APARTMENT | No.31 Hệ thống đường ống nước trong tòa nhà

Chuyên đề: Hệ thống đường ống nước trong toà nhà ( Phần 1)

Biên tập bởi

S.M.A.C

Ước tính mức sử dụng nước, lưu lượng và lưu trữ 31

LƯU HÀNH NỘI BỘ

nt Kính chào Quý độc giả!

Chúng tôi rất vui mừng khi được gặp lại Quý vị ở số tạp chí này. Vậy là chúng ta đã tiếp tục bước sang một chuyên đề mới với những đề tài mới để tiếp tục khám phá. Ở chuyên đề này, chúng tôi sẽ mang đến tới quý vị những thông tin về hệ thống đường ống nước hoạt động ra sao trong một công trình, chúng ta sẽ đi sâu hơn vào vi mô để tìm hiểu xem liệu một hệ thống đường ống nội bộ sẽ cần những yêu cầu gì khác biệt so với hệ thống cung cấp nước cho cộng đồng ở chuyên đề trước. Tất cả những điều này sẽ được chúng tôi mang đến tới quý vị một cách chi tiết và hợp lý nhất.

Chúng tôi mong rằng sẽ tiếp tục nhận được sự ủng hộ và đón đọc của Quý vị ở số tạp chị này và cả những số tiếp theo.

Xin chân thành cảm ơn!

Nguyễn Đức Hưng Phó Tổng biên tập

Chịu trách nhiệm nội dung

Hội đồng biên tập Nguyễn Danh Hải Nguyễn Hồng Minh Nguyễn Hoàng Thanh Nguyễn Quang Huy Hoàng Minh Nguyễn Lưu Hồng Hải Nguyễn Cảnh Toàn Lê Tiến Trung Nguyễn Văn Thiệp Trương Minh Thắng Cam Văn Chương Đỗ Trung Hiếu Cao Tiến Trung Tổng biên tập Nguyễn Tất Hồng Dương Phó Tổng biên tập Nguyễn Đức Hưng Biên tập & Thiết kế Phòng phát triển Cộng động Website www.iirr.vn facebook.com/iirr.com

Nước uống được sử dụng trong sinh hoạt, bao gồm tất cả các hoạt động có sử dụng nước trong gia đình cũng như cung cấp cho khu vực vệ sinh và nhà bếp trong văn phòng, trường học, bệnh viện và các khu vực khác. Ước tính mức sử dụng nước, lưu lượng và lưu trữ ..........

Sử dụng nước ............................................................................

Xác suất sử dụng ....................................................................

Cơ sở lý thuyết .......................................................................

Thiết lập các thủ tục thiết kế ..............................................

Các phương pháp đơn vị cố định .......................................

Ước tính

mức sử dụng nước, lưu lượng & lưu trữ

Hơn một nửa lượng nước uống cung cấp bởi các công ty cấp nước công cộng ở Vương quốc Anh được sử dụng trong các công trình thuộc nhiều loại khác nhau. Nước uống được sử dụng trong sinh hoạt, bao gồm tất cả các hoạt động có sử dụng nước trong gia đình cũng như cung cấp cho khu vực vệ sinh và nhà bếp trong văn phòng, trường học, bệnh viện và các khu vực khác. Kỹ sư thiết kế hạ tầng dịch vụ của tòa nhà yêu cầu lượng lớn thông tin về việc sử dụng nước. Mối quan tâm của họ là nhu cầu sử dụng trong các cấp công trình nói chung và từng công trình cụ thể nói riêng, theo yêu cầu của các hoạt động sử dụng nước khác nhau và với các mô hình sử dụng nước triển khai trong các tòa nhà để ở, tất cả đều với mục đích ước tính các yêu cầu lưu trữ nước và lưu lượng dòng chảy có khả năng phát sinh do việc sử dụng không liên tục nhiều thiết bị vệ sinh khác nhau.

06 Apartment

Nó đòi hỏi cả thông tin thực tế về việc sử dụng nước trong các tòa nhà để ở liên quan đến mục đích sử dụng của chính các tòa nhà và một cơ sở lý thuyết phù hợp với dữ liệu thu được cũng như một nguyên tắc thiết kế.

Các lý thuyết về xác suất và thống kê cung cấp khung cơ sở cần thiết cho quy trình phân tích và thiết kế trên lý thuyết, nhưng dữ liệu thực tế thích hợp về nhu cầu và mô hình sử dụng nước lại khó tổng hợp hơn nhiều.

Hoạt động thử nghiệm để cung cấp dữ liệu đó phải được lên kế hoạch cẩn thận và triển khai một cách triệt để để đạt được hiệu quả. Có thể cần phải theo dõi các đại lượng như tổng lượng nước cấp cho một tòa nhà và sự thay đổi của nó trong suốt cả ngày, biến số về lưu lượng chảy tại các đường ống nhánh trong mạng lưới, tần suất sử dụng các thiết bị vệ sinh và lượng nước thực tế xả ra cống.

Do đó, không có gì đáng ngạc nhiên khi các cuộc điều tra thử nghiệm trong lĩnh vực chung này rất ít và xa vời. Chúng hầu hết được thực hiện bởi các viện nghiên cứu quốc gia liên quan đến nghiên cứu xây dựng và các trường đại học. Do đó, các nhà thiết kế đã phải phải tận dụng nguồn thông tin thực tế rất hạn chế, sử dụng nó trong khuôn khổ lý thuyết hợp lý nhất có thể, và bù đắp cho việc thiếu dữ liệu đáng tin cậy bằng phán đoán về kỹ thuật.

