Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện vi khí hậu, nồng độ CO, CO2 trong phòng học đối với hiệu quả học tập của sinh viên và đề xuất phương án cải thiện hiệu quả học tập

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ANOVA: Analysis of Variance – Phân tích phương sai một yếu tố ASHRAE: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers – Hiệp hội kỹ sư về

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Tp,Hồ Chí Minh, ngày……tháng……năm 2016

Giảng viên hướng dẫn

TS Nguyễn Lữ Phương

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Tp,Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2016

Giảng viên phản biện

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU 1

Đặt vấn đề 1

Phương pháp nghiên cứu 2

Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

Nội dung thực hiện 4

Kết quả đạt được của đề tài 4

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 6

1.1 KHÁI QUÁT VỀ THỰC TRẠNG Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 6

1.2 TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ ĐỘC CHẤT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 7

1.2.1 Khái quát chung về một số chất ô nhiễm không khí 7

1.2.2 Benzen 8

1.2.3 Formaldehyde 9

1.2.4 Naphthalene 10

1.2.5 Nitrogen Dioxide 10

1.2.6 Carbon Monoxide (CO) 11

1.2.7 Carbon Dioxide (CO2) 13

1.3 KHÁI QUÁT VỀ CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG TRONG NHÀ 15

1.4 CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ TRONG NHÀ 16

1.4.1 Khái niệm 16

1.4.2 Cảm nhận về chất lượng không khí trong nhà 17 1.4.3 Các yếu tố tác động đến sự cảm nhận chất lượng không khí của con người 17

1.4.4 Mối liên hệ chất lượng không khí trong nhà và hiệu suất làm việc, học tập 18

1.4.5 Tình hình nhiễm độc khí CO trên thế giới và ở Việt Nam 20

1.4.6 Mối liên hệ giữa nồng độ khí CO2 trong không khí và hiệu suất làm việc 22

1.5 CHẤT LƯỢNG NHIỆT TRONG NHÀ 23

1.5.1 Khái niệm về chất lượng nhiệt 23

1.5.2 Cơ chế điều nhiệt trên cơ thể người 23

1.5.3 Cân bằng năng lượng trong cơ thể người 23

1.5.4 Điều kiện để đạt được sự thoải mái về nhiệt 25

1.5.5 Tác động của chất lượng nhiệt trong nhà đối với làm việc và học tập 26

1.6 Chất lượng độ ẩm trong nhà 27

1.6.1 Khái niệm về độ ẩm 27

1.6.2 Tác động của chất lượng độ ẩm đến sức khỏe con người 27

1.7 Giới thiệu cảm biến nồng độ khí CO, CO 2 , nhiệt độ và độ ẩm 28

1.7.1 Giới thiệu cảm biến nhiệt độ và độ ẩm - DHT22 28

1.7.2 Giới thiệu Sensor cảm biến nồng độ CO – MQ07 30

1.7.3 Giới thiệu cảm biến nồng độ CO2 – MG811 32

1.8 GIỚI THIỆU VỀ MÁY LẠNH DAIKIN ỐP TRẦN FFQ-B9V 33

1.8.1 Tổng quan về máy điều hòa không khí 33

1.8.2 Phương trình cân bằng nhiệt ẩm 33

1.8.3 Giới thiệu về máy lạnh Daikin ốp trần FFQ-B9V 36

1.9 Giới thiệu về các phương pháp thống kê 37

1.9.1 Các giá trị thống kê mô tả 37

1.9.2 Phân tích phương sai một yếu tố 38

1.9.3 Phân tích tương quan 40

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42

2.1 Sơ đồ tổng quát 42

2.2 Tiến hành khảo sát 43

2.2.1 Giới thiệu về trường Đại học Hoa Sen – Cơ sở Tản Viên 43

2.2.2 Tiến hành đo đạc và số hóa lớp học 44

2.2.3 Chế tạo thiết bị cảm biến vi khí hậu và quan trắc nồng độ CO, CO2 47

2.2.4 Tiến hành đo và xử lý số liệu 49

2.2.5 Tiến hành khảo sát chất lượng học tập 51

CHƯƠNG 3 Kết quả và thảo luận 52

3.1 Kết quả so sánh giá trị thiết bị đo với các thiết bị đo chuẩn đã kiểm định 52

3.2 Kết quả quan trắc các thông số vi khí hậu và nồng độ CO, CO 2 52

3.2.1 Kết quả quan trắc thông số vi khí hậu trong phòng học 54

3.2.2 Kết quả quan trắc nồng độ CO trong phòng học 64

3.2.3 Kết quả quan trắc nồng độ CO2 trong phòng học 68

3.3 Kết quả đánh giá hiệu quả học tập của sinh viên khi có sự biến đổi của điều kiện vi khí hậu, nồng độ co và co 2 trong phòng học 71

3.4 Giải pháp cải thiện chất lượng học tập của sinh viên 75

3.4.1 Giải pháp về nhiệt độ điều hòa trong phòng học 75

3.4.2 Giải pháp về cải thiện chất lượng thông gió 75

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 78

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Phân loại mức độ nhạy cảm của đối tượng khảo sát 17

Bảng 1.2 Triệu chứng nhiễm độc của ngườitiếp xúc với CO ở các nồng độ 20

Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật của cảm biến DHT22 29

Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật của cảm biến MQ07 31

Bảng 1.5 Mô hình thí nghiệm phân tích phương sai một yếu tố 39

Bảng 1.6 Bảng tính toán ANOVA 39

Bảng 2.1 Ví dụ về mẫu câu hỏi được sử dụng trong bảng khảo sát 51

Bảng 3.1 Kết quả giá trị kiểm định thiết bị so với các thiết bị chuẩn khác 52

Bảng 3.2 Bảng số liệu trích dẫn của ngày đo 10-10-2016 53

Bảng 3.3 Các giá trị thực đo các ngày so với tiêu chuẩn REHVA 54

Bảng 3.4 Một số giá trị thống kê mô tả nhiệt độ phòng qua các ngày đo 55

Bảng 3.5 Giá trị trung bình nhiệt độ phòng và một số giá trị liên quan khác 55

Bảng 3.6 Tính toán giá trị ANOVA nhiệt độ giữa các ngày đo 56

Bảng 3.7 Một số giá trị thống kê mô tả độ ẩm phòng qua các ngày đo 60

Bảng 3.8 Giá trị trung bình độ ẩm phòng và một số giá trị liên quan khác 60

Bảng 3.9 Tính toán giá trị ANOVA độ ẩm giữa các ngày đo 61

Bảng 3.10 Một số giá trị thống kê mô tả nồng độ CO qua các ngày đo 65

Bảng 3.11 Giá trị trung bình độ ẩm phòng và một số giá trị liên quan khác 65

Bảng 3.12 Một số giá trị thống kê mô tả nồng độ CO trong phòng 68

Bảng 3.13 Mức độ hài lòng của sinh viên về điều kiện nhiệt 74 Bảng 3.14 So sánh chất lượng thông gió của phòng học và giải pháp đề xuất 76

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu trúc thiết kế của cảm biến DHT22 29

Hình 1.2 Cấu trúc kỹ thuật của cảm biến MQ-07 32

Hình 1.3 Cấu trúc kỹ thuật cảm biến MG-811 33

Hình 1.4 Máy lạnh ốp trần Daikin 12000 BTU FFQ-B9V 36

Hình 1.5 Mặt cắt và kích thước kỹ thuât máy lạnh Daikin FFQ-B9V 36

Hình 1.6 Mô tả các trường hợp của biến ngẫu nhiên 40

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát về phương pháp nghiên cứu 42

Hình 2.2 Cơ sở Tản Viên – trường Đại học Hoa Sen 43

Hình 2.3 Một số hình ảnh về lớp học Trường Đại học Hoa Sen 44

Hình 2.4 Tiến hành đo đạc các kích thước của lớp học 45

Hình 2.5 Hình dạng lớp học nhìn từ mặt cắt trên 45

Hình 2.6 Hình dạng lớp học nhìn theo các góc nhìn trong không gian 46

Hình 2.7 Sơ đồ cấp gió và thông khí của các máy điều hòa trong phòng học 46

Hình 2.8 Sơ đồ mạch của thiết bị 48

Hình 2.9 Sơ đồ mạch được xây dựng bằng máy tính 48

Hình 2.10 Quá trình chế tạo và xây dựng thiết bị 49

Hình 2.11 Vị trí đặt máy trong phòng học 50

Hình 3.1 Sự thay đổi nhiệt độ và nhiệt độ phòng theo từng ngày đo 58

Hình 3.2 Tổng hợp kết quả đo đạc nhiệt độ qua các ngày 59

Hình 3.3 Sự thay đổi độ ẩm và nhiệt độ phòng theo từng ngày đo 63

Hình 3.4 Tổng hợp kết quả đo đạc độ ẩm qua các ngày 64

Hình 3.5 Sự thay đổi của nồng độ CO và nhiệt độ điều hòa theo thời gian 67

Hình 3.6 Tổng hợp kết quả đo đạc nồng độ CO qua các ngày đo 68

Hình 3.7 Sự thay đổi của nồng độ CO 2 nhiệt độ và số người theo thời gian 70

Hình 3.8 Phân bố điểm của các bài khảo sát sinh viên ở các mức nhiệt độ 71 Hình 3.9 Thời gian hoàn thành các bài khảo sát theo số thứ tự 72 Hình 3.10 Thời gian hoàn thành bài khảo sát phân theo từng ngày 73

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

ANOVA: Analysis of Variance – Phân tích phương sai một yếu tố

ASHRAE: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning

Engineers – Hiệp hội kỹ sư về thông gió, điều hòa và làm mát sửa ấm của

Mỹ COP: Coefficient of Performance – Hệ số sử dụng hiệu quả điện năng

ĐHNĐ: Điều hòa nhiệt độ

IAQ: Indoor Air Quality – Chất lượng không khí trong nhà

IEQ: Indoor Environment Quality – Chất lượng môi trường trong nhà

PMV: Predicted Mean Vote – Giá trị đánh giá cảm nhận nhiệt của con người REHVA: Federation of European Heating, Ventilation and Air Conditioning

Associations – Hiệp hội thông gió, điều hòa và làm mát sưởi ấm của châu Âu

SBS: Sick Building Syndromes – Các loại bệnh lý do môi trường trong nhà VBA: Visual Basic for Applications – Ngôn ngữ lập trình Visual Basic

VOCs: Volatile Organic Compounds – Các loại hợp chất hữu cơ bay hơi

WHO: World Health Organization – Tổ chức y tế thế giới

MỞ ĐẦU

ĐẶT VẤN ĐỀ

Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, nước ta đã và đang từng ngày hội nhập khẳng định mình trên trường thế giới Nền công nghiệp, hiện đại hóa đất nước ngày càng phát triển kèm theo đó là sự ô nhiễm môi trường dẫn đến các thảm họa không thể tránh khỏi trong tương lai Trong đó vấn đề chất lượng môi trường không khí đang ngày càng được quan tâm nhiều Do đó việc quản lí, giám sát, khắc phục, ngăn ngừa các hoạt động có tác động xấu đến môi trường trong tương lai là điều hết sức cần thiết

