa chọn đường ống, máy bơm và bể nước PCCC.

Bài liên quan: Thiết kế hệ thống chữa cháy bằng nước

Công thức tính lưu lượng nước chữa cháy tổng quát

Công thức tính lưu lượng nươc chữa cháy  tổng quát giúp xác định nhu cầu nước của một hoặc nhiều hệ thống chữa cháy trong cùng kịch bản thiết kế. Tuy nhiên, trước khi cộng các lưu lượng, cần xác định hệ thống nào phải hoạt động đồng thời theo tiêu chuẩn và phương án thiết kế.

Công thức tính lưu lượng theo tổng các nguồn tiêu thụ

Về nguyên tắc, tổng lưu lượng nước chữa cháy được xác định bằng tổng lưu lượng của các nguồn tiêu thụ phải hoạt động đồng thời:

Q tổng = Q₁ + Q₂ + Q₃ + … + Qₙ

Trong đó:

• Q tổng: Tổng lưu lượng nước cần cung cấp cho kịch bản tính toán, đơn vị l/s hoặc m³/h.
• Q₁, Q₂, Q₃… Qₙ: Lưu lượng của từng hệ thống hoặc nhánh tiêu thụ hoạt động đồng thời.
• Các nguồn tiêu thụ có thể gồm họng nước chữa cháy, sprinkler, Drencher hoặc hệ thống khác tùy phương án thiết kế.

Ví dụ, một phương án giả định có họng nước chữa cháy với Qh = 5 l/s và sprinkler với Qs = 12 l/s. Nếu hồ sơ thiết kế xác định hai hệ thống hoạt động đồng thời thì:

Q tổng = Qh + Qs

Q tổng = 5 + 12 = 17 l/s

Tuy nhiên, không được mặc định cộng tất cả hệ thống trong công trình. Chỉ những hệ thống được yêu cầu hoạt động đồng thời trong cùng kịch bản thiết kế mới được đưa vào phép tính tổng lưu lượng.

Quy đổi đơn vị lưu lượng nước chữa cháy

Trong hồ sơ PCCC, lưu lượng thường được thể hiện bằng l/s hoặc m³/h. Hai đơn vị này cần được quy đổi chính xác khi tính toán và lựa chọn máy bơm.

Công thức quy đổi từ l/s sang m³/h:

Như vậy, 17 l/s = 61,2 m³/h. Khi chuyển kết quả sang thông số máy bơm, cần sử dụng đúng đơn vị và tiếp tục kiểm tra cột áp tại điểm làm việc.

Cách tính lưu lượng nước chữa cháy vách tường

Hệ thống họng nước chữa cháy trong nhà cần được tính theo số tia nước hoạt động đồng thời và lưu lượng yêu cầu của từng tia. Không nên mặc định một số họng nước áp dụng cho mọi loại công trình.

Sau khi xác định lưu lượng, cần tiếp tục kiểm tra áp lực tại họng bất lợi nhất. Lưu lượng đủ nhưng áp lực không đạt vẫn có thể khiến hệ thống không đáp ứng yêu cầu thiết kế.

Căn cứ xác định lưu lượng hệ thống họng nước chữa cháy trong nhà

Trước tiên, cần xác định số tia nước phải đồng thời hoạt động theo hồ sơ thiết kế và tiêu chuẩn áp dụng. Sau đó, xác định lưu lượng yêu cầu của từng tia tại điều kiện làm việc tương ứng.

Cần phân biệt họng nước chữa cháy trong nhà với hệ thống cấp nước chữa cháy ngoài nhà. Hai hệ thống có vị trí, điều kiện thiết kế và căn cứ xác định lưu lượng khác nhau.

Công thức tính lưu lượng họng nước chữa cháy

Công thức tổng quát:

Nếu các tia có cùng lưu lượng, có thể sử dụng công thức rút gọn:

Q họng = n × q

Ví dụ minh họa, nếu hồ sơ thiết kế xác định 2 tia nước hoạt động đồng thời và mỗi tia có lưu lượng 2,5 l/s thì tổng lưu lượng được tính như sau:

Q họng = 2 × 2,5 = 5 l/s

Con số 5 l/s chỉ là kết quả của ví dụ giả định, không phải giá trị mặc định cho mọi công trình.

