Cách chọn công suất máy bơm chữa cháy theo lưu lượng và cột áp

“Nhà xưởng 2.000 m² thì dùng bơm bao nhiêu kW?” là câu hỏi đội kỹ thuật nhận được gần như mỗi ngày. Thực tế, công suất máy bơm chữa cháy không suy ra từ diện tích, mà được tính từ lưu lượng nước cần cấp, cột áp cần đạt và hiệu suất của bơm. Chọn bơm nhỏ thì không đủ nước, đủ áp khi có cháy; chọn quá lớn thì tốn chi phí, áp lực vượt giới hạn thiết bị. Bài viết giải thích từng thông số, công thức tính công suất máy bơm chữa cháy, một ví dụ tính cụ thể và những sai lầm thường gặp khi chọn bơm.

Công suất máy bơm chữa cháy phụ thuộc vào những gì?

Công suất máy bơm chữa cháy là công suất động cơ cần có để bơm đưa đủ lưu lượng nước lên đến điểm xa nhất, cao nhất của hệ thống với áp lực yêu cầu. Bốn thông số quyết định gồm:

• Lưu lượng (Q): lượng nước hệ thống cần trong một đơn vị thời gian, đơn vị l/s hoặc m³/h.
• Cột áp (H): độ cao tương đương mà bơm phải đẩy nước lên, đơn vị mét cột nước (m). 1 bar xấp xỉ 10,2 m cột nước.
• Hiệu suất bơm (η): tỷ lệ năng lượng động cơ chuyển thành năng lượng cho dòng nước, lấy theo đường đặc tính của từng model.
• Hệ số dự phòng động cơ (k): phần công suất dư để động cơ không làm việc quá tải.

Hai bơm có cùng công suất máy bơm chữa cháy vẫn có thể cho lưu lượng và cột áp rất khác nhau. Vì vậy, khi đặt mua, luôn ghi rõ Q và H thay vì chỉ ghi số kW.

Bước 1: Xác định lưu lượng chữa cháy cần thiết

Thông số đầu tiên của công suất máy bơm chữa cháy là lưu lượng. Lưu lượng là tổng lượng nước của các hệ thống được thiết kế hoạt động đồng thời khi có cháy. Tùy công trình, có thể gồm:

• Hệ thống họng nước chữa cháy vách tường: số họng hoạt động đồng thời nhân với lưu lượng mỗi họng, theo quy chuẩn và công năng công trình.
• Hệ thống sprinkler: cường độ phun nhân với diện tích tính toán, theo nhóm nguy cơ cháy của khu vực.
• Họng nước ngoài nhà, màn ngăn cháy nếu dùng chung trạm bơm.

Các giá trị này lấy từ quy chuẩn QCVN 06:2022/BXD và tiêu chuẩn chuyên ngành cho từng hệ thống, nên phải do kỹ sư thiết kế xác định. Với hệ sprinkler, cách tính lưu lượng được trình bày trong bài tính toán đầu phun sprinkler.

Sai số ở bước này kéo theo sai toàn bộ công suất máy bơm chữa cháy, vì công suất tỷ lệ thuận với lưu lượng.

Bước 2: Xác định cột áp yêu cầu

Thông số thứ hai quyết định công suất máy bơm chữa cháy là cột áp. Cột áp H mà bơm cần tạo ra là tổng của ba thành phần:

1. Chiều cao hình học: chênh cao từ mực nước thấp nhất trong bể đến thiết bị chữa cháy cao nhất hoặc bất lợi nhất.
2. Tổn thất áp lực trên đường ống: gồm tổn thất dọc đường ống thẳng và tổn thất cục bộ qua van, co, tê, lọc, van báo động.
3. Áp lực yêu cầu tại thiết bị cuối: áp lực cần có tại lăng phun hoặc đầu phun bất lợi nhất để đạt lưu lượng thiết kế.

H = H hình học + H tổn thất + H yêu cầu tại thiết bị

Công trình càng cao, đường ống càng dài và nhiều phụ kiện thì cột áp càng lớn, kéo theo công suất máy bơm chữa cháy tăng. Đây là lý do hai nhà xưởng cùng diện tích nhưng khác chiều cao, khác bố trí bể nước có thể cần bơm rất khác nhau.

Bước 3: Công thức tính công suất máy bơm chữa cháy

Khi đã có Q và H, công suất máy bơm chữa cháy trên trục bơm được tính theo công thức:

P trục (kW) = Q (m³/h) × H (m) / (367 × η)

Trong đó 367 là hằng số quy đổi khi dùng đơn vị m³/h và mét cột nước cho nước sạch. Sau đó, công suất động cơ được chọn:

P động cơ = P trục × k, với k thường từ 1,1 đến 1,2 tùy cỡ động cơ và khuyến cáo của hãng.