Thông thường con người giành khoảng 3 giờ để di chuyển mỗi ngày, có nghĩa là giành 80-90% thời gian sinh sống và làm việc ở trong nhà; trong đó, 8 giờ mỗi ngày để làm việc tại các cơ quan xí nghiệp,….Điều đó có nghĩa là chiếm khoảng 30% thời gian

để hít thở không khí trong các nhà máy xí nghiệp, vì vậy chất lượng không khí trong các nhà máy xí nghiệp đóng một vai trò rất quan trọng, ảnh hưởng rất nhiều đến người lao động Các thông số vi khí hậu, CO, CO2 là những thông số cơ bản luôn luôn hiện diện trong môi trường dễ đo đạc nhưng có ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người và hệ sinh thái Không những có tác động đến sức khỏe và hiệu quả lao động, ô nhiễm môi trường không khí trong nhà còn được xem là một trong những nguyên nhân chính gây nên sự hao phí năng lượng trong quá trình sử dụng tòa nhà (thông qua việc sử dụng máy lạnh và các thiết bị thông gió, chiếu sáng trong tòa nhà) và gia tăng chi phí trong việc bảo trì bảo dưỡng thiết bị Sinh viên, học sinh là đối tượng nhạy cảm với sự thay đổi của môi trường không khí do hệ miễn dịch chưa hoàn thiện đầy đủ, đặc trưng làm việc đòi hỏi sự tập trung cao độ, cường độ làm việc cao và yếu tố sức khỏe tác động trực tiếp tới hiệu quả học tập, hơn nữa môi trường làm việc tiếp xúc với nhiều người trong một không gian cố định chật hẹp gây nên sự lây nhiễm, lây lan dễ dàng của các bệnh suy hô hấp và các bệnh lý trong nhà (SBS) khác

Nhận ra được mối nguy hại đó, trên thế giới, vấn đề ô nhiễm môi trường không khí luôn là một vấn đề nóng trên nhiều diễn đàn khoa học, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm không khí trong nhà Nhiều nghiên cứu được báo cáo chủ yếu tập trung làm rõ tầm quan trọng của việc thông thoáng không khí đối với sức khỏe và cảm nhận của con người ở nhiều môi trường khác nhau: học tập, ăn uống, làm việc, nghỉ dưỡng và bệnh viện, …và

đề ra nhiều phương án và chương trình giảm thiểu cụ thể Ngoài ra, một số tổ chức quốc

tế về thông gió và điều hòa không khí như REHVA (châu Âu) đã được thành lập nhằm

đề ra phương hướng chung và tạo ra sức ảnh hưởng trong nhận thức của con người về vấn đề cấp thiết này Đặc biệt, tại Nhật Bản và nhiều quốc gia châu Âu khác đã tiến hành nghiên cứu tại các trường học, khi mà học sinh bắt đầu giờ học trên lớp Họ tiến hành quan trắc nồng độ các chất ô nhiễm, tỉ lệ thông thoáng khí và điều kiện vi khí hậu cùng lúc phân tích sự thay đổi sức khỏe của học sinh dựa trên các thang đo sức khỏe Kết quả cho thấy nhiều mối tương quan chặt chẽ và sự nhạy cảm của học sinh đối với điều kiện môi trường thay đổi

Tại Việt Nam những năm gần đây, sự ứng dụng khoa học kỹ thuật và công nghệ vào nghiên cứu, xây dựng đã trở nên phổ biến Sự phát triển của công nghệ thông tin và điện-điện tử đã giúp con người tiếp cận sâu hơn vào các mối quan tâm mới, hướng đi mới trên thế giới, trong đó có ô nhiễm không khí trong nhà Tỉ lệ thông gió và điều kiện không khí nơi làm việc đã được đề cập nhiều trong các báo cáo và nghiên cứu về chất lượng làm việc của công nhân và người lao động tại các xưởng cơ khí, máy móc và nhà máy Tại đó, các nghiên cứu này đa số chỉ ra các tác động của chất ô nhiễm đặc trưng tương ứng với hoạt động sản xuất của nhà máy đối với sức khỏe công nhân Các nghiên cứu ở Việt Nam tuy còn mang tính chất thô sơ, đơn giản hơn rất nhiều so với thế giới

do vẫn còn nhiều hạn chế về nhận thức và thiết bị tuy nhiên đã tạo nhiều dấu ấn và nền tảng cho những nghiên cứu về sau

Từ những lợi thế và hạn chế ở trên, thực tế đòi hỏi cần có những nghiên cứu đa dạng hơn về hiệu quả lao động và học tập của con người trong một môi trường chuyên sâu và phức tạp như trường đại học để khảo sát sự thay đổi về nồng độ các chất ô nhiễm, điều kiện vi khí hậu lên sinh viên trong các trường hợp khác nhau Đó là lý do ra đời

của khóa luận thực hiện “Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện vi khí hậu, nồng độ CO, CO2 trong phòng học đối với hiệu quả học tập của sinh viên và đề xuất phương án cải thiện hiệu quả học tập”

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

a Phương pháp điều tra và nghiên cứu thực địa

Hiện nay, với sự hỗ trợ của máy móc và công nghệ thông tin cho phép con người

có thể đo đạc và quan trắc nồng độ các chất ô nhiễm một cách đơn giản hơn rất nhiều

mà không cần phải thông qua các hình thức lấy mẫu phức tạp và chuẩn độ mất nhiều thời gian và công sức Hơn thế nữa, các thiết bị công nghệ hiện đại với độ nhạy cao còn

có thể đo được nồng độ với độ chính xác cao hơn nhiều so với thao tác bằng tay trong

một thời gian liên tục, nhiều lần với giá trị có thể được số hóa và lưu trữ Tận dụng sự phát triển đó, khóa luận này ứng dụng xây dựng một thiết bị quan trắc phù hợp với điều kiện thực địa và đòi hỏi của đề tài là đo đạc trong một thời gian liên tục (tần suất lấy mẫu 0.1 giây), đầu dò cảm biến (sensor) có độ nhạy cao thích ứng với đặc điểm thay đổi nhỏ của không khí trong nhà và kết quả được lưu trữ bằng bộ nhớ di động (SD card) thích hợp để sao lưu và xử lý mẫu

Hiệu quả học tập của sinh viên được trắc nghiệm dựa trên các bài kiểm tra tính toán đơn giản và phức tạp, đòi hỏi mức độ tư duy logic nhằm khảo sát hiệu quả làm việc qua từng khung thời gian khác nhau

 Khảo sát sự thay đổi của các thông số vi khí hậu, nồng độ CO2, CO dựa trên

sự thay đổi mật độ học sinh và số lượng người trong lớp, từ đó đề ra phương hướng giảm thiểu ô nhiễm và giảm thiểu tác động đến giảng viên và sinh viên

 Khảo sát sự thay đổi của các thông số vi khí hậu đến hiệu quả suy nghĩ và làm việc của sinh viên, từ đó đưa ra định hướng thiết kế phù hợp cho lớp học

c Mục tiêu cụ thể

 Đo đạc được các thông số nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc gió, nồng độ CO, CO2

trong phòng học mang tính chất đặc trưng

 Xử lý số liệu, tìm ra mối liên hệ giữa các thông số vi khí hậu, nồng độ CO,

CO2 và số lượng người trong phòng học trong điều kiện thể tích phòng cố định

 Đánh giá và đề xuất các giải pháp cải thiện để nâng cao chất lượng học tập: thay đổi mật độ lớp học, lượng sinh viên, hệ thống thông gió điều hòa để chất lượng học tập, giảng dạy đạt hiệu quả

d Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: điều kiện vi khí hậu, CO, CO2 trong các phòng học

Phạm vi thực hiện trong quá trình thực tập của sinh viên gồm:

Không gian: Trường đại học Hoa Sen

Thời gian: 26/09 – 25/12/2016

NỘI DUNG THỰC HIỆN

Sử dụng thiết bị chế tạo để đo đạc các thông số nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc gió, nồng

độ CO, CO2 trong một số phòng học mang tính chất đặc trưng

Thiết kế và số hóa phòng học bằng phần mềm Autocad

Sử dụng phần mềm xử lý số liệu Excel, Origin 9.0 để loại bỏ các sai số Tìm ra các mối liên hệ nếu có

Dựa vào các số liệu đã có và các nghiên cứu trong , ngoài nước để đánh giá và đề xuất các giải pháp cải thiện chất lượng không khí

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI

Đạt được các số liệu quan trọng là nền tảng cho các nghiên cứu sau này liên quan đến chất lượng không khí trong nhà

Đề xuất các giải pháp cho việc tiết kiệm năng lượng, tăng hiệu suất làm việc và bố trí không gian phòng học

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài cung cấp các dẫn liệu khoa học về chất lượng không khí trong nhà Kết quả nghiên cứu về điều kiện vi khí hậu, nồng độ các chất CO, CO2 cũng như kết quả đánh giá các số liệu, dẫn chứng sẽ góp một phần vào dữ liệu chung cho các nghiên cứu về sau Chất lượng không khí trong nhà tương tác và ảnh hưởng đến nhiều khía cạnh, có liên quan chặt chẽ đến việc thực hiện xây dựng và lắp đặt hệ thống tương ứng; còn liên quan đến các vấn đề khác như yếu tố con người và điều kiện thời tiết ngoài trời

Chất lượng không khí trong nhà có tác động chi phối nhận thức về sự thỏa mái của con người Hơn nữa, ngoài liên quan đến sưởi ấm, làm mát và thông gió, nó có liên quan rất cao đến hiệu suất năng lượng và sự vận hành của một tòa nhà Cùng lúc đó, chất lượng không khí trong nhà còn liên quan đến năng suất làm việc của người cư trú Tương lai của nghiên cứu này có thể ứng dụng kết hợp giữa việc cải thiện sự thỏa mái cuả cư dân, tăng hiệu quả sử dụng năng lượng, giảm chi phí bảo dưỡng Tạo nên một tiêu chuẩn sống cho con người hiện đại

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 KHÁI QUÁT VỀ THỰC TRẠNG Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

Ô nhiễm môi trường không khí đang là một vấn đề bức xúc đối với môi trường đô thị, công nghiệp trên thế giới và ở nước ta hiện nay Ô nhiễm môi trường không khí có tác động xấu đối với sức khoẻ con người (đặc biệt là gây ra các bệnh đường hô hấp), ảnh hưởng đến các hệ sinh thái và biến đổi khí hậu (hiệu ứng "nhà kính", mưa axít và suy giảm tầng ôzôn), Công nghiệp hoá càng mạnh, đô thị hoá càng phát triển thì nguồn thải gây ô nhiễm môi trường không khí càng nhiều, áp lực làm biến đổi chất lượng không khí theo chiều hướng xấu càng lớn, yêu cầu bảo vệ môi trường không khí càng quan trọng

Ở Việt Nam, Công nghiệp cũ (được xây dựng trước năm 1975) đều là công nghiệp vừa và nhỏ, công nghệ sản xuất lạc hậu, một số cơ sở sản xuất có thiết bị lọc bụi, hầu như chưa có thiết bị xử lý khí thải độc hại Nói chung, công nghiệp cũ không đạt tiêu chuẩn về chất lượng môi trường Công nghiệp cũ lại rất phân tán, do quá trình đô thị hoá, phạm vi thành phố ngày càng mở rộng nên hiện nay phần lớn công nghiệp cũ này nằm trong nội thành của nhiều thành phố

