Nghiên cứu chất lượng không khí trong phòng học tại Trung tâm Anh ngữ ILA Tân Phú

Nghiên cứu điều kiện vi khí hậu và nồng độ CO2 trong phòng học trung tâm Anh ngữ ILA theo thời gian, ảnh hưởng đến chất lượng học tập.

• Tác giả: Nguyễn Bình Phương
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Lữ Phương
• Trường học: Đại học Nguyên Môi trường TP.HCM
• Chuyên ngành: Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu chất lượng không khí trong phòng học tại Trung tâm Anh ngữ ILA Tân Phú
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: TP.HCM

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
• NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
• TÓM TẮT KHÓA LUẬN
• ABSTRACT
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Nghiên cứu về các điều kiện vi khí hậu
• 1.2. Nghiên cứu về điều kiện thông gió, CO2 và CO
• 1.3. Một số các khái niệm cơ bản
• 1.3.1. Chất lượng môi trường trong nhà (Indoor environment quality - IEQ)
• 1.3.2. Chất lượng không khí trong nhà (Indoor air quality - IAQ)
• 1.4. Các cách để đánh giá chất lượng không khí trong nhà
• 1.5. Các yếu tố gây ô nhiễm không khí trong nhà
• 1.6. Hội chứng bệnh trong nhà (Sick Building Syndrome — SBS)
• 1.6.1. Hội chứng bệnh trong nhà là gì?
• 1.6.2. Biểu hiện của hội chứng bệnh trong nhà (SBS)
• 1.6.3. Bệnh liên quan đến toà nhà (Building Related Illness — BRI)
• 1.6.4. Các nguyên nhân gây ra Hội chứng bệnh trong nhà (SBS)
• 1.7. Tiêu chuẩn ASHRAE
• 1.7.1. Tiêu chuẩn ASHRAE dành cho các lớp học
• 1.7.2. Kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm
• 1.8. Các quy định thiết kế thông số nhiệt độ và độ ẩm bên trong nhà theo TCVN 5687:2010
• 1.9. Các chất ô nhiễm không khí trong nhà được chọn để nghiên cứu trong đề tài
• 1.10. Một số loại thiết bị đo chất lượng không khí trong nhà
• 1.10.1. Thiết bị đo nồng độ khí CO2, nhiệt độ, độ ẩm cầm tay Model: pSense-Plus
• 1.10.2. Thiết bị đo nồng độ khí CO Testo 317-3
• 1.10.3. Nhận xét chung về các máy đo trên thị trường
• 1.11. Phân tích số liệu
• 1.11.1. Giới thiệu sơ lược về phần mềm R
• 1.11.2. Các thuật toán dùng để phân tích số liệu
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Thiết bị đo đạc
• 2.1.1. Đo nhiệt độ và độ ẩm
• 2.1.2. Đo nồng độ CO2 trong nhà
• 2.1.3. Đo nồng độ CO trong nhà
• 2.2. Thiết kế chế tạo bộ đo và đặt các thông số môi trường
• 2.3. Địa điểm nghiên cứu
• 2.4. Đối tượng nghiên cứu
• 2.5. Cách tiến hành
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả hiệu chỉnh thiết bị đo
• 3.2. Kết quả đo đạc đợt 1
• 3.2.1. Nồng độ CO trong phòng
• 3.2.2. Kết quả học tập của học sinh
• 3.3. Kết quả đo đạc đợt 2
• 3.3.1. Nồng độ CO trong phòng
• 3.3.2. Nồng độ CO2 trong phòng
• 3.4. Một số kiến nghị để cải thiện chất lượng không khí trong lớp học tại Trung tâm Anh ngữ ILA Tân Phú
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan Nghiên cứu Chất lượng Không khí ILA Tân Phú

Trong những năm gần đây, chất lượng cuộc sống ngày càng được nâng cao, và con người ngày càng quan tâm đến chất lượng môi trường sống, đặc biệt là chất lượng không khí trong nhà. Phần lớn thời gian (hơn 90%) con người dành để hoạt động trong nhà, do đó duy trì chất lượng không khí ở mức hợp lý là vô cùng quan trọng để đảm bảo sức khỏe. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá chất lượng không khí tại Trung tâm Anh ngữ ILA Tân Phú, một môi trường giáo dục nơi học sinh dành nhiều thời gian. Việc đánh giá này sẽ cung cấp thông tin quan trọng để cải thiện môi trường học tập và bảo vệ sức khỏe của học sinh. Nghiên cứu tham khảo hướng dẫn ASHRAE, một tiêu chuẩn quan trọng về chất lượng không khí.

1.1. Tầm quan trọng của Chất lượng Không khí trong nhà

Chất lượng không khí trong nhà (IAQ) ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe và năng suất của con người. Theo REHVA, duy trì IAQ tốt là rất quan trọng. Các chất ô nhiễm như CO, SO2, và NO2 có thể xâm nhập vào bên trong nhà từ bên ngoài thông qua hệ thống thông gió. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc đánh giá các yếu tố này trong môi trường học đường.

1.2. Chất lượng Không khí tại Việt Nam Thực trạng đáng báo động

Theo báo cáo môi trường quốc gia của Việt Nam (2014), môi trường không khí tại Việt Nam đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, đặc biệt là tại các thành phố lớn như Hà Nội và TP.HCM. Tình trạng ô nhiễm không khí trong nhà cũng đáng lo ngại, được xem là “nhân tố thầm lặng” gây ra nhiều bệnh tật. Tuy nhiên, Việt Nam hiện vẫn chưa có tiêu chuẩn chính thức về chất lượng không khí trong nhà, do đó các tiêu chuẩn quốc tế như ASHRAE thường được sử dụng làm tham khảo.

