Ống riser thoát nước và cái giảm tốc.

Chuyện về cái giảm tốc:

Trong những tòa nhà cao, hệ thống thoát nước thải từ các nhà vệ sinh trên cao sẽ được thoát vào một đường ống thẳng đứng để đưa xuống bên dưới và gom vào các hố ga xử lý...Nhưng đường ống thoát nước bản thân nó không phải lúc nào cũng có nước mà chỉ khi nhà vệ sinh giật xả thì nước mới đi vào đường ống, nhiều người vẫn lo ngại những khối nước và chất thải rắn từ trên cao (tầng 20, 30 hoặc 50) rơi xuống sẽ tác động mạnh làm hư hại fitting nối ở ống gom. Và từ đó cái giảm tốc ra đời.

Cái giảm tốc có ý nghĩa như tên của nó: dùng để giảm vận tốc rơi của nước từ trên cao xuống.

Cấu tạo: giảm tốc cấu tạo gồm 4 cái lơi 45 độ được gắn gần nhau trên ống đứng để tạo một đoạn ống khúc khuỷu.

Trong một công trình mình từng làm trước đây, khi còn đi giám sát, giảm tốc được gắn cách nhau mỗi 3 tầng trên trục riser của hệ thống thoát nước. 

Và hiện tại vẫn có rất nhiều công trình mới được thiết kế lên vẫn thiết ké giảm tốc cho hệ thống của mình và khoảng cách vẫn là  khoảng 3 tầng giữa mỗi cái giảm tốc. Nhưng vẫn có rất nhiều công trình không hề có cái giảm tốc này.

Vậy, ai đúng? ai sai?

Ống riser thải nước đen:

Nước chảy trong ống như thế nào?

Trong báo cáo: Report of the subcommittee on Plumbing of the Building Code Committee, U.S. Department of Commerce, Bureau of Standards, BH 13, (1932) có mô tả:

"Với một lượng nước thải nhỏ, dòng nước sẽ dán sát vào thành bên trong của ống đứng. Với lưu lượng nước lớn, dòng nước có thể tạm thời điền đầy ống đứng và rơi xuống, không khí bên dưới sẽ bị dòng nước nén xuống và tăng áp suất lên đến một mức nào đó sẽ phá vỡ trạng thái điền đầy ống của dòng nước, khi đó nước sẽ dán sát vào thành ống và trôi xuống, chỉ một lượng rất nhỏ lơ lửng và rơi xuống ở khu vực giữa ống"

Vận tốc tới hạn và chiều dài tới hạn:

Đối với những tòa nhà cao, rất nhiều người vẫn lo lằng với vận tốc rơi tự do từ trên cao của khối nước tăng dần thì lực tác động sẽ rất mạnh và có khả năng phá hủy fitting ở đáy ống đứng. Nhưng theo như mô tả về dòng chảy của nước trong ống đứng ở phía trên: nước sẽ dán sát thành ống và tuột xuống, lực ma sát giữa dòng nước và thành ống sẽ cản lại vận tốc rơi xuống của dòng nước.

Ở thời điểm rơi ban đầu, lực trọng trường khiến cho vận tốc dòng nước tăng dần và do đó lực ma sát với thành ống cũng tăng dần. Khi dòng nước tăng tới một vận tốc nhất định thì lực ma sát có độ lớn bằng với lực trọng trường, do đó vận tốc dòng nước thải sẽ không thay đổi nữa và giá trị này được gọi là vận tốc tới hạn và quãng đường mà nước rơi cho tới khi đạt vận tốc tới hạn (terminal velocity) được gọi là chiều dài tới hạn (terminal length).

Công thức thể hiện mối quan hệ giữa terminal velocity và terminal length:

Thông thường, ống sẽ được tính chọn để lượng nước chỉ chiếm 1/3 tới 1/4 diện tích mặt cắt ống. Và theo như công thức lẫn đo đạc thực nghiệm người ta thu được kết quả là vận tốc tới hạn của nước trong ống đứng chỉ vào khoảng 3-5m/s và chiều dài tới hạn là khoảng 3-5m kể từ điểm nước đi vào ống đứng. 

KẾT LUẬN:

The velocity at the base of a 100-story stack is only slightly and insignificantly greater than the velocity at the base of a three-story stack

Vận tốc nước tại đáy ống đứng của một tòa nhà 100 tầng chỉ bằng hoặc lớn hơn một chút so với vận tốc nước tại đáy ống đứng của một tòa nhà 3 tầng. Vậy câu hỏi đặt ra là:

Liệu có cần thiết phải đặt những cái giảm tốc vào trong đường ống đứng? Và nếu có trường hợp cần đặt thì trường hợp đó cụ thể như thế nào?

Khi mà terminal length chỉ nằm ở khoảng 3-5m thì cách 3 tầng đặt 1 giảm tốc thì có đúng hay không?