Blog

Trong thiết kế và vận hành hệ thống cấp nước, áp suất là một trong những thông số quan trọng để đánh giá khả năng cấp nước, lựa chọn thiết bị và kiểm soát sự ổn định của đường ống. Tuy nhiên, hai khái niệm áp suất tĩnh (static pressure) và áp suất động (dynamic pressure) thường dễ bị nhầm lẫn.

Hiểu đúng sự khác nhau giữa hai trạng thái này đặc biệt quan trọng khi tính toán hệ thống cấp nước cho nhà ở, chung cư, khách sạn, bệnh viện, tòa nhà thương mại và khi lựa chọn các thiết bị như van giảm áp PRV (Pressure Reducing Valve).

Tìm hiểu về dòng van giảm áp nước có chứng nhận nước sạch WRAS, cấu tạo, nguyên lý hoạt động

1. Áp suất tĩnh là gì?

Áp suất tĩnh là áp suất tồn tại trong hệ thống khi nước không chuyển động, chẳng hạn khi tất cả các thiết bị sử dụng nước trong một hệ thống đang đóng.

Trong đường ống, áp suất tĩnh chịu ảnh hưởng đáng kể bởi cao độ. Khi thay đổi cao độ, áp suất do cột nước cũng thay đổi. Với nước, có thể quy đổi gần đúng rằng mỗi 1 m chênh cao tạo ra khoảng 0,098 bar chênh lệch áp suất, hay khoảng 0,43 psi cho mỗi foot.

Ví dụ, nếu áp suất tại tầng thấp của một tòa nhà là 5 bar, áp suất tĩnh tại các tầng cao hơn sẽ giảm do phải thắng cột áp. Vì vậy, trong công trình nhiều tầng, không thể chỉ nhìn vào áp suất tại điểm cấp nước đầu vào mà bỏ qua cao độ của từng khu vực sử dụng.

Áp suất tĩnh thường được quan tâm khi:

• Kiểm tra áp suất nguồn cấp.
• Xác định áp suất tại các tầng hoặc khu vực khác nhau.
• Đánh giá nguy cơ áp suất quá cao khi không có dòng chảy.
• Cài đặt và kiểm tra áp suất đầu ra của một số loại PRV.

2. Áp suất động là gì?

Áp suất động được xét khi nước đang chuyển động trong đường ống. Khi đó, ngoài áp lực của nước, hệ thống còn phát sinh các tổn thất do ma sát trong đường ống và qua các thiết bị như van, cút, lọc, đồng hồ hoặc các phụ kiện khác.

Trong thực tế cấp nước, khi lưu lượng tăng, tổn thất áp suất do dòng chảy thường tăng. Caleffi chỉ ra rằng tốc độ dòng nước càng cao thì mức sụt áp do ma sát qua đường ống và các thành phần của hệ thống càng lớn.

Xét về vật lý, “dynamic pressure” theo nghĩa áp suất động học có thể biểu diễn bằng:

Trong đó, ρ\rho là khối lượng riêng của chất lỏng và vv là vận tốc dòng chảy. Đây là khái niệm vật lý về áp suất do động năng của dòng chất lỏng. Trong thiết kế hệ thống cấp nước, cần phân biệt khái niệm này với cách sử dụng thuật ngữ “dynamic pressure” để mô tả áp suất tại một điểm khi hệ thống đang có dòng chảy.

3. Áp suất tĩnh và áp suất động khác nhau thế nào?

Có thể hiểu đơn giản:

Một cách hình dung rất dễ hiểu là: khi tất cả vòi nước đóng, bạn đang quan sát trạng thái gần với áp suất tĩnh; khi mở một hoặc nhiều điểm sử dụng, nước bắt đầu chảy và áp suất tại các vị trí sẽ thay đổi theo điều kiện dòng chảy.

Caleffi cũng lưu ý rằng khi một điểm sử dụng được mở, áp suất tại đó có thể giảm từ trạng thái tĩnh xuống trạng thái động do tổn thất ma sát trong đường ống. Khi lưu lượng càng lớn, mức sụt áp càng đáng kể.

4. Vì sao cùng một hệ thống nhưng đo áp suất lại cho kết quả khác nhau?

Đây là nguyên nhân khiến nhiều người đánh giá sai tình trạng hệ thống cấp nước.

Giả sử đồng hồ áp suất tại đầu vào công trình hiển thị 5 bar khi không có người sử dụng nước. Khi một số khu vực đồng thời mở vòi, nước bắt đầu chảy qua đường ống, van và các phụ kiện. Lúc này áp suất tại các điểm phía sau có thể giảm.

Sự chênh lệch này không nhất thiết có nghĩa nguồn nước “yếu đi” một cách bất thường. Một phần có thể đến từ tổn thất áp suất của hệ thống khi có dòng chảy.