Hoạt động công nghiệp gây ô nhiễm không khí còn từ các khu, cụm công nghiệp

cũ, như các khu công nghiệp: Thượng Đình, Minh Khai - Mai Động (Hà Nội), Thủ Đức, Tân Bình (thành phố Hồ Chí Minh), Biên Hoà I (Đồng Nai), Khu Công nghiệp Việt Trì, Khu Gang thép Thái Nguyên, và ô nhiễm không khí cục bộ ở xung quanh các xí nghiệp, nhà máy xi măng (đặc biệt là xi măng lò đứng), các lò nung gạch ngói, xí nghiệp sản xuất đồ gốm, các nhà máy nhiệt điện đốt than và đốt dầu FO, các nhà máy đúc đồng, luyện thép, các nhà máy sản xuất phân hoá học, Các chất ô nhiễm không khí chính do công nghiệp thải ra là bụi, khí SO2, NO2, CO, HF và một số hoá chất khác

Ô nhiễm môi trường không khí ở nhiều làng nghề đã tới mức báo động, một số bài báo đã đưa ra kết quả nghiên cứu đáng lo ngại về sức khỏe của con người tại nhiều địa phương Ở rất nhiều làng nghề, đặc biệt là các làng nghề ở vùng Đồng bằng Bắc Bộ, đang kêu cứu về ô nhiễm môi trường không khí (L.V Trinh và cộng sự, 2009)

Cùng với quá trình công nghiệp hoá và đô thị hoá, phương tiện giao thông cơ giới

ở nước ta tăng lên rất nhanh, đặc biệt là ở các đô thị Trước năm 1980 khoảng 80 - 90%

dân đô thị đi lại bằng xe đạp, ngày nay, ngược lại khoảng 80% dân đô thị đi lại bằng xe máy, xe ôtô con Nguồn thải từ giao thông vận tải đã trở thành một nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi trường không khí ở đô thị, nhất là ở các đô thị lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng Theo đánh giá của chuyên gia môi trường, ô nhiễm không khí ở đô thị do giao thông vận tải gây ra chiếm tỷ lệ khoảng 70%

Nồng độ trung bình 1 giờ, cũng như trung bình ngày của khí CO trong không khí

ở gần hầu hết các đô thị Việt Nam đều nhỏ hơn hoặc xấp xỉ trị số tiêu chuẩn cho phép

Ở các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Hải Phòng, nồng

độ khí CO trung bình ngày dao động từ 2 - 5 mg/ m3, nồng độ khí NO2 trung bình ngày dao động từ 0,04 - 0,09mg/ m3, chúng đều nhỏ hơn trị số tiêu chuẩn cho phép, tức là chưa bị ô nhiễm khí CO Tuy vậy ở các nút giao thông chính và ở gần một số khu công nghiệp, một số xí nghiệp nung gạch ngói, nồng độ các khí này đã xấp xỉ bằng hoặc lớn hơn trị số tiêu chuẩn cho phép, có chỗ tới 2 - 4 lần (L.V Trinh và cộng sự, 2009) Như vậy, bên cạnh các loại khí SO2, NO2 được đo đạc có nồng độ cao trong không khí, thì khí CO vẫn còn thấp, nhưng có xu hướng gia tăng nhiều qua các năm Điều này cho thấy, tại các khu đô thị vẫn chưa có sự nhận thức và áp dụng hợp lý các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, ngăn ngừa ô nhiễm

1.2 TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ ĐỘC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÔNG KHÍ 1.2.1 Khái quát chung về một số chất ô nhiễm không khí

Theo các nghiên cứu của WHO, các chất gây ô nhiễm không khí và có ảnh hưởng trực tiếp tới con người làm việc trong môi trường không khí trong và ngoài nhà gồm Benzen, Toluen, Carbon Monoxide, Formaldehyde, Naphtalene, Nitrogen Dioxide, và một số chất khác Đây là những chất độc tính và khả năng gây kích ứng đối với con người ở một mức độ phơi nhiễm nhất định gây nên các tác hại về sức khỏe

Qua các đặc tính được cung cấp, nguồn phát sinh và con đường phơi nhiễm với các độc chất này, có thể thấy rằng, đa số các chất độc có ảnh hưởng đến con người trong không khí đều bắt nguồn từ các hoạt động sống thường ngày do chính con người tạo ra Chúng là các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs), CO, và NO2 Hầu hết các chất đều có thể gây tử vong cho con người ở thời gian phơi nhiễm lâu dài, gây bệnh tật và các bệnh

lý trong nhà (SBS) Tuy nhiên, tại môi trường công sở và trường học, đặc biệt là các trường đại học, khác với các hợp chất hữu cơ, độc tính cấp tính của CO và NO2 là đáng

kể hơn đối với đối tượng học sinh, sinh viên và người lao động trí óc hơn cả do các khí

này có sự kích ứng hô hấp và làm suy giảm chức năng của não với sự tác động trực tiếp với Hemoglobin trong máu, qua đó làm giảm hiệu quả học tập và làm việc của con người, nơi mà sự vận động vật lý về tay chân rất ít nhưng cần đòi hỏi sự hiệu quả của khả năng tư duy, tập trung Khí Cacbon monoxide thường có nồng độ cao hơn trong không khí, và thường xuất hiện nhiều trong môi trường trong nhà, đặc biệt là các khu vực trường học do quá trình nấu nướng từ các bếp ăn, căn tin và từ các bãi đỗ xe đông đúc

1.2.2 Benzen

Benzen (C6H6; phân tử trọng lượng 78,1 g / mol) là một hợp chất thơm có vòng cacbon không bão hòa Benzen là một chất lỏng không màu, dễ bay hơi, dễ cháy, dễ nhận biết với một mùi đặc trưng, tỷ khối là 874 kg / m3 ở 25oC Benzen có điểm nóng chảy là 5,5oC, với nhiêt đội sôi tương đối thấp 80,1 oC và áp suất bay hơi (12,7 kPa ở

25oC), khiến nó bay hơi nhanh chóng ở nhiệt độ phòng Nó ít hòa tan trong nước (1,78

g / l ở 25 oC) và có thể hòa tan trong hầu hết các dung môi hữu cơ Benzen tồn tại trong không khí chủ yếu ở thể khí

Benzen là một chất độc gây ung thư ở con người và không có ngưỡng an toàn ở bất kỳ mức độ tiếp xúc nào Nguy cơ nhiễm độc khí benzen trong nhà và ngoài trời là như nhau, do đó các chỉ tiêu về benzen ngoài trời đều có thể áp dụng ở trong các tòa nhà

Benzen trong không khí trong nhà có thể bắt nguồn từ không khí ngoài trời và cũng

từ các nguồn trong nhà như vật liệu xây dựng và đồ nội thất, nhà để xe, thiết bị sưởi ấm

và hệ thống nấu ăn, dung môi được lưu trữ và các hoạt động của con người Nồng độ trong nhà cũng bị ảnh hưởng bởi điều kiện khí hậu và tỷ lệ trao đổi không khí do thông gió cưỡng bức hoặc tự nhiên

Nồng độ trong nhà bị ảnh hưởng bởi nồng độ ngoài trời do sự trao đổi không khí trong nhà và ngoài trời Nồng độ benzen ngoài trời chủ yếu là từ các nguồn giao thông

và bị ảnh hưởng bởi thời tiết và khí tượng học Nguồn ngoài trời khác của benzen là trạm xăng dầu và các ngành công nghiệp nhất định như những người liên quan với nhiên liệu hóa thạch như sản xuất than, dầu, khí đốt tự nhiên, hóa chất và thép

Benzen trong không khí trong nhà thường xuất hiện với nồng độ cao tại các nhà xưởng, các xí nghiệp sử dụng nhiên liệu hóa thạch làm nguyên liệu đốt như công nghiệp gang thép, công nghiệp điện, … và một số các khu kho chứa, bảo quản xăng dầu

1.2.3 Formaldehyde

Formaldehyde (công thức phân tử H2 - C = O) là một chất khí không màu khí, dễ cháy và dễ phản ứng ở nhiệt độ phòng Trong không khí xung quanh, formaldehyde có thể nhanh chóng bị oxy hóa bởi carbon dioxide Nó cũng phản ứng rất nhanh với các gốc hydroxyl để tạo thành axit formic Vòng đời ước tính cho các phản ứng này là khoảng một giờ tùy thuộc vào môi trường điều kiện

Phân tử khối 30,03 g / mol; tỷ khối hơi 1,03 - 1,07 (không khí = 1); điểm nóng chảy -92°C; và điểm sôi -19,1°C Formaldehyde có thể hòa tan trong nước (khoảng 400 g/ l ở 20 °C), ethanol và cloroform và có thể trộn với acetone, benzen và diethyl ether Hệ

số octanol / phân vùng nước (log Kow) là 0,35, áp suất hơi là 5,19 × 105 Pa ở 25 °C Formaldehyde được ở khắp nơi tìm thấy trong môi trường, bởi vì nó được hình thành chủ yếu bởi nhiều nguồn tự nhiên và các hoạt động của con người Trong môi trường, nó được phát hành thông qua đốt sinh khối (cháy rừng và cây bụi) hoặc phân hủy và thông qua các núi lửa Nguồn do con bao gồm những nguồn trực tiếp như khí thải công nghiệp và quá trình đốt cháy nhiên liệu từ giao thông Quá trình đốt khác (nhà máy điện, đốt than, v.v) cũng đại diện cho các nguồn phát thải formaldehyde trong không khí Tuy nhiên, formaldehyde cũng được sản xuất rộng rãi trong công nghiệp trên toàn thế giới sử dụng trong sản xuất các loại nhựa, như một chất khử trùng và định hình, hoặc như một chất bảo quản trong tiêu dùng sản phẩm

Nguồn Formaldehyde trong môi trường trong nhà bao gồm: đồ nội thất bằng gỗ và các sản phẩm có chứa formaldehyde ví dụ như ván ép, gỗ ép; vật liệu cách nhiệt (vào đầu năm 1980, xốp cách nhiệt urê formaldehyde là một nguồn gây ô nhiễm trong nhà); hàng dệt may; sản phẩm sơn, giấy dán tường, keo, keo dán, vecni và sơn mài; các sản phẩm tẩy rửa gia dụng như chất tẩy rửa, chất tẩy, chất làm mềm, chất tẩy rửa thảm

và các sản phẩm giày; mỹ phẩm như xà phòng lỏng, dầu gội, dầu bóng móng tay và làm cứng móng tay; thiết bị điện tử, bao gồm máy tính và máy photocopy; và các mặt hàng tiêu dùng khác như thuốc trừ sâu và các sản phẩm giấy

Formaldehyde là chất độc có thể gây ung thư cho con người Chất này chủ yếu xuất hiện tại các nhà xưởng chế biến sản xuất gỗ, sử dụng sơn phủ hoặc xi mạ Con người có thể phơi nhiễm trực tiếp Formaldehyde qua nhiều con đường, hô hấp và đường