II. Thách thức Đánh giá Chất lượng Không khí trong Phòng học

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của chất lượng không khí đến sức khỏe, nhưng việc đánh giá IAQ trong môi trường học đường, đặc biệt là tại Việt Nam, vẫn còn hạn chế. Các nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung vào các khu vực khác nhau với điều kiện hậu khác nhau. Nghiên cứu này hướng đến việc đánh giá IAQ tại ILA Tân Phú, từ đó cung cấp cơ sở để xây dựng các tiêu chuẩn phù hợp cho môi trường học đường tại Việt Nam. Việc đánh giá nồng độ CO và CO2 là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo thông gió và chất lượng không khí tốt.

2.1. Thiếu Tiêu chuẩn Chất lượng Không khí trong Môi trường Giáo dục

Việc thiếu các tiêu chuẩn cụ thể về chất lượng không khí trong môi trường giáo dục gây khó khăn trong việc đảm bảo sức khỏe cho học sinh và giáo viên. Các tiêu chuẩn hiện hành thường chung chung và không phản ánh được các đặc điểm riêng của môi trường học đường, nơi có mật độ người cao và các hoạt động đặc thù.

2.2. Ảnh hưởng của Chất lượng Không khí Kém đến Hiệu quả Học tập

Chất lượng không khí kém có thể ảnh hưởng đến khả năng tập trung, ghi nhớ và hiệu quả học tập của học sinh. Các chất ô nhiễm trong không khí có thể gây ra các triệu chứng như nhức đầu, mệt mỏi và khó chịu, làm giảm khả năng tiếp thu kiến thức của học sinh.

2.3. Sự cần thiết của Nghiên cứu tại Trung Tâm Anh ngữ ILA Tân Phú

Việc thực hiện nghiên cứu chất lượng không khí tại ILA Tân Phú là cần thiết để đánh giá thực trạng IAQ tại trung tâm, từ đó đưa ra các giải pháp cải thiện và bảo vệ sức khỏe cho học sinh và nhân viên. Nghiên cứu này sẽ cung cấp thông tin cụ thể và đáng tin cậy để đưa ra các quyết định về cải thiện thông gió, sử dụng vật liệu xây dựng an toàn và các biện pháp khác để cải thiện IAQ.

III. Phương pháp Nghiên cứu Chất lượng Không khí tại ILA Tân Phú

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thực nghiệm để đánh giá chất lượng không khí trong phòng học tại ILA Tân Phú. Các thông số chính được đo đạc bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ CO và nồng độ CO2. Các thiết bị đo đạc được lựa chọn phải đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy cao. Dữ liệu thu thập được sẽ được phân tích và so sánh với các tiêu chuẩn hiện hành, chẳng hạn như ASHRAE, để đánh giá mức độ ô nhiễm và đề xuất các giải pháp cải thiện.

3.1. Lựa chọn Thiết bị Đo Chất lượng Không khí Phù hợp

Việc lựa chọn thiết bị đo đạc phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo tính chính xác của kết quả nghiên cứu. Các thiết bị được sử dụng phải có khả năng đo đạc các thông số chất lượng không khí một cách liên tục và chính xác. Các thiết bị như Testo 535 và Testo 317-3 có thể được sử dụng.

3.2. Quy trình Đo đạc Nồng độ CO2 Nồng độ CO Nhiệt độ và Độ ẩm

Quy trình đo đạc phải được thực hiện một cách cẩn thận và tuân thủ theo các quy trình chuẩn. Các phép đo phải được thực hiện ở nhiều vị trí khác nhau trong phòng học và vào các thời điểm khác nhau trong ngày để đảm bảo tính đại diện của dữ liệu.

3.3. Phân tích Dữ liệu và So sánh với Tiêu chuẩn ASHRAE

Dữ liệu thu thập được sẽ được phân tích thống kê để xác định các xu hướng và mối quan hệ giữa các thông số chất lượng không khí. Kết quả phân tích sẽ được so sánh với các tiêu chuẩn ASHRAE và các tiêu chuẩn khác để đánh giá mức độ ô nhiễm và đề xuất các giải pháp cải thiện.

IV. Kết quả Nghiên cứu Đánh giá Chất lượng Không khí ILA Tân Phú

Kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ CO và nồng độ CO2 trong một số phòng học tại ILA Tân Phú vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Điều này cho thấy hệ thống thông gió chưa đáp ứng được nhu cầu. Bên cạnh đó, điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cũng cần được cải thiện để đảm bảo sự thoải mái cho học sinh. Các giải pháp cải thiện chất lượng không khí như tăng cường thông gió và sử dụng hệ thống lọc không khí cần được xem xét.

4.1. Nồng độ CO2 và Nồng độ CO vượt Tiêu chuẩn ASHRAE

Kết quả đo đạc cho thấy nồng độ CO2 thường xuyên vượt quá 1000 ppm, vượt quá tiêu chuẩn ASHRAE. Nồng độ CO trung bình mỗi phút cũng vượt mức khuyến nghị của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO).

4.2. Đánh giá Điều kiện Nhiệt độ và Độ ẩm trong Phòng Học

Nghiên cứu cũng đánh giá điều kiện nhiệt độ và độ ẩm trong phòng học. Các điều kiện hậu quả thu thập được chưa đáp ứng được Tiêu chuẩn ASHRAE 2011.

4.3. Ảnh hưởng của Chất lượng Không khí Kém đến Sức Khỏe Học Sinh

Từ thông quan được một phòng học Trung tâm Anh ngữ ILA Tân Phú, TP.HCM, lượng môi trường không trong phòng chưa được được không ảnh hưởng đến khỏe khả năng học em học sinh.

