Đồng hồ nước - lịch sử và chủng loại

Thị trường đồng hồ nước toàn cầu sẽ tăng lên 4,83 tỷ USD trong năm nay từ 4,65 tỷ USD năm 2021, với tốc độ tăng trưởng kép (CAGR) 3,9%, Báo cáo Thị trường Đồng hồ nước Toàn cầu năm 2022 dự báo. Tới năm 2026, tốc độ tăng trưởng CAGR tăng lên 4,8% và giá trị thị trường dự kiến đạt 5,82 tỷ đô la.

Năm ngoái Châu Á - Thái Bình Dương là khu vực lớn nhất trong thị trường đồng hồ nước.

Lịch sử phát triển

Đồng hồ nước là thiết bị ghi lại lượng nước tiêu thụ trong hệ thống nước quốc gia để tính toán chi phí nước.

Lượng nước tiêu thụ được định nghĩa là lượng nước không trở lại nguồn sau khi sử dụng. Đồng hồ nước ảnh hưởng trực tiếp đến việc tiêu thụ nước vì thiết bị này tính phí người dùng theo khối lượng nước sử dụng và giúp phát hiện rò rỉ trong đường ống nước dễ dàng hơn, chống lãng phí nước.

Tuy nước là một trong những tài nguyên thiên nhiên quan trọng nhất của con người, đồng hồ nước mới chỉ thực sự được thiết kế thương mại vào khoảng thế kỉ 18, theo Hiệp hội Công trình Nước Mỹ (American Water Works Association - AWWA).

Không có nhiều tài liệu về chiếc đồng hồ nước đầu tiên trên thế giới, nhưng nhiều nhà khoa học tin rằng thiết bị này bắt nguồn từ thời Ai Cập cổ đại, một trong những nơi đầu tiên sản xuất nông nghiệp quy mô lớn.

Năm 1790, tại Hamburg, Đức, Reinhard Woltman đã sử dụng một chiếc quạt nhiều cánh để đo lưu lượng nước và không khí. Đây được coi là thiết bị đầu tiên được phát minh cho mục đích này. Đến năm 1850, chiếc đồng hồ nước đầu tiên do Werner von Siemen thiết kế.

Có thể nói, lịch sử phát triển của đồng hồ nước trải qua nhiều giai đoạn: đồng hồ tuabin với bộ roto quay, đồng hồ có quạt quay và vỏ bên trong nhiều tia, đồng hồ pít-tông quay thể tích và đồng hồ lưu lượng dịch chuyển bán dương, bao gồm đồng hồ đo lưu lượng dịch chuyển hình trụ, đồng hồ đo lưu lượng dịch chuyển hình elip và đĩa đai ốc.

Từ năm 1950 đến nay, công nghệ đo nước đã có tiến bộ nhanh chóng với sự xuất hiện của nhiều kỹ thuật đo lường quan trọng. Có thể kể đến đồng hồ điện từ, xoáy, siêu âm và Coriolis, theo tài liệu tập huấn năm 2019 về đồng hồ nước của Viện Đo lường Đức (Physikalisch - Technische Bundesanstalt – PTB).

Phân loại đồng hồ nước

Trên thị trường hiện có nhiều loại đồng hồ đo nước với các công nghệ và nguyên lý khác nhau, theo trang vimi.com.vn. Các loại đồng hồ này được phân loại theo môi trường nước (nước lạnh, nước nóng hay nước thải), chức năng (cơ, điện từ hay siêu âm), vật liệu (đồng, gang, inox) hoặc kiểu đo (thể tích, tốc độ, v.v.)

Đồng hồ đo lưu lượng chênh lệch áp suất (differential pressure flow meters - DP) hoạt động theo nguyên lý tạo ra sự thay đổi tiết diện trong ống để thay đổi mặt cắt ngang của dòng chảy, dẫn đến thay đổi vận tốc chất lỏng và chênh lệch áp suất, từ đó tính tốc độ dòng chảy.

Đồng hồ đo lưu lượng dịch chuyển dương (positive displacement flow meter) hoạt động bằng cách truyền một thể tích chất lỏng đã biết và cô lập qua một khoang hoặc một loạt bánh răng trong đồng hồ, sau đó đếm số lượng khối chất lỏng cô lập đi qua để thu được một phép đo lưu lượng. Tần số của chuỗi xung cho biết tốc độ dòng chảy, còn tổng số xung cho biết khối lượng nước đi vào.

Đồng hồ đo lưu lượng khối lượng (mass flow meter) đo tốc độ dòng chảy khối của chất lỏng đi qua thiết bị, tức khối lượng của chất lỏng di chuyển qua một điểm cố định trong một đơn vị thời gian.

Đồng hồ nước đa tia (multi-jet flow meter) gồm bộ phân phối có nhiều khe và một tuabin. Khi dòng nước đầu vào đi qua các khe này, các tia nước đối xứng tác động đến tuabin làm tuabin quay. Tuabin sẽ truyền chuyển động lên mặt đọc bằng nguyên lý từ tính hoặc cơ khí, cho phép đo thể tích nước đi qua đồng hồ.

Thiết bị đo lưu lượng tuabin (turbine flow meter) sử dụng một tuabin chính, quay tự do để đo vận tốc chất lỏng, giống như một cối xay gió thu nhỏ được lắp đặt trong dòng chảy. Thiết bị này hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng của chất lỏng đi qua để di chuyển rô tơ. Các cánh quay tạo ra tín hiệu có tần số tỷ lệ thuận với tốc độ dòng chất lỏng, được truyền đến bộ thu lắp đặt bên ngoài đường ống và chuyển đến đầu dò để đưa ra kết quả.

