Nghiên cứu điều kiện vi khí hậu, CO, CO2 trong phòng học trung tâm anh ngữ ILA theo thời gian

Một số tiêu chuẩn và sổ tay hướng dẫn đã được xây dựng trên thế giới và được dùng làm tài liệu tham khảo trong nghiên cứu này là: Sổ tay hướng dẫn ASHRAE 2009, Tiêu chuẩn ASHRAE 62.1, Sổ

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Nghiên cứu về các điều kiện vi khí hậu 3

1.2 Nghiên cứu về điều kiện thông gió, CO2 và CO 4

1.3 Một số các khái niệm cơ bản 5

1.3.1 Chất lượng môi trường trong nhà (Indoor environment quality - IEQ) 5

1.3.2 Chất lượng không khí trong nhà (Indoor air quality – IAQ) 5

1.4 Các cách để đánh giá chất lượng không khí trong nhà 5

1.5 Các yếu tố gây ô nhiễm không khí trong nhà 8

1.6 Hội chứng bệnh trong nhà (Sick Building Syndrome – SBS) 9

1.6.1 Hội chứng bệnh trong nhà là gì? 9

1.6.2 Biểu hiện của hội chứng bệnh trong nhà (SBS) 9

1.6.3 Bệnh liên quan đến toà nhà (Building Related Illness – BRI) 9

1.6.4 Các nguyên nhân gây ra Hội chứng bệnh trong nhà (SBS) 10

1.7 Tiêu chuẩn ASHRAE 10

1.7.1 ASHRAE là gì? 10

1.7.2 Tiêu chuẩn ASHRAE dành cho các lớp học 11

1.7.3 Kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm 12

1.8 Các quy định thiết kế thông số nhiệt độ và độ và độ ẩm bên trong nhà theo TCVN 5687:2010/BXD 12

1.9 Các chất ô nhiễm không khí trong nhà được chọn để nghiên cứu trong đề tài 13

1.9.1 CO 13

1.9.2 CO2 14

1.9.3 Các tiêu chuẩn để so sánh với nồng độ CO và CO2 đo đạc được 16

Plus 16

1.10.2 Thiết bị đo nồng độ khí CO Testo 317-3 18

1.10.3 Nhận xét chung về các máy đo trên thị trường 18

1.11 Phân tích số liệu 19

1.11.1 Giới thiệu sơ lược về phần mềm R 19

1.11.2 Các thuật toán dùng để phân tích số liệu 19

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 Thiết bị đo đạc 23

2.1.1 Đo nhiệt độ và độ ẩm 23

2.1.2 Đo nồng độ CO2 trong nhà 24

2.1.3 Đo nồng độ CO trong nhà 27

2.1.4 Thiết kế chế tạo bộ đo và đặt các thông số môi trường 27

2.2 Địa điểm nghiên cứu 30

2.3 Đối tượng nghiên cứu 33

2.4 Cách tiến hành 33

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35

3.1 Kết quả hiệu chỉnh thiết bị đo 35

3.2 Kết quả đo đạc đợt 1 36

3.2.1 Nhiệt độ 37

3.2.2 Độ ẩm 39

3.2.3 Nồng độ CO trong phòng 43

3.2.4 Kết quả học tập của học sinh 46

3.3 Kết quả đo đạc đợt 2 48

3.3.1 Nhiệt độ 49

3.3.2 Độ ẩm 51

3.3.3 Nồng độ CO trong phòng 55

3.3.4 Nồng độ CO2 trong phòng 58

KẾT LUẬN 63

KIẾN NGHỊ 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO xiv

PHỤ LỤC xiv

BRI : Bệnh liên quan đến toàn nhà

HVAC : Nhiệt, thông gió và điều hòa không khí

IAQ : Chất lượng không khí trong nhà

IEQ : Chất lượng môi trường trong nhà

REHVA : Liên đoàn các hiệp hội thông gió sưởi ấm và điều hòa không khí châu Âu SBS : Hội chứng bệnh trong nhà