Apartment 07

Bây giờ chúng ta chuyển sang một số dữ liệu thực tế mà liên quan đến việc ước tính lưu lượng. Bảng 1.1, 1.2 và hình 1.1 (DOE/WO1992), giả định tổng mức sử dụng ở Anh và xứ Wales là 13.000 ml/ngày, thông tin tổng kết không nhằm mục đích sử dụng trực tiếp cho việc thiết kế mà chỉ đưa ra các chỉ dẫn hữu ích. Do đó, lượng nước tiêu thụ để xả trong nhà vệ sinh, giặt giũ và tắm rửa trong các căn hộ cho thấy rằng những thiết bị này xứng đáng được quan tâm từ quan điểm sinh ra lượng tiêu thụ.

Nước xả ở bồn tiểu được xem là hoạt động tiêu thụ nước đáng kể trong thương mại và công nghiệp. Những thay đổi về lượng nước sử dụng, ví dụ như giảm dung tích bể chứa nước trong nhà vệ sinh sẽ ảnh hưởng đến bức tranh tổng thể theo thời gian - xem bảng 1.2. Vấn đề về tiết kiệm nước được đề cập trong chương 11 sẽ có thêm thông tin về việc sử dụng.

Bảng 1.1 Sử dụng nước tính theo tỷ lệ phần trăm tổng lượng sử dụng trong các ngành chính (dựa vào DOE/WO 1992)

Hoạt động

Gia dụng (55% tiêu dùng)

Thương mại và dịch vụ (15% tiêu dùng)

Xả WC Vệ sinh cá nhân Nấu ăn và uống Máy giặt Lau rửa Xả nước tiểu Dùng bên ngoài Việc khác

31 26 15 12 10 5 1

35 26 9 8 2 15 4 1

08 Apartment

Công và nông nghiệp (30% tiêu dùng) 5 1 13 2 17 62

Bảng 1.2 tiêu thụ nội địa từ các nghiên cứu ở Tây Nam nước Anh (Hall và đồng nghiệp 1988)

Hoạt động Xả WC Vệ sinh cá nhân Nấu ăn Tắm giặt Giặt là Chất thải Dùng bên ngoài Việc khác Tổng cộng

Tiêu dùng (lít/người/ngày) 1977 1985 32.5 32.6 35.9 41.1 5.0 5.0 12.4 14.0 13.4 18.2 0.1 0.3 5.1 9.1 5.6 11.3 110.0 131.6 Apartment 09

Từ quan điểm thiết kế, cần phải xem xét tiếp các hoạt động sử dụng nước và lượng nước tiêu thụ được phân phối như thế nào trong ngày. Rõ ràng là ảnh hưởng của việc sử dụng lượng lớn nước trong nhà vệ sinh có thể thay đổi tùy thuộc vào việc nó được phân bổ đều trong ngày hay tập trung vào một số thời gian cao điểm. Việc sử dụng nước để xả bồn cầu diễn ra thường xuyên trong ngày với chế độ xả nước tự động.

Những ví dụ đơn giản này nhằm minh họa tầm quan trọng của việc nắm được một số kiến thức về các mô hình hoạt động sử dụng nước trong các loại tòa nhà khác nhau.

Hình 1.1 ước tính tổng lượng nước sử dụng ở Anh và Wales

Dữ liệu về mảng này rất ít và có lẽ nghiên cứu quy mô nhất từ trước đến nay được thực hiện tại một khu căn hộ ở London, sử dụng thiết bị đo kiểm và bảng điều tra (Webster 1972). Hình 1.2 thể hiện dữ liệu giản lược thu được từ mô hình hoạt động sử dụng nước trong xuyên suốt một ngày thường nhật tại các căn hộ lớn. Trong nghiên cứu này, các hoạt động chính gồm giặt giũ, sử dụng nhà vệ sinh, nước uống và những hoạt động này luôn chiếm khoảng 80% tổng lượng sử dụng.

10 Apartment

Nói chung, có ba giai đoạn sử dụng chính của các thiết bị vệ sinh, trong các căn hộ lớn (hai hoặc ba phòng ngủ) mà các gia đình có người lớn trong độ tuổi lao động (khoảng 55% trong số đó có trẻ em), và cả trong những căn hộ nhỏ hơn (phòng ngủ đơn) phần lớn được sử dụng bởi người đã nghỉ hưu.

Bồn rửa mặt – nước nóng

20

10

0 WC

20

10

0

Các khoảng thời gian này là từ 06.00 đến 09.00; từ 17.00 đến 20.00; và từ 21.00 đến 24.00. Việc sử dụng bồn rửa được phân bổ đồng đều hơn trong ngày so với việc sử dụng bồn cầu và chậu rửa mặt. Cần lưu ý rằng những số liệu này liên quan đến việc sử dụng các cửa ra của nguồn nước, và nhiều trường hợp sử dụng sẽ không liên quan đến việc xả nước vào bồn rửa mặt hoặc chậu rửa bát mặc dù không có bằng chứng trực tiếp về vấn đề này. Việc sử dụng chậu rửa bát sẽ quan trọng hơn nếu cần ước tính lưu lượng nước trên hệ thống ống thải. Các vấn đề này, sẽ được thảo luận ở phần sau. Một điểm đáng lưu ý nhưng không được biểu diễn trong các biểu đồ này là kết quả từ bảng hỏi cho thấy, trong nghiên cứu này, việc tắm rửa diễn ra đều đặn xuyên suốt tuần và không có bằng chứng cho thấy bồn tắm được sử dụng nhiều vào một thời điểm nhất định nào đó.