V. Giải pháp Cải thiện Chất lượng Không khí cho Trung Tâm Anh ngữ

Dựa trên kết quả nghiên cứu, một số giải pháp cải thiện chất lượng không khí được đề xuất bao gồm: tăng cường thông gió tự nhiên và thông gió cơ học, sử dụng hệ thống lọc không khí hiệu quả, lựa chọn vật liệu xây dựng và nội thất thân thiện với môi trường, và thường xuyên vệ sinh phòng học. Việc thực hiện các giải pháp này sẽ giúp cải thiện IAQ và bảo vệ sức khỏe cho học sinh và nhân viên tại ILA Tân Phú. Cần chú trọng đến việc bảo trì và vệ sinh định kỳ hệ thống HVAC.

5.1. Tăng cường Thông gió Tự nhiên và Thông gió Cơ học

Tăng cường thông gió tự nhiên bằng cách mở cửa sổ và cửa ra vào thường xuyên (khi điều kiện thời tiết cho phép). Lắp đặt và bảo trì hệ thống thông gió cơ học để đảm bảo lưu thông không khí trong phòng học.

5.2. Sử dụng Hệ thống Lọc Không khí Hiệu quả

Sử dụng các hệ thống lọc không khí có khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm như bụi, phấn hoa, nấm mốc và các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs). Lựa chọn các bộ lọc HEPA (High-Efficiency Particulate Air) để đảm bảo hiệu quả lọc cao.

5.3. Lựa chọn Vật liệu Xây dựng và Nội thất Thân thiện với Môi trường

Sử dụng các vật liệu xây dựng và nội thất có hàm lượng VOC thấp hoặc không chứa VOC. Tránh sử dụng các sản phẩm có chứa formaldehyde và các hóa chất độc hại khác.

VI. Kết luận Hướng tới Không khí trong lành cho môi trường giáo dục

Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn tổng quan về chất lượng không khí trong một môi trường giáo dục cụ thể, đồng thời đề xuất các giải pháp cải thiện. Để đảm bảo một môi trường học tập trong lành và an toàn cho học sinh, cần có sự quan tâm và đầu tư vào việc cải thiện IAQ. Nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc đánh giá hiệu quả của các giải pháp cải thiện IAQ và xây dựng các tiêu chuẩn phù hợp cho môi trường học đường tại Việt Nam. Sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, các nhà quản lý giáo dục và các chuyên gia về chất lượng không khí là rất quan trọng để đạt được mục tiêu này.

6.1. Tầm quan trọng của Việc theo dõi và Cải thiện Chất lượng Không khí Định kỳ

Việc theo dõi và đánh giá chất lượng không khí định kỳ là cần thiết để đảm bảo hiệu quả của các giải pháp cải thiện và phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn. Các biện pháp cải thiện cần được thực hiện một cách liên tục và có hệ thống.

6.2. Nghiên cứu Tiếp theo Đánh giá Hiệu quả của Giải pháp Cải thiện

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc đánh giá hiệu quả của các giải pháp cải thiện chất lượng không khí trong môi trường học đường. Các nghiên cứu này cần sử dụng các phương pháp đo đạc và phân tích dữ liệu chính xác để đánh giá mức độ cải thiện IAQ và ảnh hưởng của nó đến sức khỏe và hiệu quả học tập của học sinh.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Chất lượng môi trường trong nhà (IEQ) và chất lượng không khí trong nhà (IAQ) đang trở thành mối quan tâm hàng đầu trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng. Theo số liệu của Hiệp hội Các hiệp hội Thông gió, Sưởi ấm và Điều hòa Không khí châu Âu (REHVA), con người dành hơn 90% tổng quỹ thời gian sinh hoạt và làm việc trong không gian kín. Tại các đô thị lớn ở Việt Nam như Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh, ô nhiễm không khí trong phòng học kín sử dụng điều hòa nhiệt độ được ví như một mối nguy hại tiềm ẩn đối với sức khỏe học đường.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là thiết kế, chế tạo thành công thiết bị đo tích hợp giám sát liên tục và tiến hành đánh giá thực nghiệm các thông số vi khí hậu gồm nhiệt độ, độ ẩm cùng nồng độ khí CO và CO2. Nghiên cứu được triển khai tại phòng học 307 với diện tích 33,5 mét vuông (kích thước 6,57 m x 5,1 m x 10 m) thuộc Trung tâm Anh ngữ ILA Tân Phú, Thành phố Hồ Chí Minh, nơi có đối tượng người học chủ yếu là học sinh tiểu học từ 6 đến 10 tuổi.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài thể hiện qua việc khắc phục nhược điểm đo tức thời của các dòng máy thương mại, đồng thời ghi nhận mức biến thiên thực tế: nồng độ CO2 dao động từ 1000 ppm đến 3000 ppm và nồng độ CO trung bình 15 phút vượt ngưỡng an toàn 86 ppm theo chuẩn y tế quốc tế. Kết quả này cung cấp cơ sở dữ liệu nền tảng nhằm đánh giá tác động của môi trường kín đến khả năng tiếp thu của học sinh, đồng thời đóng góp luận cứ khoa học để hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng không khí trường học tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên mô hình toán học cân bằng khối lượng đơn vùng (Uni-zone model). Mô hình này mô tả sự phát triển theo thời gian của nồng độ chất ô nhiễm dựa trên phương trình vi phân liên hệ giữa lưu lượng khí tươi cấp từ bên ngoài, cường độ phát thải nội vi, tốc độ lắng đọng bề mặt và thể tích không gian phòng.