Đồng hồ đo lưu lượng xoáy (vortex flow meter) đo lưu lượng nước bằng cách đặt một vật cản nhỏ trong đường dẫn dòng chảy, tạo ra các dòng xoáy có áp suất chênh lệch luân phiên. Các xoáy này làm cho một thiết bị cảm biến nhỏ dao động với tần số tỷ lệ thuận với vận tốc chuyển động của chất lỏng. Sau đó, một bộ cảm biến chuyển đổi tốc độ dao động thành tín hiệu điện để hiển thị số lên màn hình.

Đồng hồ nước siêu âm (ultrasonic flow meter) đo vận tốc của chất lỏng bằng sóng siêu âm để tính lưu lượng thể tích. Sử dụng đầu dò siêu âm, đồng hồ này có thể đo vận tốc trung bình dọc theo đường đi của chùm siêu âm phát ra. 

Máy đo lưu lượng từ tính (electromagnetic flow meter) hoạt động dựa trên trên định luật cảm ứng điện từ Faraday. Cụ thể, trong máy đo lưu lượng điện từ, một dòng điện được đặt vào cuộn dây gắn bên ngoài thân máy đo để tạo ra từ trường. Chất lỏng chảy qua đường ống đóng vai trò là chất dẫn điện, tạo ra một điện áp tỷ lệ thuận với tốc độ dòng chảy. Điện áp này được các điện cực gắn trong thân máy đo ghi nhận và gửi đến một máy phát để tính toán lưu lượng thể tích dựa trên kích thước ống. 

Đồng hồ nước từ tính là một sự lựa chọn lý tưởng để đo nước thải hoặc bất kỳ chất lỏng không sạch nào có tính dẫn điện hoặc nước. Đồng hồ nước từ tính thường sẽ không hoạt động với hydrocacbon, nước cất và nhiều dung dịch không chứa nước. 

Thời gian kiểm định đồng hồ nước

Kiểm định đồng hồ nước thường là một chủ đề gây tranh cãi. Đầu tiên là chi phí tốn kém. Thứ hai, việc này gây bất tiện cho chủ nhà cũng như làm gián đoạn các thói quen hàng ngày, theo bài đăng ngày 9/3 trên Tạp chí Sản phẩm Chất lượng Nước (Water Quality Products – WQP).

Tần suất kiểm định đồng hồ phụ thuộc vào một số yếu tố, nhưng phổ biến nhất là kích thước đồng hồ, chất lượng nước, cách sử dụng và yêu cầu của khách hàng.

Những khuyến nghị về thời gian kiểm định tiêu chuẩn đối với đồng hồ nước của các nhà sản xuất và nhiều tổ chức khác, trong đó có AWWA, đã được áp dụng nhiều năm nay và mang lại sự hài lòng cho người sử dụng.

Ở Mỹ, hầu hết các đồng hồ đo dân dụng nên được kiểm định trong khoảng thời gian 10 hoặc 15 năm, cũng theo WQP.

Cụ thể, chính quyền New Jersey quy định, đồng hồ có kích thước lớn hơn 1 inch (2,4 cm) cần được kiểm định sau 4 năm; đồng hồ lớn hơn 1 inch: 6 năm hoặc khi đã sử dụng 2 triệu gallon (khoảng 7,6 triệu lít); đồng hồ kích thước ¾ inch (khoảng 2 cm): 8 năm hoặc 1 triệu gallon (khoảng 3,8 triệu lít); đồng hồ kích thước 5/8 inch (khoảng 1,6 cm): 10 năm hoặc 750 nghìn gallon (khoảng 2,8 triệu lít). Nếu độ chính xác của các đồng hồ tương đối cao (95%) thì không cần kiểm định toàn diện và ngược lại.

Các đồng hồ nước cỡ lớn nên được kiểm tra thường xuyên hơn, nhất là nếu tòa nhà sử dụng một lượng nước lớn. Theo nghiên cứu của Viện Kỹ thuật Nước thuộc Đại học Bách khoa Valencia (Polytechnic University of Valencia), đồng hồ nước chỉ thị lưu lượng nước, do đó, độ chính xác của thiết bị phụ thuộc rất nhiều vào lưu lượng nước được sử dụng. Nếu đồng hồ nước hoạt động thường xuyên ở lưu lượng lớn sẽ xuống cấp nhanh hơn nhiều so với những đồng hồ thường hoạt động dưới lưu lượng trung bình.

Việc kiểm tra các đồng hồ nước kích thước lớn trong khoảng thời gian từ hai đến ba năm có vẻ quá nhiều đối với một số người, nhưng thường điều này sẽ đem lại hiệu quả về mặt chi phí, đặc biệt đối với các khu tập thể hoặc chung cư với nhiều lưu lượng sử dụng thấp, ví dụ xả bồn cầu và bồn rửa mặt, v.v.

Các quốc gia khác cũng có những quy định riêng về thời gian kiểm định. Cục Tiêu chuẩn, Đo lường và Kiểm tra thuộc Bộ Kinh tế Đài Loan (Bureau of Standards, Metrology and Inspection - BSMI) yêu cầu đồng hồ nước được kiểm định sau mỗi 10 năm. 

Ở Nga, thời gian kiểm định thường là 4 năm với đồng hồ nước nóng và 6 năm với đồng hồ nước lạnh, theo bài đăng trên trang kp.ru. 

Viện Đo lường Đức (PTB) quy định thời gian kiểm định là 6 năm đồng hồ nước lạnh, 5 năm đồng hồ nước nóng.