ăn uống và mức độc nguy hiểm là như nhau Ở mức nhiễm độc cấp tính nhẹ có thể thấy như dị ứng, hen suyễn, co thắt phế quản Ở mức nhiễm độc mãn tính có thể gây ảnh hưởng chức năng của các cơ quan, phổi, gan, tim mạch và có thể dẫn đến tử vong

1.2.4 Naphthalene

Naphthalene (công thức phân tử C10H8) là một dạng bột tinh thể màu trắng với một mùi đặc trưng (băng phiến) Nó là một chuỗi hydrocarbon thơm tách từ nhựa than đá Từ đồng nghĩa được sử dụng là antimite, naphthalin, long não, naphthene và long não Naphthalene là hydrocacbon dễ bay hơi nhất đa vòng thơm (PAH), và có chu kỳ phân tử tương đối ngắn 3-8 giờ trong khí quyển Tính chất hóa lý như sau: trọng lượng phân tử 128,17 g/ mol; điểm nóng chảy 80,2°C; điểm sôi 218 °C; tỷ khối hơi 4,42g/

cm3 ở 20 °C và 1 atm; áp suất hơi 10 Pa ở 25 °C Nó hòa tan trong rượu và acetate nhưng không phải trong nước

Naphthalene được sản xuất từ các phần phân đoạn nhựa than đá bằng cách chưng cất.Nó được sử dụng làm nguyên liệu trong sản xuất các anhydrit phthalic cho sự tổng hợp các chất hoá dẻo phthalate và nhựa tổng hợp Nó cũng được sử dụng làm nguyên liệu cho các axit sulfonic naphthalene thường được sử dụng trong việc sản xuất các chất làm dẻo cho bê tông, nguyên liệu cho ván trượt, như các chất phân tán trong tổng hợp

và tự nhiên cao su và các đại lý thuộc da trong ngành da Naphthalene cũng được sử dụng trong các loại sơn và trong sản xuất thuốc trừ sâu, được sử dụng trong sân nhà và sân vườn Chiếm ưu thế trong các tiếp xúc của người tiêu dùng trên toàn thế giới là sản xuất và sử dụng các tinh thể (tinh khiết) naphthalene là một thuốc chống mối mọt làm chất khử trùng Gỗ khói, dầu nhiên liệu và xăng dầu cũng chứa naphthalene Các thành phần chính của creosote, được sử dụng để ngâm tẩm gỗ, là naphthalene và đồng đẳng alkyl của nó

Nguồn ngoài trời có thể đóng góp vào mức thấp của naphthalene trong nhà Nồng

độ Naphthalene trong nhà đến từ các sản phẩm tiêu dùng như dung môi đa năng, chất bôi trơn, thuốc diệt cỏ, bật lửa than và thuốc xịt tóc, máy sưởi dầu hỏa có quạt thông gió, khói thuốc lá, cao su nguyên liệu và naphthalene trong viên đuổi côn trùng (băng phiến) dùng để bảo vệ hàng dệt may được lưu trữ trong nhà trong tủ quần áo

Naphthalene là một chất độc có thể gây ung thư nếu tiếp xúc lâu dài Đây là chất không thường xuyên xuất hiện trong môi trường không khí trong nhà, đặc biệt là tại các công sở, văn phòng, trường học

1.2.5 Nitrogen Dioxide

Có bảy oxit của nitơ có thể được tìm thấy trong không khí xung quanh Nitrous oxide (N2O) là một loại khí nhà kính từ các nguồn nhân tạo (~ 0,3 ppm) Tuy nhiên, nitric oxide (NO) và nitơ dioxide (NO2) là hai oxit nitơ chủ yếu liên quan đến các nguồn

đốt Nồng độ môi trường xung quanh của hai loại khí này thay đổi tùy theo rộng rãi các nguồn phát sinh và đặc điểm của địa phương, nhưng có thể vượt quá 500 mg/ m3 ở các khu vực đô thị dày đặc Axit nitơ là một chất gây ô nhiễm phổ biến trong môi trường xung quanh và trong nhà, được sinh ra bởi các phản ứng của nitơ dioxide với nước

Nó là một chất oxy hóa mạnh, ăn mòn và kém hòa tan trong nước Trọng lượng phân tử của nó là 46,01 g / mol, nhiệt độ nóng chảy -11,2 °C, nhiệt độ sôi 21,15 °C và

tỷ khối hơi 1,59 (không khí = 1) Nó phản ứng với nước và hòa tan trong sulfuric và nitric axit

Giao thông đường bộ là nguồn phát thải chính của nitơ dioxide Phần lớn nguồn trong nhà quan trọng bao gồm khói thuốc lá và khí đốt, gỗ, dầu, và các thiết bị đốt than như bếp, lò nướng, máy nước nóng và lò sưởi Các nguồn ngoài trời cũng có thể ảnh hưởng đến môi trường trong nhà Phơi nhiễm độc chất có thể được gia tăng trong không gian trong nhà, bao gồm cả phơi nhiễm với thức ăn ủ lâu trong tủ băng hoặc tiếp xúc với nhiên liệu máy móc và trong các bãi đậu xe ngầm dưới đất Trong điều kiện môi trường xung quanh, cả ngoài trời và trong nhà, nitơ dioxide tồn tại ở dạng khí, và do đó hít phải

là con đường tiếp xúc chính ở nhiệt độ phòng Đặc biệt, tiếp xúc trực tiếp với mắt có thể dẫn đến kích ứng mắt, mặc dù điều này là nhiều khả năng xảy ra trong các thiết lập công nghiệp

1.2.6 Carbon Monoxide (CO)

a Đặc tính chung

Khí CO là một loại khí độc không màu, không mùi, không vị và không có sự kích ứng da nào Đây là khí được sinh ra bởi sự đốt cháy không hoàn toàn các hợp chất có Carbon như gỗ, than, khí tự nhiên và dầu mỏ Phân tử khối CO là 28,01g/ mol, nhiệt độ nóng chảy là -205,1 oC, nhiệt độ sôi (tại áp suất 760 mmHg) là -191,5 oC Khí CO tan trong nước ở 1atm là 3,54 ml/ 100 ml ở 0oC, 2,14 ml/100 ml ở 25 oC và 1,83 ml/ 100 ml

Trong cơ thể người, chất khí này có thể chiếm chỗ Oxy trong hemoglobin có trong máu tạo thành COHb gây tức ngực, ngạt thở, nhức đầu và gây tử vong ở nồng độ cao

Khí CO được sinh ra ở môi trường trong nhà bởi các nguồn cháy (như nấu nướng

và sưởi ấm) và cũng có thể do sự thâm nhập từ không khí bên ngoài vào môi trường bên trong nhà Ở các quốc gia phát triển, các nguồn gây ô nhiễm không khí trong nhà chủ yếu là do sự lắp đặt sai, thiếu sót, không đầy đủ hệ thống thông khí và duy trì không khí cho các thiết bị nấu nướng và sưởi ấm sử dụng nhiên liệu hóa thạch Còn tại các quốc gia đang phát triển, khí CO sinh ra do quá trình đốt các nhiên liệu sinh khối và do khói thuốc lá Thêm vào đó là hệ thống thông khí, ống khói, ống thông khí bị tắc nghẽn hoặc không đầy đủ có thể gây gia tăng nồng độ khí CO trong nhà (R Prill, 2000)

Tỉ lệ phối trộn các nhiên liệu cháy không hợp lý cũng gây nên sự cháy không hoàn toàn, điều này luôn có thể xảy ra thường trực mỗi ngày và tác động trực tiếp tới con người, tuy nhiên chúng ta vẫn thường không nhận ra được sự nguy hiểm Bếp gas cũ kỹ, bếp than củi (củi ướt), bếp sưởi củi, hay các động cơ xe máy, ô tô đã quá niên hạn sử dụng luôn luôn là nguồn gây phát thải lớn khí CO trong không khí

Theo nghiên cứu của Jetter và cộng sự nghiên cứu về thành phần khí thải của 23 loại vật liệu khác nhau như hương đốt, dây thừng, gỗ, đá, bột, … thường xuất hiện trong các quá trình sinh hoạt trong nhà, thì tỉ lệ phát thải khí CO là 144 đến 531 mg/ giờ Cao nhất là từ việc đốt nhang quá nhiều (khoảng 9,6 mg/ m3) và có thể vượt qua ngưỡng giới hạn về chất lượng không khí của USEPA là 10 mg/ m3 cho khoảng trung bình 8 giờ, tùy thuộc vào diện tích phòng, tỉ lệ thông khí và số lượng hương đốt Điều này cần được chú trọng ở Việt Nam, nơi mà nền tôn giáo luôn gắn liền với khói hương (J.S Lumio, 1948)

c Mối liên hệ giữa sự phát thải CO ngoài trời và môi trường trong nhà

Theo các tài liệu nghiên cứu của WHO đo đạc so sánh nồng độ khí CO ngoài trời

và trong nhà tại nhiều loại hình tòa nhà khác nhau với các chức năng và mục đích vị trí

đo khác nhau Tổng kết lại, nồng độ khí CO ngoài trời tại thời điểm đo có thể cao hơn

hoặc thấp hơn nồng độ tại điểm thông khí bên trong nhà Vì vậy, ngay cả khi không được sinh ra ở bất kỳ nguồn phát sinh nào trong nhà, thì tỉ lệ I : O (Indoor : Outdoor) giữa nồng độ khí CO trong nhà và nồng độ khí CO bên ngoài trong khoảng 15 phút đo dao động chỉ trong khoảng từ 0,2 – 4,1 ppm Trong khoảng 1 ngày, tỉ lệ này dao động khoảng 0,4 – 1,2 ppm

Trong trường hợp có nguồn gây ra khí CO trong nhà, như khói thuốc và các thiết

bị dùng khí gas, tỉ lệ này có thể gia tăng cao hơn

Theo các nghiên cứu tổng hợp trên từ WHO, chúng ta thấy được luôn có sự liên

hệ nhất định giữa nồng độ khí CO trong nhà và ngoài trời cho dù không có nguồn thải đáng kể nào trong nhà Điều này là một yếu tố quan trọng cho các nghiên cứu về nồng

độ CO trong nhà

1.2.7 Carbon Dioxide (CO 2 )

a Đặc tính chung

Điôxít cacbon là một khí không màu mà khi hít thở phải ở nồng độ cao (nguy hiểm

do nó gắn liền với rủi ro ngạt thở) tạo ra vị chua trong miệng và cảm giác nhói ở mũi và

cổ họng Các hiệu ứng này là do khí hòa tan trong màng nhầy và nước bọt, tạo ra dung dịch yếu của axít cacbonic