Đề tài áp dụng lý thuyết về Hội chứng bệnh trong nhà (Sick Building Syndrome - SBS) do Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) định hình từ năm 1986, chỉ ra rằng khoảng 10% đến 30% công trình văn phòng, trường học gặp phải các vấn đề về chất lượng không khí khiến người cư ngụ bị đau đầu, chóng mặt và mệt mỏi. Bên cạnh đó, khái niệm Bệnh liên quan đến tòa nhà (Building Related Illness - BRI) theo định nghĩa của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA 1991) được sử dụng để nhận diện các triệu chứng bệnh lý cụ thể do phơi nhiễm chất ô nhiễm.

Về hệ thống quy chuẩn đối sánh, nghiên cứu tích hợp:

• Tiêu chuẩn ASHRAE 62.1-2011 về thông gió và tiện nghi nhiệt trong phòng học (ngưỡng nhiệt độ 22,8°C đến 26,1°C tại độ ẩm tương đối 50%, lưu lượng thông gió tối thiểu 8 L/s cho mỗi học sinh, và ngưỡng giới hạn nồng độ CO2 là 1000 ppm).
• Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCVN 5687:2010/BXD quy định dải nhiệt độ 23°C đến 26°C cho trạng thái lao động trí óc nhẹ.
• Hướng dẫn chất lượng không khí trong nhà của WHO (2010) với ngưỡng phơi nhiễm giới hạn của khí CO ở mức 86 ppm trong 15 phút, 25 ppm trong 1 giờ và 8,6 ppm trong 8 giờ liên tục.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lựa chọn cỡ mẫu quan sát thực nghiệm tại 01 phòng học tiêu chuẩn điển hình của khối lớp Junior (học sinh từ 7 đến 11 tuổi). Thời gian đo đạc được chia làm 2 đợt quan sát chuyên sâu với 6 buổi học thực tế (Đợt 1 vào các ngày 01/11, 03/11, 08/11 và Đợt 2 vào các ngày 08/12, 10/12, 11/12). Mỗi buổi đo diễn ra liên tục từ 120 đến 150 phút trong điều kiện phòng bật máy lạnh và đóng kín hoàn toàn cửa sổ. Phương pháp lấy mẫu có chủ đích này phản ánh chuẩn xác điều kiện vận hành thực tế tại các trung tâm giáo dục hiện nay.

Hệ thống thiết bị đo liên tục được tự thiết kế trên nền tảng vi điều khiển Arduino Mega 2560, tích hợp:

• Cảm biến DHT22 đo nhiệt độ (dải đo -40°C đến 80°C, độ chính xác 0,1°C) và độ ẩm (0-100%RH, độ chính xác 2%RH).
• Cảm biến MG-811 đo nồng độ CO2 dựa trên nguyên lý pin điện phân và phương trình Nernst (dải đo 350 - 10000 ppm).
• Cảm biến bán dẫn MQ-7 đo nồng độ khí CO (dải phát hiện 10 - 1000 ppm).
• Module thời gian thực RTC DS1307, bộ lưu dữ liệu thẻ nhớ SD Card và màn hình hiển thị LCD 2004.

Quy trình hiệu chuẩn thiết bị được tiến hành đối sánh trực tiếp trong 15 phút với các thiết bị đo tiêu chuẩn đã kiểm định bởi Viện Kỹ thuật Nhiệt đới và Bảo vệ Môi trường: máy Testo 625 (sai lệch nhiệt độ 1°C, độ ẩm 5%), máy Testo 317-3 (sai lệch CO 8 ppm) và máy Testo 535 (sai lệch CO2 65 ppm). Dữ liệu sau thu thập được xử lý trên phần mềm thống kê R nhằm tính toán hệ số tương quan Pearson và thiết lập mô hình hồi quy tuyến tính tối ưu theo tiêu chuẩn thông tin Akaike (AIC).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích chuỗi dữ liệu thực nghiệm ghi nhận những phát hiện định lượng then chốt:

Thứ nhất, điều kiện vi khí hậu trong lớp học có xu hướng vượt ngưỡng tiện nghi nhiệt. Trong đợt đo thứ nhất, nhiệt độ trung bình phòng học ngày 01/11 đạt 29,1°C (độ lệch chuẩn 0,06) và ngày 03/11 đạt 28,4°C (độ lệch chuẩn 0,06). Các giá trị này cao hơn ngưỡng khuyến nghị tối đa 26,1°C của tiêu chuẩn ASHRAE từ 2,3°C đến 3,0°C. Độ ẩm tương đối dao động phổ biến từ 42% đến 60%. Đặc biệt, sau giờ ra chơi (khoảng 19:00 đối với lớp ngày thường và 17:15 đối với lớp cuối tuần), nhiệt độ phòng luôn tăng vọt do học sinh vận động nhiều.

Thứ hai, nồng độ khí CO duy trì ở mức cao bất thường. Giá trị nồng độ CO trung bình mỗi 15 phút đo được dao động từ 93 ppm đến 127 ppm (ngày 01/11 ghi nhận từ 126 đến 127 ppm; ngày 03/11 đạt 96 ppm; ngày 08/11 đạt 93 đến 94 ppm). Mức nồng độ này vượt ngưỡng an toàn khuyến nghị 86 ppm trong 15 phút của WHO từ 8% đến 47%.