Chậu rửa bát – nước lạnh

20

10

0 Giờ (h)

Chú ý: Kết quả số lần sử dụng trung bình mỗi giờ dưới dạng phần trăm số lần sử dụng trong ngày

Hình 1.2: Ví dụ lượng nước trung bình mỗi ngày sử dụng trong các căn hộ Apartment 11

Gần đây hơn, một nghiên cứu ghi chép toàn bộ các hoạt động quy mô nhỏ đã được thực hiện bởi Butler (1991) với 28 hộ gia đình có từ 1 đến 5 người sống trong những ngôi nhà đơn lẻ ở phía đông nam nước Anh. Nghiên cứu này có 50% nội dung quản lý / chuyên môn so với tỷ lệ khảo sát thuộc cùng nhóm trên toàn quốc là 15%. Tất cả đều có thể sử dụng nhà vệ sinh, bồn rửa mặt, chậu rửa bát và bồn tắm, với các thiết bị có sẵn khác ở mức độ thấp hơn.

Nghiên cứu được thực hiện trong bảy ngày liên tục vào giữa tháng 12 năm 1987, kết quả cho thấy các thiết bị được sử dụng thường xuyên nhất vào giờ cao điểm buổi sáng các ngày trong tuần khoảng từ 07.30 ± 08.30.

Bồn rửa mặt và nhà vệ sinh được sử dụng nhiều nhất trong khoảng thời gian này, việc sử dụng chậu rửa bát được phân bổ đồng đều hơn trong ngày. Nhìn chung, việc sử dụng được phân bổ đồng đều và ít phức tạp hơn vào cuối tuần. Do đó, dữ liệu mức sử dụng cao điểm trong ngày thường nên tiếp tục được sử dụng trong thiết kế thực tế. Bảng 1.3 tóm tắt các thông số chính thu được về mức độ sử dụng của mỗi ngôi nhà (Butler 1993).

12 Apartment

Phân tích đã đi sâu hơn và xem xét ảnh hưởng của số lượng người cư ngụ tới mức sử dụng. Đối với nhà vệ sinh, chậu rửa bát, bồn rửa mặt, bồn tắm và máy giặt thì tần suất sử dụng - số lần sử dụng/hộ gia đình/ngày - tỷ lệ thuận với số người ở. Dữ liệu cho toàn bộ nghiên cứu đã được làm mịn và vẽ đồ thị trên cơ sở bình quân đầu người trong hình 1.3, cho thấy tầm quan trọng của cao điểm sử dụng buổi sáng và cung cấp thông tin dựa trên cơ sở này để áp dụng trong thực tế (nhân các giá trị tần số với 0,06 để thu được tần suất/đầu người/giờ).

Hình 1.3 Mức sử dụng nước từ một nghiên cứu trong 28 hộ gia đình

Bảng 1.3 Tần suất sử dụng các ngày trong tuần của thiết bị trên mỗi ngôi nhà (Butler 1993)

Thiết bị WC Bồn rửa mặt Bồn tắm Vòi hoa sen Bồn rửa Máy giặt

Tần suất sử dụng mỗi nhà Trung bình Cao điểm 0.42 1.20 0.38 1.53 0.026 0.14 0.035 0.32 0.22 0.76 0.018 0.03 Apartment 13

Để so sánh, tác giả lưu ý rằng thông số cao nhất thu được với bồn cầu từ hình 1.3 lên tới 0,45 lần sử dụng/đầu người/giờ, ít hơn một chút so với suy luận từ dữ liệu của Webster (0,59 lần sử dụng/đầu người/giờ).

Ví dụ, sự khác biệt có thể là do thử nghiệm trên các nhóm xã hội khác nhau và sự khác biệt địa lý - một dãy nhà riêng lẻ so với một khu căn hộ. Ông cũng lưu ý rằng có sự thiết nhất quán rõ ràng trong việc sử dụng nước nóng được báo cáo trong nghiên cứu của Webster (1972), điều này cho thấy rằng số liệu sử dụng nước nóng có thể quá cao.

14 Apartment

Sử dụng phương pháp của Butler, Gatt (1993) đã đưa ra một nghiên cứu về 51 hộ gia đình ở Malta, cung cấp dữ liệu phong phú về vấn đề được nêu ở trên.

Gatt thu được thông số là 0,39 lượt sử dụng/đầu người/giờ tại cao điểm sử dụng trong ngày thường đối với bồn cầu - so với các thông số trước.

Vào những năm 1990, các thử nghiệm mở rộng đã được thực hiện bởi T.P. Konen và cộng sự tại Viện Stevens ở New Jersey, S. Murakama và cộng sự tại Đại học Hiroshima, và F. Kiya tại Viện Công nghệ Tokyo.

Apartment 15

Xác suất sử dụng

Các giá trị xác suất của một thiết bị cấp nước đang được sử dụng là cần thiết cho các phân tích sẽ được đề cập ở sau. Xác suất này có thể được biểu diễn bằng thời gian sử dụng trung bình của một thiết bị cấp nước tương quan với khoảng thời gian trung bình giữa các lần sử dụng trên giai đoạn mà thiết bị cấp nước liên tục được sử dụng ngẫu nhiên.

16 Apartment

Nói cách khác, xác suất thiết bị cấp nước được mở ở bất cứ thời điểm nào được tính bởi tỷ số t/T, trong đó t là thời gian trung bình mà một thiết bị cấp nước được mở và T là khoảng thời gian trung bình giữa các lần sử dụng. Trong nghiên cứu này, xác suất được thiết lập bằng cách xác định tỷ lệ trung bình mà các thiết bị cấp nước riêng lẻ được sử dụng trong mỗi giờ.

Các đường cong theo ngày trong biểu đồ thu được bằng cách này có dạng chung giống như các đường liên quan đến hoạt động sử dụng nước (hình 1.2). Nếu thiết bị không được sử dụng trong khoảng thời gian dài trong một ngày, giá trị xác suất sử dụng thiết bị là không cao; trong thời gian sử dụng chủ yếu, giá trị xác suất cao hơn sẽ xuất hiện.