Tỷ trọng riêng của nó ở 25 °C là 1,98 kg m−3, khoảng 1,5 lần nặng hơn không khí Phân tử điôxít cacbon (O = C = O) chứa hai liên kết đôi và có hình dạng tuyến tính Nó không có lưỡng cực điện Do nó là hợp chất đã bị ôxi hóa hoàn toàn nên về mặt hóa học

nó không hoạt động lắm và cụ thể là không cháy

Ở nhiệt độ dưới -78 °C, điôxít cacbon ngưng tụ lại thành các tinh thể màu trắng gọi là băng khô Điôxít cacbon lỏng chỉ được tạo ra dưới áp suất trên 5,1 barơ; ở diều kiện áp suất khí quyển, nó chuyển trực tiếp từ các pha khí sang rắn hay ngược lại theo một quá trình gọi là thăng hoa

b Nguồn phát thải khí Cacbon dioxide – CO2

Chu trình cacbon

Các nhà khoa học tính toán rằng, khoảng 4,5 tỷ năm trước đây, khi trái đất bắt đầu hình thành, CO2 có thể chiếm đến 80% trong khí quyển Nhưng cách đây 2 tỷ năm, lượng CO2 chỉ còn khoảng 20-30% Trong khí quyển còn nhiều CO2 nên sự sống vẫn tồn tại Cây cối quang hợp rất mạnh làm cho nồng độ CO2 giảm xuống và lượng oxy trong khí quyển tăng lên

Quá trình quang hợp tạo ra phản ứng: CO2 + H2O + năng lượng mặt trời  O2 + đường

Cây cối cũng như động vật khi hít thở tạo ra phản ứng: Đường + O2  CO2 + H2O + năng lượng

Ngoài ra, khi cây cối và động vật chết, xác chết bị phân huỷ làm cho CO2 thoát ra Lượng CO2 ra khỏi khí quyển hàng năm được cân bằng với lượng CO2 sinh ra do thở và

do phân hủy Nhờ cơ chế này mà môi trường được ổn định

Đốt phá rừng

Khi cây cối chết, chúng thải CO2 ra, đó là quá trình bình thường của chu trình cacbon Nhưng khi cây cối bị đốn chặt để làm chất đốt thì CO2 thải ra không khí nhiều hơn, vì thế tốc độ thải CO2 càng gia tăng khi con người gia tăng việc đốn hạ cây xanh làm chất đốt Nếu cây cối bị đốn hạ để làm vật liệu xây dựng, nhà cửa mà không đốt thì CO2 không phát thải nhiều, nhưng do thiếu cây xanh nên sự hấp thụ CO2 trong không khí giảm đi và lượng CO2 tăng lên Theo thống kê của Liên hợp quốc, việc phá rừng mạnh trong 2 thập kỷ 80 và 90 (thế kỷ XX) đã làm cho lượng CO2 trong không khí tăng lên, đồng thời lượng oxy trong không khí giảm đi rõ rệt (J M Daisey., W J Angell.,

M G Apte, 2003)

Nhiên liệu hoá thạch

Nguồn CO2 nữa là do lượng cacbon rất lớn đã được lưu trữ từ trước đây Cacbon trong nhiên liệu hoá thạch được lưu trữ từ hàng triệu năm trước vì cơ thể sống không bị phân hủy hoàn toàn, cacbon không bị phát thải vào khí quyển dưới dạng CO2, trái lại được lưu trữ trong lòng đất Trong khi khai thác và đốt nhiên liệu hoá thạch, CO2mới được phát thải ra nhiều Như vậy, việc đốt nhiên liệu hoá thạch đã nhanh chóng làm cho cacbon bị giam giữ hàng triệu năm trước phát thải mạnh lượng CO2 Đây là nguyên nhân lớn nhất làm ô nhiễm bầu không khí

c Tầm quan trọng của việc quan trắc nồng độ Carbon Dioxide môi trường trong nhà

Hầu hết các hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) tuần hoàn đáng kể lượng không khí trong nhà để duy trì sự thoải mái và giảm chi phí năng lượng kết hợp với hệ thống sưởi hoặc làm mát không khí bên ngoài Khi người cư ngụ và người sinh sống khai thác tòa nhà cảm nhận được không khí đến từ một hệ thống cung cấp không khí, người ta không thể cảm nhận được có bao nhiêu lượng không khí đến từ bên ngoài và bao nhiêu được tuần hoàn trở lại, do đó sự tuần hoàn này luôn có giá trị về kinh

tế Với lượng khí carbon dioxide (CO2) càng lớn, năng lượng sử dụng cho việc tuần hoàn không khí là lớn hơn do đó hao tốn năng lượng sử dụng hơn Công nghệ hiện tại cho phép đo lường carbon dioxide (CO2) dễ dàng và tương đối rẻ tiền nhằm đưa ra chỉ

số biểu thị sự đảm bảo hệ thống thông gió (đối với khu vực có mật độ cao người sử dụng)

Ngoài ra các nghiên cứu còn cho thấy nồng độ carbon dioxide CO2 nhất định còn

có thể gây nhiều vấn đề về sức khỏe cho con người sinh sống sẽ được trình bày ở phần tiếp theo

1.3 KHÁI QUÁT VỀ CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG TRONG NHÀ

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đời sống con người ngày càng được cải thiện một cách rõ rệt Bên cạnh sự gia tăng về thị hiếu và dịch vụ, con người ngày càng chú trọng nhiều hơn đến chất lượng cuộc sống và môi trường sống xung quanh Hiện nay, phần lớn thời gian (hầu hết là hơn 90%) của con người dành cho các hoạt động trong nhà, vì thế nhu cầu về việc duy trì điều kiện làm việc thoải mái đi đôi với việc cải thiện hiệu quả năng lượng là một trong những vấn đề trọng tâm cần giải quyết

Chất lượng môi trường trong nhà (Indoor Environment Quality – IEQ), được định nghĩa là trạng thái phức hợp của nhiệt độ, ánh sáng, âm thanh, độ rung, công thái học,

và chất lượng không khí trong nhà (Indoor Air Quality – IAQ) có ảnh hưởng mạnh mẽ đến mọi vật chất trong nhà, hiệu suất làm việc và môi trường làm việc và chi phí năng lượng liên quan (S P Corgnati., M G da Silva et al, 2011)

Các đánh giá về IEQ đóng một vai trò quan trọng đối với hiệu quả sử dụng năng lượng của tòa nhà Các chứng chỉ năng lượng hiện nay trên thế giới tập trung chủ yếu vào việc đánh giá mức sử dụng năng lượng cho việc sưởi ấm/làm mát, điều hòa không

khí và đèn chiếu sáng Mỗi tòa nhà đều được hỗ trợ bằng một chứng chỉ năng lượng bao gồm thông tin về lượng năng lượng tiêu thụ và các giải pháp nhằm cải thiện mức độ tiêu thụ điện năng Có thể thấy, việc tiêu thụ điện năng trong tòa nhà đều bị ảnh hưởng trực tiếp từ mức độ thoải mái của con người trong môi trường họ làm việc Thực tế, khi xem xét cùng một tòa nhà và cùng một hệ thống điều hòa khí hậu, mức độ thỏa mãn của con người càng gia tăng càng có mối liên quan chặt chẽ đến mức điện năng tiêu thụ Hơn nữa, các nghiên cứu chỉ ra rằng, những người được khảo sát có cảm giác không thoải mái thường tìm đến việc thay đổi nhằm tìm kiếm sự dễ chịu, điều này dẫn đến việc gia tăng mức độ tiêu thụ điện năng (W J Fisk, 2000)

Hơn nữa, điện năng tiêu thụ có thể sẽ thay đổi nhiều tùy thuộc vào các yếu tố như: đặc điểm và thời gian biểu hoạt động của toàn hệ thống; mong muốn được thoải mái của người sử dụng tòa nhà (các trường hợp khác nhau đề ra các kỳ vọng khác nhau liên quan đến nhiệt độ môi trường, chất lượng không khí, ánh sáng và tiếng ồn); chiến lược điều chỉnh thực hiện bởi con người (thời gian và giá trị điều chỉnh, mức độ sử dụng ánh sáng – đèn, mở và đóng cửa sổ, …); văn hóa và thói quen sử dụng tùy theo vùng và các tòa nhà khác nhau (S P Corgnati., M G da Silva et al, 2011)

Khi nhìn vào các yếu tố trên, có thể đề ra hai phương pháp khả dĩ nhất để đánh giá năng lượng sử dụng Phương án thứ nhất là đánh giá chất lượng và tiêu chuẩn sử dụng của tòa nhà, và phương án thứ hai là đánh giá dựa trên điều kiện sử dụng thực tế Thực

tế, luôn có khả năng rằng những mong đợi thỏa mãn nhu cầu của con người, chiến lược điều khiển năng lượng của tòa nhà, v.v… có thể dẫn tới những sự khác biệt về điều kiện khí hậu trong nhà so với điều kiện chuẩn đã kiểm nghiệm và điều này dẫn tới sự thay đổi về năng lượng tiêu thụ

1.4 CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ TRONG NHÀ

1.4.1 Khái niệm

Chất lượng không khí trong nhà (IAQ) là một chỉ số đặc trưng về loại và số lượng 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 thiệt hại cho thực vật (S P Corgnati.,

M G da Silva et al, 2011)

1.4.2 Cảm nhận về chất lượng không khí trong nhà

Tỷ lệ người không hài lòng với chất lượng không khí chưa thể đo trực tiếp với một công cụ nào đó mặc dù đã có nhiều nghiên cứu cho vấn đề này Phương pháp sử dụng bảng đối tượng đánh giá là phương pháp khả thi được sử dụng nhiều nhất hiện nay nhằm đánh giá mức độ nhạy cảm của đối tượng được nghiên cứu Phương pháp này được thể hiện bằng qua Bảng 1.1, và được thu thập qua việc tổng hợp các khảo sát khách quan

Bảng 1.1 Phân loại mức độ nhạy cảm của đối tượng khảo sát

I

Mức độ kỳ vọng cao và được khuyến khích cho không gian phòng bởi

người rất nhạy cảm với các yêu cầu đặc biệt như người bị tàn phế, bệnh, trẻ rất nhỏ và người cao tuổi

II Mức độ bình thường được sử dụng cho các tòa nhà mới và vừa sửa chữa III Mức độ kỳ vọng trung bình và được sử dụng cho các tòa nhà thông thường

IV Các giá trị bên ngoài các tiêu chuẩn cho các danh mục ở trên Loại này chỉ

được chấp nhận trong một phần giới hạn nào đó trong một năm

1.4.3 Các yếu tố tác động đến sự cảm nhận chất lượng không khí của con người

Việc đánh giá chất lượng không khí trong nhà bị ảnh hưởng bởi chất kích thích (nhạy cảm với > 1/2 triệu chất) và chất hóa học (nhạy cảm với > 100.000 chất kích thích) Một số chất gây ô nhiễm có hại không được cảm nhận bởi con người, ví dụ như radon hoặc cacbon monoxide cả hai có tác động tiêu cực đến sức khỏe Điều này có nghĩa rằng bất kỳ nguy cơ nguy hiểm sức khỏe nào, đều cần được xem xét riêng rẽ với các hiệu ứng cảm giác Mặc dù một số chất gây ô nhiễm có hại không có thể được cảm nhận, các hiệu ứng cảm giác trong nhiều trường hợp cũng cung cấp những dấu hiệu đầu tiên của một nguy cơ về sức khỏe không tốt

Nhận thức về chất lượng không khí cũng bị ảnh hưởng bởi độ ẩm và nhiệt độ của không khí hít vào, ngay cả khi các thành phần hóa học của không khí là không đổi, và cảm giác nhiệt cho toàn bộ cơ thể được giữ ở mức trung lập (S P Corgnati., M G da

Silva et al, 2011) Không khí khô và mát làm giảm tỷ lệ không hài lòng với chất lượng không khí