Thứ ba, nồng độ khí CO2 tích tụ nhanh và vượt chuẩn kiểm soát. Xuyên suốt quá trình học tập, nồng độ CO2 dao động mạnh từ 1000 ppm đến 3000 ppm. Mức phát thải này cao hơn từ 1,5 đến 3,0 lần so với giới hạn tiêu chuẩn 1000 ppm của ASHRAE 62.1 dành cho môi trường lớp học.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự tích tụ nhiệt độ và nồng độ CO2 là do phòng học được vận hành theo cơ chế đóng kín tuyệt đối để giữ lạnh, trong khi hệ thống điều hòa không khí không tích hợp cửa lấy gió tươi đạt chuẩn. Khi có từ 10 đến 15 học sinh cùng hô hấp và hoạt động trong không gian 33,5 mét vuông, lượng CO2 nội vi sinh ra nhanh chóng vượt quá khả năng tự pha loãng của phòng. Điều này tương đồng với các công bố quốc tế của Daisey (2003) và Shaughnessy (2006) khi chỉ ra rằng tỷ lệ thông gió tại nhiều lớp học thực tế chỉ đạt 1,6 L/s-người, thấp hơn rất nhiều so với mức chuẩn 8 L/s-người.

Nồng độ CO vượt mức cho phép được giải thích bởi sự xâm nhập của không khí ô nhiễm từ bên ngoài thông qua hệ thống cấp khí chung của tòa nhà thương mại AEON Mall. Các nguồn phát thải từ bãi đỗ xe tầng hầm và trục đường giao thông Bờ Bao Tân Thắng đã khuếch tán vào họng hút gió mà không được xử lý triệt để qua màng lọc hấp phụ than hoạt tính.

Sự suy giảm chất lượng không khí có mối liên hệ mật thiết đến hiệu suất tiếp thu. Dựa trên nghiên cứu của Seppanen (2006), hiệu suất làm việc giảm khoảng 1% cho mỗi 1°C nhiệt độ tăng vượt mốc tối ưu. Thêm vào đó, các công bố của Wargocki và Wyon chứng minh rằng tốc độ thực hiện bài kiểm tra toán và ngôn ngữ của học sinh giảm từ 2% đến 4% khi nhiệt độ phòng tăng cao. Đồng thời, mức CO2 vượt trên 1500 ppm làm gia tăng các triệu chứng buồn ngủ, đau đầu và giảm khả năng tập trung chú ý của trẻ em từ 15% đến 20%.

Các dữ liệu quan trắc chuỗi thời gian này được minh họa trực quan qua biểu đồ đường biến thiên theo từng phút và bảng tổng hợp các chỉ số thống kê mô tả (trung bình, phương sai, độ lệch chuẩn), giúp làm nổi bật khoảng cách chênh lệch rõ rệt so với các mốc quy chuẩn ASHRAE và WHO.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm cải thiện toàn diện chất lượng môi trường không khí trong phòng học, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp cụ thể:

• Cải tạo hệ thống thông gió và cấp gió tươi: Ban Quản lý cơ sở vật chất trung tâm phối hợp cùng bộ phận kỹ thuật tòa nhà tiến hành nâng cấp van cấp khí tươi cơ khí, bảo đảm tỷ lệ thông gió đạt tối thiểu 8 L/s cho mỗi học sinh theo đúng tiêu chuẩn ASHRAE 62.1. Thời gian triển khai hoàn thành trong vòng 90 ngày tới.
• Lắp đặt hệ thống lọc khí đa tầng: Trang bị màng lọc sơ cấp kết hợp màng lọc MERV 8 đến MERV 11 và màng lọc hấp phụ than hoạt tính tại các cửa cấp khí điều hòa nhằm loại bỏ từ 60% đến 80% nồng độ khí độc CO và bụi mịn xâm nhập từ môi trường giao thông bên ngoài. Lộ trình thực hiện trong 6 tháng.
• Triển khai hệ thống cảm biến giám sát thông minh: Đội ngũ kỹ thuật lắp đặt cố định các module quan trắc vi khí hậu tự động tại từng phòng học, thiết lập cơ chế kích hoạt quạt hút bổ sung khi nồng độ CO2 vượt ngưỡng 1000 ppm hoặc khi nồng độ CO vượt 25 ppm, đồng thời duy trì dải nhiệt độ phòng ở mức 23°C đến 25°C và độ ẩm từ 50% đến 60%. Tiến độ nghiệm thu định kỳ hàng quý.
• Tối ưu hóa quy chế vận hành lớp học: Giáo viên và nhân viên quản lý lớp thực hiện mở toang cửa chính trong khoảng thời gian nghỉ giải lao 15 phút giữa ca học để tạo dòng đối lưu tự nhiên, giúp giảm nhanh 40% đến 50% lượng khí CO2 tích tụ trước khi bước vào tiết học tiếp theo. Giải pháp này cần áp dụng ngay lập tức tại tất cả các cơ sở.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả thực nghiệm của luận văn mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng:

• Học viên cao học, sinh viên và nhà nghiên cứu ngành Kỹ thuật Môi trường: Tài liệu cung cấp quy trình bài bản từ việc lựa chọn linh kiện cảm biến điện hóa, vi điều khiển Arduino Mega 2560 đến phương pháp xây dựng mô hình toán học cân bằng khối lượng và phân tích thống kê chuỗi dữ liệu môi trường bằng ngôn ngữ R.
• Ban Giám đốc và Quản lý các trung tâm giáo dục, trường học tư thục: Sử dụng kết quả nghiên cứu làm cơ sở kiểm toán hiện trạng vi khí hậu phòng học, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hệ thống HVAC phù hợp nhằm nâng cao 15% hiệu quả học tập và bảo vệ sức khỏe học viên.
• Kỹ sư thiết kế, tư vấn giải pháp HVAC và Cơ điện công trình (M&E): Cung cấp số liệu thực tế về động thái phát tán chất ô nhiễm trong không gian kín để tính toán chính xác công suất cấp gió tươi, bố trí cửa hút gió cách xa nguồn phát thải giao thông đô thị.
• Cơ quan quản lý nhà nước về Y tế học đường và Bảo vệ Môi trường: Cung cấp nguồn cứ liệu thực chứng giúp các nhà hoạch định chính sách xây dựng và ban hành Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về chất lượng không khí trong nhà dành riêng cho các cơ sở giáo dục tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao nồng độ CO2 trong phòng học kín lại tăng cao lên mức 1000 đến 3000 ppm?
Nguyên nhân chủ yếu do quá trình hô hấp liên tục của 10 đến 15 học sinh trong không gian kín 33,5 mét vuông không có hệ thống cấp gió tươi ngoài trời. Sự tích tụ CO2 theo hàm số mũ khiến nồng độ trong phòng vượt từ 1,5 đến 3 lần giới hạn an toàn 1000 ppm theo tiêu chuẩn ASHRAE.