Ví dụ tính lưu lượng hệ thống vách tường

Giả sử hồ sơ thiết kế xác định 2 tia nước hoạt động đồng thời. Lưu lượng yêu cầu của mỗi tia là 2,5 l/s.

Áp dụng công thức:

Q họng = n × q

Thay số:

Q họng = 2 × 2,5 = 5 l/s

Như vậy, tổng lưu lượng theo dữ liệu giả định là 5 l/s. Đây mới là lưu lượng tại các tia nước theo giả thiết tính toán. Khi thiết kế thực tế, cần kiểm tra áp lực tại họng bất lợi nhất và tổn thất áp lực trên toàn mạng đường ống.

Cách tính lưu lượng nước chữa cháy sprinkler theo TCVN 7336

Sprinkler là hệ thống có yêu cầu tính toán thủy lực chặt chẽ. Không thể lấy một mức lưu lượng cố định rồi áp dụng cho mọi nhóm nguy cơ cháy.

TCVN 7336:2021 đưa ra các yêu cầu thiết kế và tính toán đối với hệ thống chữa cháy tự động bằng nước, bọt. Vì vậy, cách tính lưu lượng nước chữa cháy sprinkler phải bắt đầu từ việc xác định đúng nhóm nguy hiểm cháy và điều kiện thiết kế.

Xác định nhóm nguy cơ cháy và thông số thiết kế

Trước tiên, cần phân loại khu vực bảo vệ theo đặc điểm nguy hiểm cháy của công trình. Sau đó, tra các thông số tương ứng trong bảng của TCVN 7336:2021 theo đúng nhóm nguy cơ và loại hệ thống.

Các thông số cần quan tâm gồm cường độ phun tối thiểu, lưu lượng nước yêu cầu, diện tích tính toán, thời gian phun và khoảng cách bố trí đầu phun. Những thông số này là cơ sở để xác định nhu cầu nước và thực hiện tính toán thủy lực.

Công thức tính lưu lượng sprinkler

Tổng lưu lượng của các đầu phun trong khu vực tính toán được xác định theo công thức:

Khi tính theo cường độ phun và diện tích bảo vệ, có thể biểu diễn mối quan hệ cơ bản như sau:

Q = I × A

Trong đó:

• Q: Lưu lượng nước, tính bằng l/s.
• I: Cường độ phun nước, tính bằng l/s·m².
• A: Diện tích tính toán, tính bằng m².

Công thức trên thể hiện mối quan hệ giữa cường độ phun, diện tích và lưu lượng. Khi thiết kế thực tế, cần kiểm tra các yêu cầu tối thiểu và thực hiện tính toán thủy lực theo TCVN 7336:2021.

Cách tính lưu lượng nước cho màn nước ngăn cháy

Màn nước có nhiệm vụ hỗ trợ hạn chế cháy lan tại các vị trí cần bảo vệ theo phương án thiết kế. Hệ thống này có cách xác định lưu lượng khác với sprinkler thông thường.

TCVN 7336:2021 đề cập đến hệ thống Drencher và Sprinkler-Drencher trong phạm vi hệ thống chữa cháy tự động bằng nước, bọt. Vì vậy, cần xác định đúng loại hệ thống, phạm vi bảo vệ và phương án kích hoạt trước khi tính lưu lượng.

Khi nào cần sử dụng hệ thống màn nước?

Màn nước có thể được bố trí tại những vị trí cần tạo vùng phun để hạn chế cháy lan. Phạm vi bảo vệ cụ thể phụ thuộc vào công năng công trình, yêu cầu ngăn cháy và giải pháp thiết kế được lựa chọn.

Khác với sprinkler thông thường, hệ thống Drencher có thể sử dụng các đầu phun hở được cấp nước đồng thời khi hệ thống kích hoạt. Do đó, số đầu phun tham gia tính toán phải căn cứ vào khu vực bảo vệ và kịch bản hoạt động của hệ thống.