Không chỉ nhiệt độ và độ ẩm tương đối có thể tác động đến việc đánh giá bởi con người chất lượng không khí trong nhà như thế nào Thời gian phơi nhiễm cũng là một thông số quan trọng Điều này là do các giác quan của con người thể hiện sự giảm nhạy cảm khi tăng thời gian tiếp xúc khi không khí bị ô nhiễm bởi mùi (sự thích ứng)

Gunnarsen và Fanger quan sát các sự thích ứng khi khi sự tác động đến con người

là nguồn ô nhiễm không khí, có thể do các sự tác động này bao gồm chủ yếu là các loại mùi, sự thích ứng là vừa phải khi gặp phải khói thuốc lá và hầu như không có sự thích ứng nào khi không khí bị ô nhiễm bởi vật liệu xây dựng Họ quan sát thấy sự thích nghi xảy ra trong vòng 6 phút đầu tiên tiếp xúc trong khi nghiên cứu của Jørgensen và Vestergaard sự thích ứng mạnh mẽ khi không khí trong nhà bị ô nhiễm bởi các vật liệu xây dựng thông thường xảy ra trong bảy lần hít thở đầu tiên, tương ứng với một tiếp xúc khoảng 24 giây

1.4.4 Mối liên hệ chất lượng không khí trong nhà và hiệu suất làm việc, học tập

Hiệu suất lao động là khả năng của một cá nhân để thực hiện một hoạt động hoàn chỉnh đòi hỏi những tính chất vật lý hoặc tinh thần khác nhau Hiệu suất lao động rộng hơn là một khái niệm có tính chất kinh tế, bao gồm một chuỗi các thông số đầu ra (ví dụ: năng suất lao động của từng cá nhân) trong mối quan hệ với thông số đầu vào (các chi phí cho việc lao động của cá nhân đó) Hiệu suất lao động, học tập và năng suất có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố tâm lý, cử chỉ và các yếu tố vật lý, cũng như nó có thể thay đổi tùy thuộc vào từng cá nhân, xã hội và tổ chức khác nhau (S P Corgnati., M

G da Silva et al, 2011)

Chất lượng không khí trong nhà suy giảm có thể gây ra chi phí phát sinh lớn đối với từng cá nhân, chủ tòa nhà, nhân viên tòa nhà và đối với xã hội Một số ước tính về lợi ích của việc cải thiện chất lượng không khí trong nhà đối với một số tòa nhà ở Mỹ

đã đưa ra con số tiết kiệm hàng năm lên khoảng từ 29 – 168 tỉ đôla (S P Corgnati., M

G da Silva et al, 2011) Chi phí phát sinh này gây nên bởi sự suy giảm chất lượng không khí trong nhà mà chủ yếu là chất lượng lao động bị giảm sút

Mặc dù trên thực tế chưa có cơ sở khẳng định rằng chất lượng không khí trong nhà

có ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc, tuy nhiên có thể kết luận rằng con người luôn cảm thấy không khỏe trong một môi trường ô nhiễm, và có thể mắc các triệu chứng bệnh SBS như đau đầu và khó tập trung

a Mối liên hệ giữa nồng độ khí CO trong không khí và hiệu suất làm việc

CO có ái lực với hemoglobin (Hb) trong hồng cầu mạnh gấp 230-270 lần so với ôxy nên khi được hít vào phổi CO sẽ gắn chặt với Hb thành COHb do đó máu không thể chuyên chở ôxy đến tế bào.

Khi có từ 10 tới 30% COHb trong máu, con người sẽ gặp các triệu chứng như: đau đầu, buồn nôn, mỏi mệt và choáng váng Khi mức độ COHb đạt tới 50 – 60%, con người

có thể bị ngất, co giật và có thể dẫn đến hôn mê và chết Như vậy với nồng độ trên 10000 ppm CO (1%CO) có trong không khí thở thì con người sẽ bị chết trong vòng vài phút Trên thế giới mỗi năm có hàng ngàn người bị chết ngạt do hít phải CO, trong đó chủ yếu là công nhân làm việc trong các điều kiện khắc nghiệt thiếu không khí sạch và có nguy cơ cháy nổ cao như công nhân hầm mỏ, lính cứu hoả kể các nhà du hành vũ trụ, các thợ lặn … Bảng 1.2 dưới đây chỉ ra các triệu chứng nhiễm độc của người khi tiếp xúc với

CO ở các nồng độ khác nhau

Bảng 1.2 Triệu chứng nhiễm độc của ngườitiếp xúc với CO ở các nồng độ Nồng độ (ppm) Thời gian tiếp xúc Triệu chứng và tác hại

1.4.5 Tình hình nhiễm độc khí CO trên thế giới và ở Việt Nam

Nhiễm độc khí CO là một nhiễm độc thường gặp Từ thời thượng cổ người ta đã biết tác dụng độc hại của hơi than Priestley (1799) đã tìm ra khí CO, năm 1842 Leblanc

đã chứng minh được khả năng gây tai nạn của CO

Khả năng bị nhiễm độc khí CO có thể xảy ra đối với người lao động làm việc ở các môi trường như trong phòng đun nấu, nhà máy bia, kho hàng, nhà máy lọc dầu, nhà

máy sản xuất giấy và bột giấy, nhà máy sản xuất thép, lò luyện kim loại, lò luyện than

đá, lò gốm, các hầm, mỏ than, lính cứu hỏa…

Ở Pháp, hàng năm có khoảng 10000 ca ngộ độc cấp tính khí CO với khoảng 400 người chết mỗi năm, theo Agnes Verrier, Viện Veille Sanitaire, Pháp Trong khi đó, ngộ độc cấp khí CO cũng là một trong những nguyên nhân gây tử vong hàng đầu tại

Mỹ với 5613 trường hợp từ năm 1979 đến năm 1988 và 2631 ca tử vong do ngộ độc

CO không liên quan đến cháy trong các năm 1999-2004, theo báo cáo của Trung tâm Thống kê Sức khỏe Quốc gia Hoa Kỳ

Tại Việt Nam hiện nay,hoạt động khai thác than và sử dụng các sản phẩm như khí hóa than, khí ga, gỗ, xăng, dầu lửa, dầu hôi…có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước Trong quá trình lao động, người công nhân ở các mỏ than phải làm việc trong môi trường có tiếp xúc trực tiếp với loại hơi khí độc là khí than

Đối với người lao động đang làm việc tại các tòa nhà nhất là các nhà cao tầng thì khi xảy ra cháy lớn, việc say khói, ngạt thở, suy hô hấp do hít phải khí nóng lẫn khí độc thoát ra từ đám khói là rất dễ xảy ra Nguyên nhân là do trong khói độc có chứa carbon monoxit, việc hít phải khí này dễ gây suy hô hấp do cơ thể bị chiếm mất oxy Tháng 12/2011, đã có 29 công nhân làm việc tại tòa tháp đôi đang xây dựng của Tập đoàn Điện lực EVN, TP Hà Nội phải nhập viện cấp cứu sau khi bị ngạt khói thoát ra từ đám cháy tòa nhà

Các nghiên cứu của Lumio năm 1948, đã nghiên cứu ra rằng triệu chứng mệt mỏi, nhức đầu, chóng mặt, khó chịu, suy giảm trí nhớ, ù tai và buồn nôn là thường gặp nhất

do nhiễm độc khí carbon monoxide mãn tính Rối loạn thính lực được ghi nhận ở 78,3% bệnh nhân bị ngộ độc carbon monoxide mãn tính Một số lượng nhỏ các rối loạn thính giác (26,7%) đã được tìm thấy ở những bệnh nhân tiếp xúc với carbon monoxide trong công việc nhưng trong đó carbon mãn tính độc monoxide không thể khẳng định được Komatsu và cộng sự đã khảo sát 733 công nhân tại một cơ sở sản xuất thép Độ tuổi trung bình từ bốn nhóm được tách ra là khoảng 32 năm (không có sự khác biệt đáng kể) Nhóm A1 được tiếp xúc với nồng độ CO từ 58-291 mg/ m3, Nhóm A2 khoảng 70 -

1595 mg / m3, nhóm B  23 mg/ m3 và Nhóm C để  12 mg/ m3 CO trong quá trình làm việc bình thường của họ Độ bão hòa COHb trung bình là 10 - 15% trong nhóm A1, 20

- 25% trong Nhóm A2, 1-5% trong nhóm B và 1-5% ở nhóm C Các tần số xuất hiện trung bình của các báo cáo y tế cao hơn rất nhiều đối với các thành viên của nhóm A1

và A2 hơn là những người thuộc nhóm B và C Một số lượng lớn đánh giá các yếu tố chủ quan của người bệnh đã được thực hiện bởi nhóm A1 và đặc biệt là các thành viên Nhóm A2 Ví dụ, tần số xuất hiện nhiều các báo cáo bao gồm đau đầu, thính giác kém, đau ngực, mệt mỏi, mệt mỏi và hay quên (F Komatsu et al, 1958)

Các nghiên cứu về sự xuất hiện của CO trong không khí đối với cơ thể con người

đã được nghiên cứu và báo cáo trong nhiều tài liệu quốc tế với các đối tượng khác nhau như: người lao động, nhân viên văn phòng, học sinh, trẻ em Ở Việt Nam, khí CO được

bộ Tài nguyên và Môi trường liệt kê là một trong những độc chất nguy hiểm trong không khí có ảnh hưởng đến cơ thể con người Theo đó, ngưỡng giới hạn của khí CO trong QCVN05:2013/BTNMT về chất lượng môi trường không khí xung quanh là tối đa

30000 mg/ m3 / 1 giờ và 10000 mg/ m3/ 8 giờ Tuy nhiên các tài liệu nghiên cứu về tác động cụ thể của khí CO ở điều kiện phòng học và môi trường tại các trường học và đại học tại Việt Nam vẫn còn nhiều hạn chế, chưa đầy đủ Hiện nay, tại Việt Nam vẫn chưa

có nghiên cứu về tác động của sự phơi nhiễm trong thời gian dài của học sinh, sinh viên với chất độc này đối với sức khỏe và khả năng học tập

1.4.6 Mối liên hệ giữa nồng độ khí CO 2 trong không khí và hiệu suất làm việc

Các nghiên cứu cho thấy, sự gia tăng ô nhiễm không khí gây nên bởi chất ô nhiễm phát sinh từ các thiết bị trong nhà, nội thất, v.v… có thể gây trở ngại cho việc hô hấp do

sự giảm tiếp xúc với khí O2 trong không khí, từ đó làm gia tăng nồng độ CO2 trong máu

là nguyên nhân gây triệu chứng đau đầu, khó thở, tức ngực (S P Corgnati., M G da Silva et al, 2011)

Ngoài những tác động tiêu cực của việc suy giảm chất lượng không khí tại các văn phòng lên người lớn, việc suy giảm không khí trong lớp học được chứng minh là có tác động tiêu cực đến việc học của trẻ em (A Naoya., Y Hiroshi et al, 2010) Myhrvold đã tiến hành nghiên cứu một lớp học và tìm thấy một mối liên quan giữa nồng độ CO2 và khả năng phản ứng Các nghiên cứu của Pilotto và Berner đều chỉ ra những điểm tích cực khi tăng lượng không khí cung cấp đối với hiệu quả học tập của học sinh Họ đều

sử dụng cả những bài toán đơn giản và trắc nghiệm ngôn ngữ hoặc trắc nghiệm tâm lý tương tự như các bài tập học sinh học ở trường để ghi nhận hiệu quả học tập