Ví dụ, xác suất trung bình cao nhất được báo cáo đối với bồn cầu cho các căn hộ lớn trong nghiên cứu này là khoảng 0,05 trong một giờ trong thời gian cao điểm buổi sáng. Điều này có nghĩa là van phao của bồn cầu đã mở trong 0,05 giờ được đề cập, tức là trong khoảng 3 phút.

Bảng 1.4: Các ví dụ về xác xuất tối đa theo giờ với các điểm cấp nước Ngày trong tuần Xác Chu suất tối kì đa (Giờ)

Thứ bảy Xác suất tối đa

Chu kì (Giờ)

Chủ nhật Xác suất tối đa

Chu kì (Giờ)

WC Chậu rửa (L) Chậu rửa (N) Bồn rửa (L) Bồn rửa (N) Bồn tắm (L) Bồn tắm (N)

0.0155 0.0085 0.0038 0.0034 0.0154 0.0017 0.0059

7-8 8-9 8-9 9-10 17-18 7-8 16-17

0.0133 0.0142 0.0039 0.0055 0.0136 0.0041 0.0427

7-8 14-15 9-10 8-9 8-9 14-15 14-15

0.0116 0.0080 0.0037 0.0152 0.0179 0.0020 0.0042

10-11 8-10 8-9 10-11 10-11 13-14 13-14

Căn hộ lớn, 3.2 người cư trú trung bình

WC Chậu rửa (L) Chậu rửa (N) Bồn rửa (L) Bồn rửa (N) Bồn tắm (L) Bồn tắm (N)

0.0501 0.0076 0.0108 0.0258 0.0342 0.0030 0.0068

7-8 7-8 7-8 17-18 18-19 18-19 22-23

0.0417 0.0050 0.0080 0.0329 0.0310 0.0038 0.0142

8-9 9-10 7-8 10-11 9-10 9-10 11-12

0.0443 0.0053 0.0085 0.0441 0.0415 0.0035 0.0125

10-11 9-10 9-10 11-12 10-11 10-11 14-15

Khu bệnh viện

Chậu rửa (L) Chậu rửa (N)

0.031 0.042

Toà nhà văn phòng 50 nam, 4 WCs 50 nữ, 6 WCs

WC (Nam)

Trung bình khoảng thời gian giữa các lần sử dụng: 1200s Thời gian 9-12h Xác suất dựa trên thời gian dòng chảy 75s: 0.0625 Trung bình khoảng thời gian giữa các lần sử dụng: 600s Thời gian 11-12h Xác suất dựa trên thời gian dòng chảy 75s: 0.125

Nơi cấp

Điểm cấp nước

Căn hộ nhỏ,1.5 người cư trú trung bình

WC (Nữ)

15

Phạm vi nghiên cứu 6 WC nữ

10 5 0 Phạm vi nghiên cứu 4 WC nữ

15 10 5 0

Chú ý: kết quả phần trăm phạm vi sử dụng trong ngày

Hình 1.4: Ví dụ sử dụng nước trong văn phòng

Bảng 1.4 trình bày tóm tắt thông tin về xác suất từ nghiên cứu này cùng với một số dữ liệu khác đã được truy vết trong tài liệu (Crisp và Sobolev 1959, HERU 1961). Hình 1.4 minh họa sự phân bố sử dụng trong ngày phục vụ nghiên cứu tòa nhà văn phòng cho ra dữ liệu cho bảng 1.4.

Apartment 17

Trong khi các dữ liệu ở trên liên quan đến các thiết bị cấp nước và có thể áp dụng cho thiết kế hệ thống cấp nước thì thiết kế hệ thống nước thải nhà vệ sinh và các hệ thống thoát nước thải khác cần các giá trị xác suất liên quan đến dòng chảy ra từ các thiết bị vệ sinh. Dữ liệu ban đầu (bảng 1.5) được xác định trong các nghiên cứu tại các căn hộ và nhà ở của chính quyền địa phương (Wise và Croft 1954).

Các nghiên cứu đã được sử dụng rộng rãi này cho ra xác suất mỗi giờ cao nhất trong giờ cao điểm sử dụng vào buổi sáng được nêu trong bảng 1.5. Giá trị xác suất với bồn rửa mặt bao gồm các trường hợp khi nó được đổ đầy và xả nhưng không bao gồm các trường hợp khi vòi được mở và không bị bịt. Giá trị của chậu rửa bao gồm các trường hợp khi một bát hoặc xô nước bị đổ đi lãng phí.

Thời gian xả, t(s) WC Chậu rửa Bồn rửa

5 10 25

Khoảng giữa những lần xả, T(s) 1140 1500 1500

p = t/T 0.0044 0.0067 0.0167

Bảng 1.5 Xác suất giờ tối đa cho việc xả nước trong tiêu dùng

18 Apartment

Cần xem xét liệu thông tin mới nhất về các thiết bị cấp nước có liên quan theo bất kỳ cách nào với các số liệu trong Bảng 1.4 hay không, để hỗ trợ và khuếch đại chúng hoặc cho thấy những thay đổi trong mô hình sinh hoạt. Từ nghiên cứu nguồn cấp nước, giá trị 0,05 có thể được coi là hợp lý (bảng 1.4) cho xác suất sử dụng nhà vệ sinh với điều kiện sinh hoạt trong thời gian sử dụng chủ yếu.

Như đã đề cập ở trên, điều này liên quan tới van phao ở dòng chảy vào và do đó, liên quan đến thiết kế của hệ thống cấp nước. Tuy nhiên, đối với hệ thống thoát nước và rác thải, đại lượng liên quan là xác suất liên quan tới dòng chảy ra khỏi bồn cầu.