Công thức tính lưu lượng màn nước

Tổng lưu lượng của hệ thống màn nước được xác định theo tổng lưu lượng các đầu phun phải hoạt động trong khu vực tính toán:

Q màn nước = q₁ + q₂ + … + qₙ

Trong đó:

• Q màn nước: Tổng lưu lượng nước của hệ thống màn nước, đơn vị l/s.
• q₁, q₂, … qₙ: Lưu lượng của từng đầu phun.
• n: Số đầu phun tham gia hoạt động theo kịch bản thiết kế.

Khi xác định số đầu phun, cần căn cứ vào phạm vi bảo vệ, loại đầu phun, thông số làm việc và yêu cầu thiết kế. Không nên chỉ lấy chiều dài màn nước để suy ra lưu lượng khi chưa xác định đầy đủ các thông số này.

Tính lưu lượng khi sprinkler kết hợp màn nước

Khi phương án thiết kế yêu cầu sprinkler và màn nước hoạt động đồng thời, tổng lưu lượng được xác định theo công thức:

Q tổng = Q sprinkler + Q màn nước

Trong đó, Q sprinkler là lưu lượng của hệ thống sprinkler và Q màn nước là lưu lượng của hệ thống màn nước.

Công thức chỉ áp dụng khi hai hệ thống được yêu cầu hoạt động đồng thời trong cùng kịch bản thiết kế. Nếu các hệ thống không phải hoạt động đồng thời, cần xác định lưu lượng theo điều kiện áp dụng của tiêu chuẩn và hồ sơ thiết kế.

Đối với phương án dùng chung cụm bơm, cần kiểm tra yêu cầu cấp nước của từng hệ thống, lưu lượng tổng và áp lực tại điểm làm việc bất lợi. Việc lựa chọn bơm phải dựa trên kết quả tính toán thủy lực, không chỉ dựa vào tổng lưu lượng danh nghĩa.

Sơ đồ đề xuất: Bể nước → Bơm chữa cháy → Đường ống chính → Van điều khiển → Đường ống nhánh → Đầu phun màn nước và sprinkler theo phương án thiết kế.

Bài liên quan: Hệ thống Drencher là gì? Nguyên lý và yêu cầu thiết kế.

 Ví dụ thực tế tính lưu lượng nước chữa cháy cho công trình

Phần ví dụ giúp chuyển công thức thành quy trình tính toán dễ theo dõi. Các số liệu dưới đây là dữ liệu giả định để minh họa, không phải thông số tiêu chuẩn mặc định.

Giả sử một công trình có hệ thống họng nước chữa cháy trong nhà và hệ thống sprinkler. Hồ sơ thiết kế giả định xác định lưu lượng họng nước là 5 l/s và lưu lượng sprinkler là 12 l/s. Phương án thiết kế yêu cầu hai hệ thống hoạt động đồng thời trong cùng kịch bản chữa cháy.

 Bước 1 – Xác định tổng lưu lượng yêu cầu

Áp dụng công thức:

Q tổng = Q họng + Q sprinkler

Thay số:

Q tổng = 5 + 12 = 17 l/s

Như vậy, tổng lưu lượng theo dữ liệu giả định là 17 l/s. Đây là lưu lượng yêu cầu của kịch bản đang xét, với điều kiện hai hệ thống phải hoạt động đồng thời.

Bước 2 – Quy đổi sang m³/h

Công thức quy đổi từ l/s sang m³/h:

Q (m³/h) = Q (l/s) × 3,6

Thay số:

Q tổng = 17 × 3,6 = 61,2 m³/h

Như vậy, 17 l/s tương đương 61,2 m³/h. Khi lựa chọn máy bơm, cần kiểm tra thêm cột áp yêu cầu, tổn thất đường ống, chênh lệch cao độ và áp lực cần thiết tại điểm bất lợi nhất. 

Bước 3 – Kiểm tra bơm, đường ống và bể nước

Không thể kết luận máy bơm chỉ dựa trên con số 61,2 m³/h. Điểm làm việc của bơm còn phải đáp ứng cột áp cần thiết sau khi xét cao độ, tổn thất đường ống và áp suất yêu cầu tại điểm bất lợi.

Tương tự, không thể lấy 61,2 m³/h nhân với một thời gian tùy chọn để kết luận dung tích bể. Thời gian cấp nước phải được xác định theo yêu cầu áp dụng của từng hệ thống và kịch bản hoạt động. QCVN 06:2022/BXD yêu cầu hệ thống cấp nước chữa cháy ngoài nhà phải bảo đảm độ tin cậy của nguồn cấp theo các điều kiện được quy định.