Khí CO trong phòng học bắt nguồn từ đâu khi bên trong không có thiết bị đốt cháy?
Khí CO sinh ra từ khí thải xe cơ giới tại các trục đường giao thông xung quanh và bãi giữ xe tầng hầm của tòa nhà thương mại. Lượng khí độc này bị hệ thống điều hòa trung tâm hút vào qua cửa cấp gió ngoài trời và khuếch tán trực tiếp vào phòng học, khiến nồng độ đo được đạt 93 đến 127 ppm.

Thiết bị đo tự chế tạo bằng Arduino có bảo đảm độ tin cậy để đánh giá môi trường không?
Thiết bị tự chế tạo đạt độ tin cậy cao nhờ sử dụng các cảm biến công nghiệp như MG-811, DHT22, MQ-7 và đã qua hiệu chuẩn đối sánh với máy đo chuyên dụng Testo 625, Testo 317-3 và Testo 535. Mức sai lệch nhiệt độ chỉ 1°C và CO chỉ 8 ppm, hoàn toàn đáp ứng tốt nhu cầu giám sát liên tục với chi phí tiết kiệm hơn 70%.

Nhiệt độ phòng học cao ảnh hưởng như thế nào đến khả năng tiếp thu của học sinh tiểu học?
Nhiệt độ phòng học ở mức 28°C đến 29°C gây cảm giác ngột ngạt và mệt mỏi. Các nghiên cứu học thuật chỉ ra rằng tốc độ giải toán và xử lý ngôn ngữ của trẻ em giảm từ 2% đến 4% cho mỗi 1°C nhiệt độ tăng quá ngưỡng tiện nghi, đồng thời làm giảm 1% hiệu suất học tập nói chung.

Biện pháp đơn giản nhất để hạ nhanh nồng độ chất ô nhiễm trong giờ học là gì?
Biện pháp tức thời và hiệu quả nhất là mở rộng cửa ra vào trong 15 phút giờ ra chơi để không khí tươi bên ngoài lưu thông tự nhiên. Việc làm này giúp giảm tức thì 40% nồng độ CO2 tích tụ và đưa nhiệt độ phòng về mức cân bằng trước khi bắt đầu tiết học mới.

Kết luận

• Chế tạo thành công thiết bị đo liên tục đa thông số môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, CO, CO2) trên nền tảng vi điều khiển Arduino Mega 2560 với độ chính xác cao và sai số nhỏ khi đối chuẩn với thiết bị Testo.
• Ghi nhận điều kiện nhiệt độ phòng học thực tế dao động từ 25,4°C đến 29,1°C, thường xuyên vượt ngưỡng tiện nghi nhiệt 26,1°C theo tiêu chuẩn ASHRAE 62.1 và TCVN 5687:2010.
• Phát hiện nồng độ CO trung bình 15 phút (93 - 127 ppm) vượt ngưỡng cho phép 86 ppm của WHO, cảnh báo nguy cơ phơi nhiễm khí độc xâm nhập từ môi trường giao thông bên ngoài tòa nhà.
• Xác định nồng độ CO2 tích tụ từ 1000 ppm đến 3000 ppm trong giờ học kín, phản ánh tình trạng thiếu hụt nghiêm trọng lưu lượng thông gió tiêu chuẩn 8 L/s-người.
• Đóng góp nguồn tư liệu khoa học thực chứng phục vụ công tác nghiên cứu vi khí hậu học đường và thúc đẩy ban hành các tiêu chuẩn chất lượng không khí trong nhà tại Việt Nam.

Kế hoạch tiếp theo đề xuất mở rộng quy mô quan trắc trên 20 phòng học với các điều kiện kiến trúc khác nhau trong vòng 12 tháng tới. Các nhà quản lý giáo dục và đơn vị vận hành tòa nhà hãy chủ động kiểm tra, nâng cấp hệ thống thông gió ngay hôm nay để kiến tạo môi trường học tập an toàn, trong lành và tối ưu cho sự phát triển của thế hệ tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TONG QUAN 1. Nghiên cứu về các điều kiện vi khí hậu Các điều kiện vi khí hậu như nhiệt độ và độ ẩm từ lâu đã được nghiên cứu nhiều trên thế giới bởi những ảnh hưởng chúng lên hoạt động, hiệu quả làm việc và học tập của con người. Một số ảnh hưởng của nhiệt độ được Wyon và cộng sự (2006) chỉ ra trong nghiên cứu của mình như sau: - Su khó chịu về nhiệt độ gây mất tập trung và dẫn đến sự phàn nàn làm tăng chi phí bảo trì, bảo dưỡng -_ Nhiệt độ cao làm giảm các hoạt động của con người, gây ra các triệu chứng trong tòa nhà (SBS) và có ảnh hưởng tiêu cực đến sự tập trung - _ Điều kiện nhiệt độ thấp làm giảm nhiệt độ của các ngón tay và giảm hiệu quả hoạt động của bàn tay - Su thay đổi nhiệt độ nhanh chóng (điều chỉnh nhiệt độ tăng ít) cho hiệu quả làm việc không thay đổi, trong khi thay đổi nhiệt độ một cách chậm chỉ gây ra sự khó chịu - _ Nhiệt được truyền theo phương thắng đứng làm giảm cảm giác về chất lượng không khí hoặc dẫn tới làm giảm nhiệt độ trong phòng, và gây ra sự phàn nan vé san lanh. Ngoài ra, Seppanen và cộng sự (2006) đã lập được mối liên hệ giữa nhiệt độ và hiệu quả làm việc và chỉ ra rằng hiệu quả làm việc giảm 1% cho mỗi 1°C thay đổi dựa trên 24 nghiên cứu của mình.