Giá trị này nhỏ hơn giá trị liên quan tới van phao ở dòng chảy vào, tương ứng với thời gian dòng chảy thực tế.

Apartment 19

Để chuyển đổi thành xác suất dòng chảy ra, cần phải biết cả thời gian dòng vào và thời gian dòng ra. Nghiên cứu đã cho thấy, thời gian dòng chảy vào ở các bồn cầu kéo dài chủ yếu là từ 60 đến 120 giây, vượt quá 75 giây trong 90% thời gian. Lấy 75 giây làm cơ sở tính toán và giả sử rằng thời lượng dòng chảy ra từ bồn cầu là 5 giây, có thể thấy rằng xác suất liên quan đến dòng chảy ra là 5/75 hoặc 1/15 so với xác suất liên quan đến dòng chảy vào, tức là 1/15 của 0,05 hoặc 0,0033.

WC

Chậu rửa

Khả năng cung cấp

0.05

0.009

Thời gian nước chảy tại một hoặc nhiều điểm cấp nước

75

12

Thời gian xả từ một hoặc nhiều thiết bị

5

10

Hệ số chuyển đổi

5/75

10/12

Xả suất cấp nước nhân hệ số chuyển đổi

0.0033

0.0075

Xác suất xả nước (bảng 1.5)

0.0044

0.0067

Bảng 1.6 Chuyển đổi xác suất nguồn cung thành xác suất xả 20 Apartment

Trình tự tính toán này được đưa ra trong bảng 1.6 cũng cho ra kết quả tương tự đối với bồn rửa mặt.

Trong trường hợp thứ hai, việc chuyển đổi có nhiều nghi vấn hơn bởi đối với dữ liệu dòng chảy vào, không có phương tiện nào để xác minh liệu nguồn cấp nước đã được sử dụng để đổ đầy bồn rửa hay xả thẳng xuống cống. Trong trường hợp thứ hai, xác suất dòng ra và dòng vào sẽ ít nhiều giống nhau.

Bảng 1.6 đưa ra các đánh giá dự kiến cùng thứ tự với các giá trị xác suất đã được xác định trước đó và cũng được liệt kê trong bảng 1.6.

Các quan sát về thông số xả thải trên 28 hộ gia đình được Butler (1991) ghi nhận trong nghiên cứu của mình.

Apartment 21

Dữ liệu về tòa nhà văn phòng trong Bảng 1.4 cũng có thể được sử dụng để giải thích cho việc xả thải. Giả sử thời gian xả là 5 giây đối với bồn cầu và khoảng thời gian giữa các lần sử dụng đã đề cập, xác suất dòng chảy ra đối với bồn cầu cho nam là 0,0042 và đối với nữ là 0,0083.

Những dữ liệu này liên quan đến quần thể nghiên cứu 50 người trên mỗi khoảng. Các khuyến cáo của bộ luật có thể cho phép quần thể nghiên cứu lớn hơn đối với các khoảng có kích thước này. Ví dụ, đối với quần thể 75 người, tần số và xác suất đối với cả nhu cầu và xả thải thường cao hơn.

Không có sẵn dữ liệu nghiên cứu dành với bồn rửa nhưng có thể giả định rằng chúng sẽ được sử dụng cùng tần suất với nhà vệ sinh mặc dù không phải lúc nào người ta cũng rửa tay sau khi sử dụng nhà vệ sinh và người ta thường rửa với dòng nước chảy từ vòi chứ không phải đợi nước đầy bồn rồi rửa.

22 Apartment

Aximperiaes

NE

Để phục vụ mục đích soạn thảo bộ quy tắc và tiêu chuẩn hóa, cần làm gọn dữ liệu sử dụng xuống dạng đơn giản nhất có thể và cung cấp cho nhà thiết kế hướng dẫn thích hợp về ứng dụng của họ. Dữ liệu trước đó (bảng 1.5) đã được sử dụng rộng rãi như một hướng dẫn về khoảng thời gian giữa các lần sử dụng và do đó cũng sử dụng làm hướng dẫn về xác suất sử dụng trong sinh hoạt. Khoảng thời gian giữa các lần sử dụng cho ba thiết bị được liệt kê là khoảng 1200 giây (20 phút) và con số sau thường được coi là giá trị phù hợp với các hệ thống lắp đặt trong nhà cho cả nguồn cấp và nguồn xả. Tuy nhiên, với các văn phòng và nhà máy, nước có thể sẽ được sử dụng nhiều hơn và trường hợp cực đoan có thể xảy ra khi bồn cầu được xả nước thường xuyên ngay khi bể bồn cầu đầy với tần suất ít nhất 120 giây. Mặc dù còn thiếu dữ liệu như đã được giải thích nhưng kinh nghiệm cho thấy tần suất này khó xảy ra trong thực tế. Thay vào đó, hệ số 300 giây thường được giả định là khoảng thời gian đại diện cho thời gian sử dụng “cao điểm” hoặc “tắc nghẽn”, với 600 giây cho mục đích sử dụng “công cộng” hoặc “thương mại” và các giá trị này được sử dụng sau đó. Sau đó, các nhà thiết kế sử dụng kinh nghiệm của họ và dữ liệu được công bố để chọn mức xác suất hợp lý cho các tình huống cụ thể.

Apartment 23

Cơ sở lý thuyết Nếu tất cả các thiết bị có sẵn trong một tòa nhà được sử dụng cùng lúc thì việc thiết kế các hệ thống cấp và xả nước thỏa đáng sẽ chỉ là vấn đề về thủy động lực học. Giả thuyết này được coi là xa rời thực tiễn; các hoạt động sử dụng nước được phân bổ suốt cả ngày và xác suất mà bất kỳ thiết bị nào trong tòa nhà được sử dụng tại mọi thời điểm là rất nhỏ.