Mức tổn thất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như lưu lượng, đường kính và chiều dài đường ống, vật liệu đường ống, tốc độ dòng chảy và các trở lực cục bộ qua van, cút và thiết bị. Các phương pháp như Hazen–Williams được sử dụng để tính toán tổn thất áp suất trong đường ống cấp nước.

Do đó, khi khảo sát một hệ thống, chỉ đo áp suất ở trạng thái tĩnh là chưa đủ. Cần xem xét thêm áp suất trong điều kiện có dòng chảy, đặc biệt tại thời điểm tải cao.

5. Áp suất động liên quan thế nào đến lưu lượng?

Áp suất và lưu lượng có quan hệ chặt chẽ trong hệ thống đường ống.

Khi người dùng mở thêm nhiều điểm lấy nước, lưu lượng tổng tăng. Khi đó, nước phải đi qua đường ống với vận tốc cao hơn và tổn thất áp suất do ma sát cũng có xu hướng tăng.

Vì vậy, một hệ thống có thể có áp suất tĩnh khá cao nhưng áp suất khi vận hành lại không đạt như mong muốn.

Đây là lý do khi thiết kế hoặc đánh giá hệ thống cấp nước, kỹ sư không nên chỉ hỏi:

“Áp suất nguồn là bao nhiêu bar?”

Mà cần đặt thêm câu hỏi:

“Áp suất còn lại tại điểm sử dụng là bao nhiêu khi hệ thống đang hoạt động ở lưu lượng yêu cầu?”

Đây mới là thông tin có giá trị để đánh giá khả năng đáp ứng thực tế của hệ thống.

6. PRV liên quan thế nào đến áp suất tĩnh và áp suất động?

Pressure Reducing Valve (PRV) được sử dụng để giảm và duy trì áp suất phía hạ lưu ở mức phù hợp với thiết bị và hệ thống.

PRV không đơn giản là một van “bóp nhỏ đường ống”. Một PRV được thiết kế đúng có khả năng duy trì áp suất đầu ra trong điều kiện áp suất đầu vào thay đổi, trong phạm vi thông số kỹ thuật của sản phẩm.

Tuy nhiên, khi lựa chọn và cài đặt PRV, cần phân biệt giữa:

Áp suất tĩnh: áp suất đo khi không có dòng chảy hoặc khi điều kiện hệ thống tương ứng với trạng thái tĩnh.

Áp suất động: áp suất khi hệ thống đang có lưu lượng thực tế.

Nếu chỉ kiểm tra áp suất tĩnh mà bỏ qua điều kiện lưu lượng, việc đánh giá PRV có thể không phản ánh đúng trạng thái vận hành. Chính vì vậy, tài liệu kỹ thuật về PRV và hệ thống cấp nước thường yêu cầu xem xét cả điều kiện áp suất, lưu lượng và tổn thất áp suất của mạng đường ống.

7. Khi kiểm tra hệ thống cấp nước nên đo áp suất như thế nào?

Để đánh giá chính xác hơn, nên thực hiện đo trong các trạng thái khác nhau thay vì chỉ lấy một giá trị duy nhất.

Trước hết, đo áp suất tĩnh khi các điểm sử dụng đóng. Sau đó, thực hiện đo khi có một hoặc nhiều điểm sử dụng mở để xác định áp suất trong điều kiện dòng chảy.

Có thể so sánh:

Áp suất tĩnh → Áp suất khi có dòng chảy → Lưu lượng tương ứng

Nếu áp suất giảm mạnh khi lưu lượng tăng, cần kiểm tra thêm đường kính và chiều dài đường ống, các thiết bị trên tuyến, tình trạng bộ lọc, van và các điểm có khả năng tạo tổn thất áp suất lớn.

Cách tiếp cận này giúp phân biệt được vấn đề đến từ áp suất nguồn, tổn thất trên đường ống hay thiết bị điều áp.

Kết luận

Áp suất tĩnh và áp suất động không phải là hai giá trị có thể sử dụng thay thế cho nhau.

Áp suất tĩnh cho biết điều kiện của hệ thống khi nước không chảy, trong khi áp suất trong điều kiện dòng chảy phản ánh rõ hơn khả năng cấp nước thực tế. Khi lưu lượng tăng, tổn thất do ma sát qua đường ống và thiết bị cũng có thể tăng, làm áp suất tại điểm sử dụng giảm.

Đối với các công trình có nhiều tầng hoặc nhu cầu sử dụng nước lớn, việc đánh giá cả áp suất tĩnh, áp suất khi có dòng chảy, lưu lượng và tổn thất áp suất là cơ sở quan trọng để thiết kế hệ thống và lựa chọn PRV phù hợp.

INTA Việt Nam cung cấp các giải pháp van cho hệ thống cấp nước, bao gồm Pressure Reducing Valve (PRV), Thermostatic Mixing Valve và Thermal Balancing Valve, hướng tới kiểm soát áp suất, nhiệt độ và điều kiện vận hành của hệ thống nước.