Cuối cùng, chọn công suất máy bơm chữa cháy theo cấp động cơ tiêu chuẩn lớn hơn gần nhất, ví dụ 7,5 kW, 11 kW, 15 kW, 18,5 kW, 22 kW.

Ví dụ tính công suất máy bơm chữa cháy

Ví dụ dưới đây chỉ nhằm minh họa cách tính, các số liệu là giả định, không dùng thay cho thiết kế thực tế:

Bước	Thông số	Giá trị
1	Lưu lượng thiết kế (giả định)	10 l/s = 36 m³/h
2	Cột áp yêu cầu (giả định)	60 m
3	Hiệu suất bơm tại điểm làm việc	0,65
4	Công suất trục	36 × 60 / (367 × 0,65) ≈ 9,1 kW
5	Hệ số dự phòng động cơ	1,15
6	Công suất động cơ tính toán	9,1 × 1,15 ≈ 10,4 kW
7	Chọn động cơ tiêu chuẩn	11 kW (khoảng 15 HP)

Như vậy, với giả định trên, công suất máy bơm chữa cháy điện phù hợp là 11 kW. Sau khi chọn sơ bộ, kỹ sư phải đối chiếu đường đặc tính của model cụ thể để chắc chắn điểm làm việc (36 m³/h, 60 m) nằm trên đường cong và trong vùng hiệu suất tốt.

Chọn bơm chính, bơm dự phòng và bơm bù áp

Một trạm bơm chữa cháy thông dụng gồm ba loại bơm, mỗi loại có cách chọn công suất máy bơm chữa cháy khác nhau:

• Bơm chính (thường là bơm điện): công suất máy bơm chữa cháy chính chọn theo Q và H tính toán như trên.
• Bơm dự phòng (thường là bơm diesel): phải đáp ứng cùng lưu lượng và cột áp với bơm chính để thay thế khi mất điện hoặc bơm chính hỏng. Động cơ diesel thường được công bố theo HP (1 HP ≈ 0,746 kW) và cần công suất phù hợp với đường đặc tính bơm, không chỉ quy đổi đơn thuần từ bơm điện.
• Bơm bù áp (jockey): lưu lượng nhỏ, có nhiệm vụ duy trì áp lực trong đường ống, bù rò rỉ nhỏ để bơm chính không khởi động liên tục. Công suất nhỏ hơn nhiều so với bơm chính.

Ngoài ra, tiêu chuẩn quốc tế NFPA 20 về bơm chữa cháy (tham khảo) yêu cầu bơm vẫn duy trì tối thiểu 65% cột áp định mức khi chạy ở 150% lưu lượng định mức. Đây là lý do bơm chữa cháy chuyên dụng thường có đường đặc tính “phẳng” hơn bơm nước thông thường.

Kiểm tra lại công suất máy bơm chữa cháy khi nghiệm thu và vận hành

Tính đúng trên giấy mới là một nửa. Công suất máy bơm chữa cháy thực tế chỉ được xác nhận khi bơm chạy thử tại công trình. Khi lắp đặt xong, đơn vị thi công nên thực hiện các bước sau:

1. Chạy thử ở điểm làm việc thiết kế. Đo lưu lượng qua đồng hồ hoặc đường thử, đo áp lực đầu đẩy và so với điểm Q, H đã tính.
2. Thử ở các điểm lưu lượng khác nhau. Ghi lại đường đặc tính thực tế để so với đường cong của hãng. Chênh lệch lớn có thể do lắp sai chiều quay, đường hút không kín hoặc van chưa mở hết.
3. Kiểm tra dòng điện động cơ. Dòng làm việc vượt định mức cho thấy công suất máy bơm chữa cháy đang bị chọn sát hoặc bơm làm việc ngoài vùng thiết kế.
4. Thử chuyển đổi bơm. Ngắt bơm chính để bơm dự phòng tự khởi động, kiểm tra bơm bù áp đóng ngắt đúng áp lực cài đặt.
5. Ghi nhận kết quả vào hồ sơ. Kết quả chạy thử là căn cứ để so sánh trong các lần bảo trì sau.

Trong quá trình vận hành, nên chạy thử bơm định kỳ theo kế hoạch bảo trì. Nếu áp lực hoặc lưu lượng giảm dần qua các lần đo, cánh bơm có thể đã mòn hoặc đường hút bị tắc, cần kiểm tra trước khi xảy ra sự cố.