Do đó, phải tìm ra cách thức để xác định tổ hợp thiết bị nào có thể được sử dụng cùng lúc một cách hợp lý để làm cơ sở cho việc thiết kế hoặc thử nghiệm việc lắp đặt hệ thống cấp nước hoặc thoát nước thải. Với dữ liệu đầu tiên, mối quan tâm nằm ở các điểm cấp nước tại các thiết bị; đối với dữ liệu thứ hai, mối quan tâm tập trung vào việc xả nước từ các thiết bị mà xác suất xảy ra có thể khác với xác suất của nguồn cấp như đã thấy. Khi lưu lượng đã được ước tính, các quy trình thông thường của thủy động lực học có thể được sử dụng để hoàn thành việc xác định kích cỡ lắp đặt.

24 Apartment

Cơ sở cho phương pháp được sử dụng thuộc lý thuyết thống kê và đã được áp dụng để giải quyết các vấn đề tương tự về nguyên lý trong nhiều ngành. Hunter (1940) là một trong những người đầu tiên áp dụng phương pháp thống kê vào việc thiết kế các hạ tầng cấp nước trong các tòa nhà. Wise và Croft (1954) đã đưa ra cách tiếp cận tương tự trong nghiên cứu về thiết kế hệ thống thoát nước thải, từ đó phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi và tiếp tục được cải tiến và phát triển.

Apartment 25

Ý tưởng về xác suất liên quan đến việc sử dụng các thiết bị vệ sinh đã được giới thiệu trước đó. Các hệ thống được xem xét cung cấp cho nhiều thiết bị được phân bổ trong một tòa nhà và được sử dụng độc lập với nhau dù ít hay nhiều. Nếu trung bình một thiết bị bất kỳ được sử dụng trong khoảng thời gian t giây sau mỗi T giây, thì xác suất p để thiết bị đó được sử dụng tại bất kỳ thời điểm nào được tính là p=t/T.

Thiết bị không được sử dụng trong thời gian (T-t) sau mỗi T giây và xác suất mà thiết bị đó không được sử dụng sẽ là (T-t)/T, tức là (1-t/T) hoặc (1-p). Ví dụ, trong phần trước, xác suất cao nhất để có một nhà vệ sinh đang xả nước được đưa ra là 0,0044; xác suất mà nó không xả nước sẽ lớn hơn nhiều là 0,9956. Nói cách khác, trung bình mỗi bồn cầu không xả vào hệ thống thoát nước thải trong 99,56% thời gian trong thời gian sử dụng cao điểm.

Trong đó dấu ! biểu thị giai thừa và n!=n (n-1) (n-2). . .

26 Apartment

Xác suất mà có nhiều thiết bị khác nhau thuộc cùng loại xác định được sử dụng đồng thời hoặc không được sử dụng là tích của các xác suất riêng lẻ. Do đó, xác suất tìm thấy hai thiết bị cùng loại bất kỳ được sử dụng cùng lúc sẽ là p2, ba thiết bị sẽ là p3, v.v. Khi tính toán xác suất một số thiết bị nhất định được sử dụng và không có thiết bị nào khác sẽ được sử dụng sẽ phải tính đến cả xác suất của thiết bị đang được sử dụng và thiết bị không được sử dụng. Hơn nữa, cần phải tính đến mọi tổ hợp thiết bị có thể trong việc ước tính lưu lượng; ví dụ, nếu có ba thiết bị A, B và C thì A cùng B, A cùng C và B cùng C là tất cả các tổ hợp có thể có. Những cân nhắc này dẫn đến định lý nhị thức biểu thị xác suất P của việc tìm thấy bất kỳ số r thiết bị nào đang được sử dụng trong tổng số n của cùng một loại thiết bị:

Trong đó n: tổng số tổ hợp thiết bị r: tổ hợp thiết bị được sử dụng tại một thời điểm * Phương trình này rút gọn thành một biểu thức đơn giản hơn nhờ phân phối Poisson khi xác suất có giá trị nhỏ như đối với nhiều tình huống thực tế đang được xem xét:

Trong đó e: cơ số của lôgarit tự nhiên và bằng 2,7183 ε = np Bảng 1.7 đưa ra một số ví dụ về xác suất được tính từ hai biểu thức (phân phối Poisson trong ngoặc đơn). Phân phối Poisson đơn giản có thể hữu ích cho việc kiểm tra sơ bộ một vấn đề.

Bảng 1.7 Ví dụ về khả năng đã được tính toán Khả năng tìm r thiết bị xả nước trong 10 thiết bị

WC Chậu rửa Bồn rửa

r=0

r=1

r=2

0.956 (0.956) 0.934 (0.935) 0.845 (0.846)

0.0425 (0.0421) 0.0630 (0.0628) 0.143 (0.141)

0.000841 (0.000926) 0.00191 (0.00210) 0.0110 (0.0118)

Apartment 27

Phương trình (1.1) cung cấp một công cụ cơ bản để thiết kế sơ bộ và kiểm tra lưu lượng cho việc lắp đặt đường ống cấp nước hoặc thoát nước thải. Quy trình là ước tính xác suất tối thiểu có một, hai, ba hoặc nhiều hơn số thiết bị được sử dụng cùng một lúc và so sánh kết quả với một số tiêu chí, tiêu chuẩn hoặc dịch vụ đã thỏa thuận. Để minh họa, hãy xem xét một nhóm gồm 10 chậu rửa trong một tòa nhà cần ước tính lưu lượng thiết kế. Các mục trong bảng 1.7 cung cấp thông tin cần thiết.