Dựa trên các nghiên cứu của Wargocki và Wyon tiến hành trắc nghiệm học sinh dựa vào các bài kiểm tra số học và ngôn ngữ, đồ thị liều lượng-đáp ứng biểu thị mối tương quan giữa hiệu quả học tập và mức độ thông thoáng khí được công bố Đồ thị này chỉ ra rằng, việc gia tăng gấp đôi lưu lượng không khí cung cấp vào phòng học (đơn vị

lít/s/người) thì tốc độ làm các bài tập trắc nghiệm tăng từ 8-14% trong khi tỉ lệ lỗi mắc phải khi làm các bài tập này là không bị ảnh hưởng (tính chính xác)

1.5 CHẤT LƯỢNG NHIỆT TRONG NHÀ

1.5.1 Khái niệm về chất lượng nhiệt

Chất lượng nhiệt độ trong nhà là tình trạng của tâm lý bày tỏ sự hài lòng của con người với môi trường nhiệt độ nơi họ làm việc và sinh sống Nhiệt độ trung lập đối với một người được xác định là tình trạng mà người đó ưa thích môi trường không ấm hơn cũng không mát hơn Sự trung lập nhiệt không phải lúc nào điều kiện ưa thích nhất đối với một số người, điều kiện nhiệt khiến họ thoải mái nhất là nhiệt độ hơi lạnh hơn so với nhiệt độ trung lập, và đối với một số người, điều kiện nhiệt mà họ cảm thấy ấm hơn một chút so với nhiệt độ trung lập khiến họ cảm thấy dễ chịu hơn

Trong thực tế khi có một số lượng người sinh sống nhất định trong một tòa nhà với cùng chất lượng mội trường không khí như nhau, không thể luôn làm hài lòng tất cả bởi

sự khác biệt lớn về tâm lý và sinh lý giữa mỗi người cũng như sự khác biệt trong hoạt động sống và quần áo của họ Vì vậy bước đầu tiên trong việc thiết kế và cải tạo chất lượng môi trường trong nhà, là việc tìm ra và tạo nên một môi trường tối ưu nhất đối với đa số người nhằm tạo ra sự thoải mái lớn nhất và hiệu quả làm việc cao nhất

1.5.2 Cơ chế điều nhiệt trên cơ thể người

Cơ thể con người có nhiệt độ trung bình khoảng 37oC và có thể tăng giảm trong khoảng 1,0 oC tùy theo thời gian trong ngày Yếu tố quan trọng và thường thấy ở cơ thể nhằm điều hòa và cân bằng nhiệt độ là sự tuần hoàn của máu chảy qua các mao mạch dưới da Khi nhiệt độ cơ thể tăng cao, các mạch máu giãn ra và đi cùng với sự giãn nở các lỗ chân lông, đưa nhiệt thoát ra khỏi cơ thể Khi nhiệt độ cơ thể giảm, áp suất máu giảm xuống và lưu lượng máu đến da giảm cùng với việc co chân lông nhằm tránh thất thoát nhiệt (gây nên sự tím tái dưới da)

1.5.3 Cân bằng năng lượng trong cơ thể người

Đối với cơ thể tiếp xúc lâu dài trong một môi trường nhiệt độ đặc trưng liên tục, nhiệt độ của cơ thể là hằng số với điều kiện có sự cân bằng giữa nhiệt sinh ra và nhiệt mất đi Sự cân bằng nhiệt cho các điều kiện này (S P Corgnati., M G da Silva et al, 2011) :

Với S là tỷ lệ lưu trữ nhiệt, M là tỷ lệ trao đổi chất sản xuất nhiệt, W là tỉ lệ hoàn thành công việc (tỉ lệ hoàn thành một công) R là tỷ lệ trao đổi nhiệt bức xạ, C là tốc độ trao đổi nhiệt đối lưu, K là tỷ lệ trao đổi nhiệt do truyền nhiệt, E là tỷ lệ trao đổi nhiệt bằng cách bốc hơi và RES là tỷ lệ trao đổi nhiệt bằng cách hô hấp Cân bằng nhiệt là đạt được khi tỷ lệ lưu trữ nhiệt S = 0

Phương trình (1.2) được suy ra từ phương trình (1) để tính toán sự dẫn nhiệt xuyên qua quần áo, KCl, người mặc quần áo trong trạng thái cân bằng nhiệt (S P Corgnati.,

M G da Silva et al, 2011):

Phương trình kép (1.2) thể hiện giá trị sự dẫn nhiệt qua quần áo bằng với kết quả của sự chuyển hóa nhiệt, sự hoàn thành công việc (thực hiện hoàn thành một công), sự mất nhiệt do bốc hơi và nhiệt tổn thất do hô hấp được tiêu tan ở bề mặt ngoài của quần

áo bằng bức xạ và đối lưu Các đặc trưng trong các phương trình (1.1) và (1.2) chỉ ra rằng cơ thể có thể mất hoặc tăng nhiệt Trao đổi nhiệt do dẫn nhiệt, ví dụ như tiếp xúc giữa chân và sàn nhà, không được đưa vào tính toán trong các phương trình trên, vì thông thường mức độ trao đổi nhiệt này là không đáng kể so với tổng số trao đổi nhiệt Tuy nhiên trao đổi nhiệt do dẫn nhiệt có thể có ảnh hưởng đáng kể đến việc trao đổi nhiệt cục bộ ví dụ như ở các ngón tay

Thông thường nhiệt độ trên da của cơ thể con người cao hơn nhiệt độ của không khí xung quanh Do đó, không khí tiếp xúc với cơ thể sẽ được nóng lên và mật độ của

nó sẽ trở nên thấp hơn, tức là nó sẽ nhẹ hơn không khí xung quanh và sẽ tăng lên Sự trao đổi nhiệt này được gọi là đối lưu tự nhiên Các dòng đối lưu tự nhiên có vận tốc tương đối thấp và do đó nhiệt độ không khí gia tăng thường không đủ để cân bằng nhiệt của cơ thể Trong trường hợp này, không khí cần phải được đưa ngược trở lại cơ thể của con người, ví dụ như sử dụng quạt Sự trao đổi nhiệt tăng cường này được gọi là sự đối lưu cưỡng bức Trong khi đối lưu tự nhiên phụ thuộc chủ yếu vào sự khác biệt giữa nhiệt

độ bề mặt cơ thể và nhiệt độ không khí, sự đối lưu cưỡng bức cũng phụ thuộc vào vận tốc áp đặt Trong thực tế, tùy thuộc vào điều kiện, đối lưu tự do hoặc đối lưu cưỡng bức hoặc sử dụng cả hai có thể đóng vai trò quan trọng Đối với người ít vận động trong phạm vi nhiệt độ không khí thoải mái trong phòng được đề nghị trong tiêu chuẩn, vận tốc dòng khí trong khoảng 0,2 - 0,3 m / s là cần thiết cho sự xuất hiện của các dòng đối lưu tự nhiên Khi điều này xảy ra đối lưu buộc phải bắt đầu đóng vai trò quan trọng để làm mát cơ thể Sưởi ấm cơ thể bằng không khí ấm áp có nghĩa là đưa dòng nhiệt từ

không khí vào cơ thể (ví dụ máy sưởi v.v…), cũng được sử dụng, mặc dù không được thường xuyên

1.5.4 Điều kiện để đạt được sự thoải mái về nhiệt

Có hai yếu tố thuộc về cá nhân quyết định sự thoải mái về nhiệt, cụ thể tỷ lệ trao đổi chất và sự cách nhiệt của quần áo, và bốn thông số thuộc về môi trường: nhiệt độ không khí, (nhiệt độ bức xạ), tốc độ thực hiện công và độ ẩm tương đối đều có sự tác động đến sự thoải mái của con người về nhiệt độ Sự cân bằng nhiệt độ cơ thể có thể đạt được trong các kết hợp khác nhau của các yếu tố cá nhân và các thông số môi trường Một trong các chỉ số được sử dụng rộng rãi nhằm đánh giá độ thỏa mãn về nhiệt

độ là PMV (Predicted Mean Vote) được công bố bởi Fanger Giá trị này đưa ra các điều kiện cân bằng nhiệt độ với sáu yếu tố chính đã kể trên nhằm đạt được sự thoải mái về nhiệt 7 thang điểm đánh giá sự thoải mái về nhiệt theo tiêu chuẩn ASHRAE bao gồm: -3 cực lạnh, -2 lạnh, -1 mát, 0 cân bằng, +1 ấm, +2 nóng, +3 cực nóng Sự tương quan giữa các giá trị mang tính nhận thức của con người và nhiệt độ trên cơ thể được thể hiện bằng hàm sau:

(0,303 2,100 0,028) [( ) c res res]

Trong đó, M là tỉ lệ trao đổi chất (W/m2), W là năng lượng sinh công trên một đơn

vị diện tích (W/m2), H là nhiệt độ mất đi, E c là nhiệt độ thất thoát do quá trình bay hơi

(qua da), C res là nhiệt độ đối lưu trao đổi bởi quá trình hô hấp, Eres là nhiệt bốc hơi trao đổi qua quá trình hô hấp

Phương trình này bao gồm cả các mô hình nhận thức của con người và sự cân bằng nhiệt cơ thể con người

Fanger cũng đã tìm ra với sự biến động của chỉ số PMV và một hàm phụ thuộc với

nó trong mối quan hệ để tạo ra đường cong như phân phối Gaussian

Phần trăm giá trị không hài lòng dự đoán PDD là một hàm của giá trị PMV [khoảng biến thiên -2 < PMV < +2]

1.5.5 Tác động của chất lượng nhiệt trong nhà đối với làm việc và học tập

Chất lượng nhiệt có thể tác động lên hiệu quả làm việc theo nhiều cách :

Không thỏa mãn về nhiệt độ làm sao lãng sự tập trung và gia tăng những phản ứng trái chiều, điều này làm gia tăng các chi phí duy trì khác nhau

Nhiệt độ không phù hợp có thể gây nên các triệu chứng bệnh trong nhà (Sick Building Symptoms – SBS) và có tác động tiêu cực đến sự tập trung của con người (O

A Seppanen., W J Fisk., M J Mendell, 1999)

Điều kiện nhiệt độ lạnh làm giảm nhiệt độ ngón tay từ đó có ảnh hưởng đến độ chuẩn xác khi thao tác bằng tay

Nhiệt độ thay đổi nhanh có cùng một tác động lên các công việc tại văn phòng và thường gây nên sự khó chịu

Sự thay đổi nhiệt độ theo chiều dọc gây nên sự mất thăng bằng nhiệt ở vùng gần mặt sàn Các dữ liệu phân tích cho thấy hiệu suất làm việc trong trường hợp này có thể giảm từ 5% đến 15% Dựa trên các kết quả từ 24 bài báo nghiên cứu về tác động của nhiệt độ đến hiệu suất làm việc Seppänen đã đưa ra một mối tương quan giữa nhiệt độ

và hiệu suất lao động Nghiên cứu này chỉ ra rằng cứ mỗi 1oC thay đổi thì năng suất lao động lại giảm đi 1% (F Theakston., B Mills., và cộng sự, 2010)