Bên cạnh đó, việc gia tăng nhiệt độ dẫn đến giảm hiệu quả làm việc đã được nghiên cứu nhiều trong các lĩnh vực khác nhau. Ví dụ, hiệu quả vận hành tại một trung tâm viễn thông tốt hơn khi duy trì nhiệt độ trong phòng dưới 25”C (Niemela và cộng sự, 2002) hay một nghiên cứu của Federspiel và cộng sự (2002) cho thấy các y tá làm việc tại một trung tâm tư vấn sức khỏe viết báo cáo chậm hơn 16% khi nhiệt độ làm việc trên 25,4°C. Tuy chưa có một mô hình chuẩn nào cho các nghiên cứu trên, tuy nhiên nó chỉ ra được mối liên hệ cụ thê giữa nhiệt độ trong phòng và hiệu quả làm việc của con người. Ngoài những ảnh hưởng tiêu cực của việc gia tăng nhiệt độ đến hiệu quả làm việc của người lớn thì việc gia tăng nhiệt độ cũng có ảnh hưởng đến khả năng học tập của học sinh.

Schoer và Shaffran (1973) đã báo cáo rằng trẻ em từ 10 đến 12 tuổi thực hiện các bài kiểm tra và bài tập đơn giản và lặp lại tốt hơn trung bình 5,7% ở phòng học máy lạnh có nhiệt độ 22,5°C so với phòng học không có điều hòa và nhiệt độ khoảng 26°C. Một nghiên cứu gần đây của Wargoki and Wyon ở trường học khi học sinh thực hiện các bài tập về toán học và ngôn ngữ đã đưa ra rằng khi SVTH: Nguyên Bình Phương Ngân Trinh GVHD: TS. Nguyén Lit Phuong Ludn van tot nghiép Nghiên cứu điều kiện vi khí hậu, CO, CO; trong phòng học trung tâm Anh ngữ ILA theo thời gian nhiệt độ giảm I°C thì tốc độ thực hiện các bài tập của học sinh tăng khoảng từ 2- 4%. Từ các nghiên cứu trên thế giới về ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độ, độ ẩm đến hoạt động, sự tập trung và khả năng học tập của con người, ta có thé thay duoc viéc nghién ctru về điều kiện vi khí hậu hiện nay ở nước ta là việc làm cần thiết.

Đặc biệt là điều kiện vi khí hậu trong lớp học, nơi đối tượng tham gia là các em học sinh thì đây là việc hết sức cần thiết để bước đầu đánh giá được sơ bộ điều kiện nhiệt độ, độ ảm đề điều chỉnh sao cho thích hợp, tối ưu hóa việc học và tiếp thu của các em học sinh. Nghiên cứu về điều kiện thông gió, CO; và CO Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng tỷ lệ thông gió có liên hệ với chất lượng không khí trong nhà. Seppanen và cộng sự (2006) đã chỉ ra rằng có mối quan hệ về số lượng giữa hiệu quả trong văn phòng và tỷ lệ thông gió thông qua nghiên cứu của mình. Tuy nhiên, các nghiên cứu về chất lượng môi trường không khí trong nhà, đặc biệt là môi trường không khí trong lớp học còn khá ít và rời rạc.

Một nghiên cứu được thực hiện bởi Turk và cộng sự (1989) tại 6 trường ở Oregon, Mỹ và 2 trường ở Washington, Mỹ, cho biết tỷ lệ thông gió cho toàn bộ tòa nhà nằm trong khoảng 4,5 — 31 1⁄s-người, trong khi tỷ lệ thông gió trung bình trong lớp học chỉ đạt 1,6 l⁄s-người. Ngoài ra, ở Đan Mạch, tỷ lệ thông gió trung bình đo được ở 11 trường là 6. Theo tiêu chuân ASHRAE 62 — 2004 về chất lượng không khí trong nhà, tỷ lệ thông gió tối thiêu khuyết nghị trong phòng học là 8 l/s-người. Điều này cho thấy, điều kiện thông gió ở các trường học ở một số nơi trên thế giới vẫn chưa đáp ứng được tiêu chuẩn và có thê dẫn tới những ảnh hưởng tiêu cực đến học sinh, đặc biệt là học sinh tiểu học.

Shaughnessy và cộng sự (2006) đã thực hiện nghiên cứu ở 54 trường tiêu học ở Mỹ, cho thấy có mối liên hệ giữa hiệu quả học tập của học sinh tiêu học đối với tỷ lệ thông gió trong phòng học (được tính toán theo nồng độ CO; đo được). Hiệu quả học tập của các em học sinh lớp năm được đánh giá thông qua bài kiểm tra toán và đọc trong mỗi điều kiện thông gió nhất định. Kết quả cũng cho thấy, khả năng đọc và làm toán của học sinh tăng tỷ lệ thuận với điều kiện thông gió và đạt hiệu quả cao nhất ở tỷ lệ thông gió là 4,5 l⁄s-người (cho 12 học sinh). Sự thiếu hụt thông gió trong phòng học có thê dẫn đến sự tích tụ các chất hóa học và vi sinh vật trong không khí, nồng độ của các chất ô nhiễm trong lớp học càng tăng.