Xác suất có một hoặc nhiều hơn số chậu rửa được sử dụng đồng thời xác định bởi biểu thức (0,141+0,0118+...)+0,1534 ... và ví dụ tổng thể các xác suất là: r = 0 . . . 10 P = 1.00 r = 1 . . . 10 P = 0.1534 r = 2 . . . 10 P = 0.0124 r = 3 . . . 10 P = 0.00068 r = 4 . . . 10 P = 0.00002 etc.

Với nhiều hơn hai hoặc ba tổ hợp, xác suất là rất nhỏ. Trong thực tế, thông thường tiêu chí hoặc tiêu chuẩn dịch vụ thường lấy giá trị 0,01; nói cách khác, tải trọng thực tế chỉ được vượt quá tải trọng thiết kế tối đa 1%. Trên cơ sở này, tải trọng thiết kế trong ví dụ trên sẽ là hai chậu rửa bất kỳ kết hợp với nhau, vì xác suất ba chậu rửa được sử dụng đồng thời là nhỏ hơn 0,01. Nói chung, những cân nhắc này đối với điểm thiết kế đề xuất được thể hiện bằng công thức:

28 Apartment

trong đó ∑ đại diện cho tổng các số hạng như đã chỉ ra ở trên. Quy trình này là cơ sở của bảng 4.2 trong chương 4, dĩ nhiên, có thể được mở rộng cho số lượng thiết bị lớn hơn nếu được yêu cầu.

Nếu cần, các kết quả này có thể được biểu thị dưới dạng tốc độ dòng chảy bằng cách nhân số lượng thiết bị đã tính với tốc độ dòng chảy phù hợp với từng thiết bị, kể cả tốc độ cấp hoặc xả nước, tùy thuộc vào vấn đề đang xem xét. Hình 1.5 là một ví dụ về xả nước trong sinh hoạt dựa trên tốc độ dòng chảy riêng lẻ trong bảng 1.8, trong đó các đường cong được tạo ra bằng cách làm tròn và làm mịn các kết quả tính toán.

Apartment 29

Thiết lập các thủ tục thiết kế Các phần trên tập trung vào các nhóm thiết bị riêng biệt thuộc cùng một loại, nhưng trên thực tế, các hệ thống đường ống thường được sử dụng cho nhiều loại thiết bị khác nhau. Phương pháp đưa ra ở trên không tính đến xác suất xảy ra, hay đúng hơn là xác suất không xảy ra, của việc chồng chéo giữa các loại thiết bị khác nhau trong một hệ thống hỗn hợp và do đó có xu hướng thiết kế quá mức.

Hunter (1940) lần đầu tiên nhận ra sự lỗ hổng này khi ước tính lưu lượng nước cấp cho các tòa nhà lớn và cố gắng khắc phục nó bằng cách gán một “hiệu chỉnh bù” hoặc “đơn vị cố định” cho từng loại thiết bị như một biểu thức về xu hướng sinh ra lưu lượng. Cách tiếp cận của ông đã được sử dụng rộng rãi và cũng đã được áp dụng cho thiết kế đường ống thoát nước thải nhà vệ sinh và các hệ thống thoát nước thải khác. Một số hướng tiếp cận như vậy đã được đề xuất trong nhiều năm, ví dụ: Griffiths (1962), Burberry và Griffiths (1962).

30 Apartment

Gần đây, một ứng dụng nghiêm ngặt của phân bố nhị thức tổng quát để thiết kế các hệ thống cấp nước cho một khu căn hộ đã được thử nghiệm. Ứng dụng này đòi hỏi một biểu thức phức tạp hơn phương trình (1.1) mà trong đó trực tiếp tính đến các xác suất riêng lẻ khác nhau của các thiết bị khác nhau. Nghiên cứu sâu hơn về những dòng này được đánh giá cao vì nghiên cứu đã được đề cập đến cho thấy phương pháp này hỗ trợ việc tối ưu chi phí trong thiết kế tốt hơn các phương pháp xử lý thông thường.

Apartment 31

Các phương pháp đơn vị cố định Trước tiên, hãy xem xét cách tiếp cận đơn vị cố định đã được thiết lập tốt và đã được sử dụng trong các tiêu chuẩn khác nhau. Điều này dựa trên thực tế là một lưu lượng tải nhất định có thể được tạo ra bởi số lượng thiết bị khác nhau tùy thuộc vào đặc tính của chúng.

Do đó, hình 1.5 cho thấy lưu lượng nước sinh hoạt được xả xuống cống là 10 l/s có khả năng được tạo ra bởi khoảng 160 bồn cầu (13 lít) hoặc 270 chậu rửa; 131 là truyền thống ở Scotland và được lấy làm ví dụ.

20

Tốc độ dòng chảy (l/s)

Bồn cầu 13 lít 15

Bồn cầu 9 lít Chậu rửa bát

10

Bồn rửa mặt

5

0

100

200

300

400

500

Tổng số thiết bị

Hình 1.5 Xả cho một số thiết bị với tiêu chí xác suất là 0,01Sử dụng nội địa

Do đó, lượng tải tương đối của các thiết bị này là:

32 Apartment

:

Giả sử rằng một bồn cầu 13 lít được gán giá trị là 10 biểu thị kết quả lưu lượng của nó. Từ đó tính ra bồn rửa có giá trị là 5,9 tương ứng với giá trị của bồn cầu tức 10x160/270. Chúng ta có thể nói rằng lưu lượng 10 l/s là kết quả của 160 bồn cầu với mỗi bồn cầu có giá trị là 10 hoặc 270 chậu rửa với mỗi chậu có giá trị là 5,9. Ý tưởng này là cơ sở của phương pháp “đơn vị cố định”, các phần thiết yếu của nó là (i) - một tập hợp các đơn vị được lựa chọn cẩn thận để thể hiện tác động tạo ra lưu lượng tải của các thiết bị khác nhau được sử dụng ở các tần suất khác nhau và (ii) mối quan hệ giữa tốc độ dòng chảy và tổng lưu lượng tải của thiết bị được biểu thị theo các đơn vị này. Hai thành phần của phương pháp có quan hệ mật thiết với nhau.