Ngoài những tác động tiêu cực của nhiệt độ đối với hiệu suất công việc văn phòng của người lớn, sự gia tăng nhiệt độ lớp học đã được chứng minh là có tác động tiêu cực đến hiệu suất của việc học của trẻ em (học tập) Schoer và Shaffran đã chỉ ra rằng học sinh 10-12 tuổi thực hiện các bài kiểm tra đơn giản và lặp đi lặp lại cũng như các bài tập

ở trường tốt hơn trung bình 5,7% trong một phòng học máy lạnh, khi nhiệt độ đạt 22,5°C

so với một lớp học không có thiết bị làm mát có nhiệt độ khoảng 26°C Một thí nghiệm

về ảnh hưởng của nhiệt độ lớp học trong giờ học thực hiện trong năm 1960 và năm 1970

ở Thụy Điển bởi Wyon, trẻ em thực hiện một số bài tập, bao gồm cả bài tập số học (Cộng, trừ, nhân, kiểm tra phép tính) và bài tập ngôn ngữ (đọc và hiểu, cung cấp các từ đồng nghĩa và trái nghĩa) tốt hơn trong lớp học với nhiệt độ 20°C so với các lớp học với nhiệt độ 27 và 30°C; tầm ảnh hưởng tiêu cực của nhiệt độ đối với hiệu suất làm việc thấy được ở một số bài kiểm tra là khoảng 30%

Dựa trên các nghiên cứu của Wargocki và Wyon ở trường tiểu học khảo sát trên các bài kiểm tra số học và ngôn ngữ đối với học sinh, mối quan hệ liều lượng – đáp ứng giữa hiệu quả học tập ở trường học và nhiệt độ phòng học được công bố Kết quả chỉ ra

rằng khi nhiệt độ phòng học giảm xuống 1 oC thì tốc độ làm bài được gia tăng từ 2-4%, trong khi sự giảm nhiệt độ này không có ảnh hưởng gì đến chất lượng làm việc đối với khía cạnh tính chính xác (% sai sót) của học sinh

1.6 CHẤT LƯỢNG ĐỘ ẨM TRONG NHÀ

1.6.1 Khái niệm về độ ẩm

Cũng như chất lượng nhiệt độ, độ ẩm cũng là một trong những yếu tố đánh giá của chất lượng môi trường trong nhà và có mối tương quan với nhiệt độ không khí lưu thông trong tòa nhà Do đó trong một số nghiên cứu, chất lượng nhiệt trong tòa nhà có thể bao gồm chung cả chất lượng nhiệt độ, nhiệt độ bức xạ, độ ẩm và chất lượng dòng không khí lưu thông trong tòa nhà

Lượng độ ẩm trong không khí có ảnh hưởng trực tiếp sự thoải mái của con người

mà tác động lần lượt vào sức khỏe và khả năng lao động của người dân sinh sống trong các tòa nhà Duy trì mức độ ẩm trong nhà giữa 30-70% là điều cần thiết trong không gian mà con người lao động vì nó cho phép họ hoạt động một cách hiệu quả nhất (O A Seppanen., W J Fisk., M J Mendell, 1999)

Như lý thuyết về cơ chế cân bằng nhiệt trong cơ thể người đã đưa ra ở trên, sự điều nhiệt trên cơ thể người luôn gắn liền với quá trình thoát hơi nước qua da và lượng nước mất đi trong cơ thể Nhiệt độ cảm nhận của cơ thể người do đó cũng thay đổi tùy theo lượng nước mất đi Có thể nói sự điều khiển chất lượng nhiệt và thông khí trong tòa nhà luôn gắn liền với sự điều chỉnh độ ẩm Chính vì điều này, ngày nay rất nhiều máy điều hòa không chỉ có cơ chế làm mát không khí mà còn có khả năng điều chỉnh độ ẩm nhằm tạo ra sự thoải mái nhất định cho con người trong một không gian hữu hạn

1.6.2 Tác động của chất lượng độ ẩm đến sức khỏe con người

Độ ẩm có tác động trực tiếp vào cấu trúc và kết cấu của tòa nhà (nấm mốc phát triển, loại vải và đồ nội thất) Kiểm soát độ ẩm trong các tòa nhà là điều cần thiết cho sức khoẻ người cư ngụ Mức độ ẩm chỉ định trong nhà nên ở mức khoảng 30-40% tùy thuộc vào yêu cầu của con người Ở mức này, con người không chỉ cải thiện được sức khỏe, sự thoải mái mà còn giảm được phần lớn lượng chi tiêu điện năng của tòa nhà Các ảnh hưởng chính của độ ẩm về sức khỏe là thông qua các chất ô nhiễm sinh học và sự tồn tại của chúng trong không khí (ở nhiệt độ 21 °C, virus cảm cúm trong không khí là thấp nhất tại độ ẩm trung bình 40% đến 60%.) Đa số virus truyền nhiễm

lây lan giữa con người với con người thông qua các dạng sol khí lơ lửng tạo ra từ hô hấp (hắt hơi, hít thở, ho,…) Chất ô nhiễm sinh học bao gồm các tác nhân gây bệnh như vi khuẩn (ví dụ, Streptococcus, Legionella), virus (ví dụ, cảm lạnh thông thường, cúm), và nấm (ví dụ, Aspergillusfumigatus) Phản ứng dị ứng (ví dụ như hen suyễn, viêm mũi)

và bụi đều bị ảnh hưởng bởi chất lượng độ ẩm trong không khí Giá trị độ ẩm dưới 50%

là độ ẩm an toàn khi sự hoạt động của virus và vi khuẩn, bụi bị suy giảm

Tuy nhiên, một số nghiên cứu chỉ ra rằng một môi trường có độ ẩm tương đối thấp hơn 50% sẽ làm tăng tốc độ lây lan của virus cảm cúm Gần đây, Viện Quốc gia Hoa

Kỳ về An toàn và sức khỏe nghề nghiệp đã cũng đã chứng minh rằng độ ẩm tương đối

có thể là một yếu tố trong việc kiểm soát sự lây lan của cúm

Tại Việt Nam, các nghiên cứu về điều kiện vi khí hậu nói chung và độ ẩm nói riêng

đã xuất hiện nhiều trong những năm gần đây Các nghiên cứu đa số chỉ ra tác động của

độ ẩm không khí đối với cây trồng trong nông nghiệp, trong môi trường lao động tại các nhà máy, phân xưởng Theo TCVN 5687:2010 của Bộ xây dựng về Thông khí và điều hòa trong xây dựng, thì các tòa nhà cần phải tận dụng thông gió tự nhiên, thông gió xuyên phòng trong công nghiệp, nhà ở và phải có biện pháp tránh gió lùa vào mùa đông nhằm đảm bảo độ ẩm cần thiết trong tòa nhà

Các nghiên cứu tại Việt Nam về tác động của độ ẩm lên sức khỏe con người vẫn còn nhiều hạn chế Đa số các ứng dụng về công nghệ thông gió và điều hòa là công nghệ

từ nước ngoài (điều hòa, hệ thống thông khí đa phần nhập khẩu công nghệ) có nhiều khác biệt so với điều kiện tại Việt Nam So với TCVN 5687:2010, nhiều kiến trúc xây dựng còn chưa tuân thủ nghiêm ngặt, nhận thức của con người về tác hại của độ ẩm và không khí ẩm mốc chưa đầy đủ khiến họ phớt lờ, bỏ qua hoặc không quan tâm chú trọng trong thiết kế xây dựng, làm suy giảm sức khỏe và chất lượng lao động trong làm việc

và sinh sống tại các tòa nhà

1.7 GIỚI THIỆU CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ KHÍ CO, CO 2 , NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM 1.7.1 Giới thiệu cảm biến nhiệt độ và độ ẩm - DHT22

DHT22 có đầu ra được hiệu chuẩn tín hiệu kỹ thuật số Nó sử dụng kỹ thuật số tín hiệu thu, công nghệ độc quyền cảm biến độ ẩm, đảm bảo độ tin cậy và tính ổn định Đầu

dò cảm biến của nó được kết nối với máy tính chip đơn 8-bit Mỗi cảm biến trong thiết

bị này là cảm biến nhiệt độ thông thường và hiệu chuẩn trong buồng hiệu chuẩn chính xác và hiệu chỉnh hệ số được lưu trong chương trình bộ nhớ OTP, khi cảm biến được kết nối, nó sẽ trích dẫn hệ số từ bộ nhớ Kích thước nhỏ và tiêu thụ thấp và khoảng cách

truyền dẫn dài (20m) cho phép DHT22 để được phù hợp trong tất cả các điều kiện ứng dụng khắc nghiệt Sensor này chỉ gồm một hàng với bốn chân cắm, làm cho các kết nối với thiết bị khác trở nên rất thuận tiện

Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật của cảm biến DHT22

Tín hiệu đầu ra Tín hiệu kỹ thuật số và tín hiệu thu đơn

Độ chính xác Độ ẩm  2% RH(tối đa  5% RH); nhiệt độ < +0,5 Celsius

Độ sai lệch theo thời gian  0,5%RH/năm

Khả năng hoán đổi Có khả năng hoán đổi đầy đủ

Kích thước Kích cỡ nhỏ 14  18  5,5mm; kích cỡ lớn 22  28  5mm

Hình 1.1 Cấu trúc thiết kế của cảm biến DHT22

1.7.2 Giới thiệu Sensor cảm biến nồng độ CO – MQ07

Độ nhạy của vật liệu cảm biến MQ7 là Sn02, trong đó khả năng dẫn điện của nó thấp hơn khi ở trong không khí Đó là phương pháp quyết định cho chu kỳ nhiệt độ cao

và thấp, phát hiện CO khi nhiệt độ thấp (nhiệt độ được làm nóng ở 1,5V) Độ dẫn điện của cảm biến sẽ cao hơn khi nồng độ khí tăng ( nhiệt độ được làm nóng ở 0,5V), nó sẽ làm sạch các khí đã được hấp thụ ở nhiệt độ thấp hơn trước đó Sử dụng các mạch điện đơn giản để chuyển đổi sự thay đổi độ dẫn điện tương ứng với tín hiệu đầu ra của nồng

độ khí MQ-7 cảm biến khí có độ nhạy cao Carbon Monoxide, các cảm biến có thể được

sử dụng để phát hiện chất khí khác nhau có chứa CO, khi chi phí thấp và phù hợp cho các ứng dụng khác nhau

a Đặc điểm:

 Độ nhạy tốt với khí dễ cháy trong phạm vi rộng

 Độ nhạy cao với khí tự nhiên

 Tuổi thọ cao và chi phí thấp

 Vi mạch trong ổ đĩa đơn giản

b Ứng dụng:

 Phát hiện rò rỉ gas trong nước

 Công nghiệp dò CO

 Phát hiện khí di động

Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật của cảm biến MQ07

Điện trở cảm biến Rs 2KQ - 20KQ(in 100ppm CO )

Độ nhạy S Rs (in air)/ Rs (100ppm CO) > 5