Sơ đồ kiểm tra: Bể nước → máy bơm → ống hút → ống đẩy → mạng phân phối → điểm bất lợi → thiết bị chữa cháy.

Những sai lầm thường gặp khi tính lưu lượng nước chữa cháy

Sai số trong tính toán thường không nằm ở phép cộng đơn giản. Vấn đề lớn hơn là chọn sai dữ liệu đầu vào hoặc hiểu sai điều kiện áp dụng của tiêu chuẩn.

Một hệ thống có thể đủ lưu lượng trên giấy nhưng vẫn không đạt khi kiểm tra thực tế. Nguyên nhân thường liên quan đến áp lực, tổn thất đường ống, điểm bất lợi hoặc cấu hình bơm.

Áp dụng sai tiêu chuẩn hoặc sai nhóm nguy cơ cháy

Mỗi hệ thống có phạm vi tiêu chuẩn riêng. Việc lấy thông số sprinkler để áp dụng cho Drencher hoặc lấy một nhóm nguy cơ khác làm dữ liệu tính toán đều có thể dẫn đến kết quả sai.

Với TCVN 7336:2021, nhóm nguy cơ ảnh hưởng trực tiếp đến các thông số thiết kế. Vì vậy, phải xác định đúng công năng và đặc điểm khu vực trước khi tra bảng.

Chỉ lấy lưu lượng tối thiểu mà bỏ qua tính toán thủy lực

Lưu lượng tối thiểu trong bảng là cơ sở thiết kế, không phải lúc nào cũng là kết quả cuối cùng. Mạng đường ống phải được kiểm tra để bảo đảm áp lực và lưu lượng tại các vị trí cần thiết.

TCVN 7336:2021 yêu cầu tính toán áp lực, lưu lượng tại các đầu phun và tổn thất thủy lực của mạng. Nếu kết quả không đạt thông số yêu cầu, cần tiếp tục điều chỉnh phương án.

Cộng hoặc bỏ sót lưu lượng của các hệ thống hoạt động đồng thời

Một số hồ sơ cộng tất cả hệ thống dù không có yêu cầu hoạt động đồng thời. Ngược lại, cũng có trường hợp bỏ sót hệ thống Drencher hoặc họng nước khi phương án thiết kế yêu cầu phối hợp.

Cách xử lý đúng là lập kịch bản hoạt động trước khi cộng lưu lượng. Chỉ những hệ thống được yêu cầu hoạt động đồng thời mới đưa vào tổng lưu lượng của kịch bản đó.

Quy đổi sai đơn vị và xác định sai dung tích bể

Nhầm l/s với m³/h là lỗi đơn giản nhưng có thể tạo ra sai số rất lớn. Công thức quy đổi cần được kiểm tra trước khi sử dụng cho bơm hoặc bể.

Dung tích bể cũng không được xác định bằng cách nhân lưu lượng với một thời gian tùy ý. Phải xác định thời gian cấp nước và các nguồn tiêu thụ theo đúng yêu cầu của công trình.

Chọn bơm theo lưu lượng mà không kiểm tra cột áp

Một máy bơm có lưu lượng lớn chưa chắc đáp ứng được hệ thống. Bơm phải làm việc tại điểm có cả lưu lượng và cột áp phù hợp. Khi chọn bơm cần xét chênh cao độ, tổn thất trên đường ống, van và thiết bị. Sau đó đối chiếu điểm làm việc với đường đặc tính của bơm.

Tính lưu lượng nước chữa cháy chính xác là cơ sở để lựa chọn máy bơm, đường ống và dung tích bể nước phù hợp với yêu cầu thiết kế. Tùy từng hệ thống họng nước vách tường, sprinkler hay màn nước Drencher, cần xác định đúng thông số đầu vào và kiểm tra thủy lực theo tiêu chuẩn áp dụng.Nếu cần tư vấn phương án tính toán, thiết kế và thi công hệ thống PCCC phù hợp với thực tế công trình, PCCC Ngày Đêm sẵn sàng hỗ trợ khảo sát và đề xuất giải pháp.