Điều này không những ảnh hưởng đến khả năng tiếp thu của học sinh mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe của các em (Daisey và cộng sự, 2003). Kết quả nghiên SVTH: Nguyên Bình Phương Ngân Trinh GVHD: TS. Nguyén Lit Phuong Ludn van tot nghiép Nghiên cứu điều kiện vi khí hậu, CO, CO; trong phòng học trung tâm Anh ngữ ILA theo thời gian cứu của Myhrvold và cộng sự (1996) thực hiện ở 22 phòng hoc tai 5 trường ở Na Uy cho thấy có mối tương quan từng phần (one-way ANOVA, P<0.001) giữa các bệnh như nhức đầu, chóng mặt, mệt mỏi, khó tập trung và nồng độ CO; cao (1500- 4000ppm so với nồng độ dưới 1500ppm). Hơn nữa, ở 14 trường được nghiên cứu ở Hà Lan chỉ ra rằng, có mối liên hệ các “bénh trong toa nha” (Sick building sydrome) và nồng độ CO; cao (Potting và cộng sự, 1987).

Kết quả của hai nghiên cứu trên có thê không tương khớp nhau tuy nhiên, nó cũng cho thấy tỷ lệ thông gió và nồng độ CO; có thê đại diện cho các yếu tố thực khác mà gây ra các bệnh cho học sinh (Daisey và cộng sự, 2003). Một số các khái niệm cơ bản 1.1 Chất lượng môi trường trong nhà (Indoor environment quality - IEQ) Theo định nghĩa của REHVA ICQ Assessment Guidebook, chất lượng môi trường trong nhà (IEQ) được xác định là tập hợp của nhiệt, tầm nhìn, âm thanh, rung động và thoải mái về nhiệt. Và chất lượng không khí trong nhà (IAQ) ảnh hưởng đến cách hành xử, năng suất trong lao động, hiệu quả học tập và chỉ phí về năng lượng.2 Chất lượng không khí trong nha (Indoor air quality - IAQ) Hiện nay có nhiều định nghĩa khác nhau về chất lượng không khí trong nhà (IAQ). Trong thuật ngữ của Indoor Air Sciences, Hiệp hội quốc tế về chất lượng không khí trong nhà và khí hậu (ISIAQ) định nghĩa chất lượng không khí trong nhà như một chỉ số về loại và nồng độ của các chất ô nhiễm trong không khí có thể gây khó chịu hoặc có nguy cơ ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người hoặc động vật, hoặc gây hại cho thực vật.

Theo định nghĩa của EPA, chất lượng không khí trong nhà (IAQ) đề cập đến chất lượng không khí bên trong và xung quanh các tòa nhà và công trình, đặc biệt là khi nó liên quan đến sức khỏe và sự thoải mái của những người sinh sống và làm việc. Sự hiểu biết và kiểm soát các chất ô nhiễm trong nhà có thể giúp giảm nguy cơ gây ra các vấn đề về sức khỏe trong nhà. Các cách để đánh giá chất lượng không khí trong nhà Theo REHVA ICQ Assessment Guidebook, có ba cách khác nhau để đánh giá chất lượng không khí trong nhà và thể hiện kết quả một cách định lượng, lần lượt dựa trên: - _ Các giá trị đo được của từng nồng độ riêng biệt của một tập hợp các chất gây ô nhiễm (các hạt, các hợp chất hóa học, nắm, vi khuẩn, .) SVTH: Nguyén Bình Phương Ngân Trinh GVHD: TS. Nguyén Lit Phuong Ludn van tot nghiép Nghiên cứu điều kiện vi khí hậu, CO, CO; trong phòng học trung tâm Anh ngữ ILA theo thời gian -_ Các giá trị tính toán định lượng nhằm đánh giá mức độ khuếch tán của các chất ô nhiễm thông qua quá trình thông gió (ví dụ như tỷ lệ thông gió) - Danh gid chủ quan, thể hiện trên thang số chỉ mức độ không hài lòng của bảng đánh giá.

Các phương trình của sự phát triển theo thời gian của nông độ chất ô nhiễm Xem xét một căn phòng (vùng) đồng nhất, nơi có một nguồn ô nhiễm có trao đổi khí với không khí bên ngoài, và một máy lọc không khí có thê được hoạt động. Cho rằng có khả năng lắng đọng và hấp thu các chất ô nhiễm trên các bức tường và các bề mặt khác, sự phát triển theo thời gian của nồng độ của một chất được xác định bởi phương trình vi phan sau: dC G SQ OT at Mest AC — va - TF ar Vv CEac Trong do: C là nồng độ trung bình tức thời của chất gây ô nhiễm [mg / m] G là chất ô nhiễm tạo ra từ bên trong phòng [mg / h] V là thể tích phòng [m'] 2% là tỷ lệ trao đổi không khí tức là tỷ lệ dòng khí sạch được cấp cho phòng theo thể tích phòng [h”] Cạ« là nồng độ của các chất ô nhiễm trong không khí bên ngoài [mg / m°] vạ là tốc độ lắng của các chất gây ô nhiễm [mg / h.m?] S là diện tích bề mặt lắng [m?] Q« là tỷ lệ dòng khí qua bộ lọc khí [m° / h] £ac là hiệu quả của bộ lọc không khí [-] SVTH: Nguyên Bình Phương Ngân Trinh GVHD: TS.