Cấp nước

Xả nước

Thiết bị

Khoảng thời gian giữa những lần dùng (s)

Tốc độ Đơn vị cần dòng chảy (1/s)

Tốc độ xả Đơn vị xả (1/s)

Bồn cầu xả thẳng

1200

0.11

0.9

2.3

7(10)

Bể xả 9 lít

600

0.11

8-9

2.3

14(20)

Nguồn cấp 12mm (13 lít)

300

0.11

8-10

2.3

28(40)

Bồn rửa mặt

1200

0.15

9-10

0.6

1

Nguồn cấp 12mm, nóng hoặc lạnh

600

0.15

17-18

0.6

3

Siphon 30mm

300

0.15

7-8

0.6

6

Bồn tắm

4500

0.30

16-17

1.1

7

Nguồn cấp 18mm, nóng hoặc lanh, siphon 40mm

1800

0.30

7-8

1.1

18

Chậu rửa

1200

0.30

7-8

0.9

6

Nguồn cấp 18mm, nóng hoặc lạnh

600

0.30

7-8

0.9

14

Siphon 40mm

300

0.30

17-18

0.9

27

Nhóm – bồn cầu, bồn tắm và/hoặc vòi sen, bồn rửa sinh hoạt*

-

-

-

-

14

Bồn tiểu

1200

0.004

-

0.15

0.3

Vòi sen

-

0.1

-

0.1

-

Vòi xịt

-

0.05

-

-

Bảng 1.8 đưa ra các giá trị đơn vị cấp và xả nước cho các thiết bị thường được sử dụng và cả các giá trị tốc độ cấp và xả nước của các thiết bị riêng lẻ được sử dụng để tạo thành các đường cong cơ bản như trong hình 1.5.

Apartment 33

Các đơn vị này liên quan đến khoảng thời gian giữa các lần sử dụng đã nêu trong các đoạn trước, sử dụng các số liệu bổ sung cho bồn tắm làm hướng dẫn. Bảng 1.9 đưa ra các ví dụ về tổng đơn vị xả cho các dòng chảy nhất định. Các số liệu cho thiết bị sử dụng trong sinh hoạt được lấy từ hình 1.5. Do đó, một dòng chảy 10 l/s được tạo ra như đã thấy bởi 160 bồn cầu loại 13 lít hoặc 270 bồn rửa, trong mỗi trường hợp có tổng cộng 1600 đơn vị xả.

Các đường cong tương tự cung cấp dữ liệu cho họat động sử dụng công cộng/ thương mại. Từ các dữ liệu trong bảng 1.9 ta vẽ được các đường cong đồ thị trong hình 1.6. Hình 1.7 đưa ra các đường cong được làm mịn dựa trên cơ sở này. bồn rửa

20

15

bồn cầu 13 lít

10

5

0

2000

4000

6000

Hình 1.6 Tốc độ dòng chảy tương quan với tổng đơn vị xả

Để xác định lưu lượng thiết kế cho một đường ống, quy trình là liệt kê các thiết bị vệ sinh được kết nối với nó và giá trị đơn vị của chúng cho dù là cấp hay xả, sau đó tính toán tổng lưu lượng tải cho tất cả các thiết bị này.

34 Apartment

Tham chiếu Hình 1.7, từ đó cho phép dòng chảy theo thiết kế được hoạt động. Nếu các thiết bị như vòi hoa sen và vòi chậu rửa được sử dụng không thường xuyên với tốc độ dòng chảy thấp, có thể thêm lưu lượng trực tiếp vào tốc độ dòng chảy từ hình 1.7 hoặc thực hiện đánh giá nhu cầu riêng biệt. Tất nhiên, có nhiều điều phải cân nhắc khi đánh giá khả năng sử dụng đồng thời nhiều thiết bị khi thực hiện công việc thiết kế.

Hình 1.7 Đường cong cấp và xả nước tương quan với bảng 1.8 và 1.10 Ví dụ, thông tin nêu trong các đoạn trước chỉ ra rằng thời điểm sử dụng bồn tắm có khả năng không trùng với thời điểm sử dụng bồn cầu, bồn rửa mặt và chậu rửa trong cao điểm sử dụng vào buổi sáng. Do đó, khi đánh giá lưu lượng tải tương ứng với thời gian cao điểm buổi sáng, việc sử dụng bồn tắm một cách hợp lý có thể bị bỏ qua. Đây là cơ sở cho giá trị đơn vị xả được đề xuất cho một nhóm thiết bị bồn cầu, bồn rửa mặt, bồn tắm và chậu rửa - trong bảng 1.8.

Bảng 1.9 Ví dụ về tổng đơn vị xả đối với mỗi dòng chảy Dòng chảy (l/s) Trong sinh hoạt 5 10 15 20 Trong công cộng/ thương mại 5 10 15 20

Bồn cầu 13 lít

Chậu rửa

Số lượng

Đơn vị xả

Số lượng

Đơn vị xả

35 160 330 530

350 1600 3300 5300

70 270 490 730

420 1600 2900 4400

15 85

300 1700 3400

260

-

-

Apartment 35

36 Apartment

Apartment 37

38 Apartment

Apartment 39

Biên tập bởi