Công suất máy bơm chữa cháy và nguồn điện công trình

Một yếu tố hay bị bỏ qua là nguồn điện. Công suất máy bơm chữa cháy càng lớn, dòng khởi động càng cao. Bơm điện từ khoảng vài kW trở lên thường dùng điện 3 pha và cần phương án khởi động phù hợp như khởi động sao tam giác hoặc khởi động mềm, theo thiết kế của tủ điều khiển.

Khi chọn công suất máy bơm chữa cháy, kỹ sư cần kiểm tra:

• Trạm biến áp hoặc nguồn cấp hiện có đủ công suất cho bơm chính hay không.
• Nguồn cấp cho bơm chữa cháy được lấy trước cầu dao tổng để không bị cắt khi ngắt điện sinh hoạt.
• Tiết diện cáp, thiết bị bảo vệ phù hợp dòng định mức và dòng khởi động.

Nếu nguồn điện hạn chế, giải pháp thường dùng là chọn bơm diesel làm bơm chính hoặc tăng dung tích bể để giảm yêu cầu về lưu lượng tức thời, tùy phương án được thẩm duyệt.

Sai lầm thường gặp khi chọn công suất máy bơm chữa cháy

Một số lỗi phổ biến khiến hệ thống không đạt khi thử nghiệm hoặc vận hành:

• Chọn theo diện tích hoặc theo công trình tương tự. Mỗi công trình có chiều cao, đường ống, nguy cơ cháy khác nhau, nên công suất máy bơm chữa cháy phải tính riêng.
• Quên tổn thất cục bộ. Van báo động, lọc Y, van một chiều, nhiều co tê cộng lại có thể làm tăng đáng kể cột áp yêu cầu.
• Lấy mực nước cao nhất của bể. Phải tính với mực nước thấp nhất, khi bể gần cạn.
• Chọn dư quá nhiều. Áp lực quá cao có thể vượt áp lực làm việc của đường ống, van, đầu phun, buộc phải lắp thêm van giảm áp.
• Chỉ ghi kW khi đặt hàng. Bơm cùng kW nhưng khác Q và H, cần ghi đủ điểm làm việc.
• Không kiểm tra nguồn điện. Công suất máy bơm chữa cháy lớn cần nguồn 3 pha đủ tải và tủ điều khiển phù hợp.

Câu hỏi thường gặp về công suất máy bơm chữa cháy

Nhà xưởng 1.000 m² cần công suất máy bơm chữa cháy bao nhiêu?

Không có công suất máy bơm chữa cháy chung theo diện tích. Cần biết hệ thống gồm những gì, số họng và đầu phun hoạt động đồng thời, chiều cao, khoảng cách đường ống và vị trí bể nước.

Có thể dùng bơm nước sinh hoạt làm bơm chữa cháy không?

Không nên, kể cả khi công suất máy bơm chữa cháy tương đương. Bơm chữa cháy cần đặc tính phù hợp, có hồ sơ kiểm định và được điều khiển bằng tủ điều khiển chuyên dụng theo thiết kế.

Bơm diesel có cần cùng công suất máy bơm chữa cháy điện không?

Bơm diesel dự phòng phải đáp ứng cùng lưu lượng và cột áp với bơm điện chính. Công suất động cơ diesel được chọn theo đặc tính bơm và khuyến cáo của hãng.

Ai chịu trách nhiệm tính công suất máy bơm chữa cháy?

Đơn vị tư vấn thiết kế PCCC tính công suất máy bơm chữa cháy và thể hiện trong hồ sơ thiết kế. Nhà cung cấp chỉ chọn model đáp ứng điểm làm việc đã được tính.

Mua máy bơm và tư vấn trạm bơm tại baochay.vn

baochay.vn cung cấp máy bơm chữa cháy điện, diesel, bơm bù áp và tủ điều khiển bơm chính hãng, có hồ sơ kiểm định, ví dụ máy bơm chữa cháy điện 11 kW và tủ điều khiển 2 bơm chữa cháy.

Nếu công trình chưa có số liệu tính toán, dịch vụ tư vấn thiết kế hệ thống PCCC của baochay.vn sẽ xác định lưu lượng, cột áp, công suất máy bơm chữa cháy và cấu hình trạm bơm phù hợp.

Tóm lại, công suất máy bơm chữa cháy phải được tính từ lưu lượng, cột áp và hiệu suất, sau đó đối chiếu đường đặc tính của model cụ thể. Gửi bản vẽ hoặc thông tin công trình qua hotline 0979 114 114 để được kỹ sư baochay.vn tư vấn miễn phí.