US EPA : Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ

WHO : Tổ chức Y tế Thế giới

đọng và hấp thụ vào tường và máy lọc không khí 7

Hình 1.2 Thiết bị đo nồng độ khí CO2, nhiệt độ, độ ẩm cầm tay pSense-Plus 17

Hình 1.3 Máy đo nồng độ CO Testo 317-3 18

Hình 1.4 Giao diện phần mềm thống kê R 19

Hình 1.5 Sơ đồ các bước phân tích số liệu 20

Hình 2.1 Sơ đồ các bước thực hiện của phương pháp nghiên cứu 22

Hình 2.2 Sơ đồ kích thước của cảm biến DHT22 23

Hình 2.3(a) Cấu tạo của cảm biến MG811 24

Hình 2.3(b) Cấu tạo của cảm biến MG811 24

Hình 2.3(c) Cấu tạo của cảm biến MG811 25

Hình 2.4 Mạch điện cơ bản cho cảm biến MG811 26

Hình 2.5 Cấu tạo của sensor MQ-7 27

Hình 2.6 Sơ đồ chức năng của máy đo điều kiện vi khí hậu, CO và CO2 28

Hình 2.7 Sơ đồ lắp ráp PCB của bản mạch chính bộ đo và đặt thông số 29

Hình 2.8 Sơ đồ lắp ráp PCB của bàn phím điều khiển 29

Hình 2.9 (a) Trung tâm Anh ngữ ILA Tân Phú 31

Hình 2.9 (b.) Trung tâm Anh ngữ ILA Tân Phú 31

Hình 2.10 Phòng học 307 tại Trung tâm Anh ngữ ILA Tân Phú 32

Hình 2.11 Sơ đồ phòng học 307 tại Trung tâm Anh ngữ ILA Tân Phú 32

Hình 2.12 Vị trí đặt máy đo 33

Hình 3.1 Nhiệt độ trong phòng học các ngày 1/11, 3/11 và 8/11 38

Hình 3.2 Độ ẩm trong phòng học các ngày 1/11, 3/11 và 8/11 40

Hình 3.3 Nhiệt độ trong phòng học các ngày 1/11, 3/11 và 8/11 so với tiêu chuẩn ASHRAE 42

Hình 3.4 Nồng độ CO (theo trung bình phút) trong phòng học các ngày 1/11, 3/11 và 8/11 44

Hình 3.5 Nồng độ CO (trung bình mỗi 15 phút) trong phòng học các ngày 1/11, 3/11 và 8/11 45

Hình 3.7 Nhiệt độ trong phòng học các ngày 8/12, 10/12 và 11/12 50

Hình 3.8 Độ ẩm trong phòng học các ngày 8/12, 10/12 và 11/12 52

Hình 3.9 Nhiệt độ trong phòng học các ngày 8/12, 10/12 và 11/12 so với tiêu chuẩn ASHRAE 54

Hình 3.10 Nồng độ CO (theo trung bình phút) trong phòng học các ngày 8/12, 10/12 và 11/12 56

Hình 3.11 Nồng độ CO (theo trung bình 15 phút) trong phòng học các ngày 8/12, 10/12 và 11/12 57

Hình 3.12 Nồng độ CO2 trong phòng học các ngày 8/12, 10/12 và 11/12 59

Hình 3.13 Nồng độ CO2 trong phòng học ngày 8/12 60

Hình 3.14 Nồng độ CO2 trong phòng học ngày 10/12 và 11/12 61

và phòng thí nghiệm của học sinh từ tiểu học đến trung học 11

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn thiết kế đề nghị điển hình cho thông gió và lọc khí phòng học của học sinh 11

Bảng 1.3 Tiêu chuẩn thiết kế về nhiệt độ và độ ẩm theo TCVN 5687:2010/BXD 12

Bảng 1.4 Các mức ảnh hưởng của nồng độ CO2 trong nhà 15

Bảng 1.5 Các tiêu chuẩn về nồng độ CO và CO2 trong nhà 16

Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của cảm biến DHT22 23

Bảng 2.2 Bảng thông số kỹ thuật của cảm biến MG811 26

Bảng 2.3 Thời gian hoạt động của lớp học 34

Bảng 3.1 Bảng kết quả hiệu chỉnh thiết bị đo 35

Bảng 3.2 Bảng trích dẫn số liệu đo đạc được ngày 1/11, 3/11 và 8/11 36

Bảng 3.3 Bảng thống kê các giá trị nhiệt độ đo đạc được ngày 1/11, 3/11 và 8/11 37

Bảng 3.4 Bảng thống kê các giá trị độ ẩm đo đạc được ngày 1/11, 3/11 và 8/11 39

Bảng 3.5 Bảng so sánh các giá trị về nhiệt độ và độ ẩm trong các ngày 1/11, 3/11 và 8/11 so với tiêu chuẩn ASHRAE 2011 41

Bảng 3.6 Bảng thống kê các giá trị nồng độ CO đo đạc được trong phòng học ngày 1/11, 3/11 và 8/11 43

Bảng 3.7 Bảng thống kê kết quả bài kiểm tra toán ngày 1/11, 3/11 và 8/11 46

Bảng 3.8 Bảng trích dẫn số liệu đo đạc được ngày 8/12, 10/12 và 11/12 48

Bảng 3.9 Bảng thống kê các giá trị nhiệt độ đo đạc được ngày 8/12, 10/12 và 11/12 49 Bảng 3.10 Bảng thống kê các giá trị độ ẩm đo đạc được ngày 8/12, 10/12 và 11/12 51

Bảng 3.11 Bảng so sánh các giá trị về nhiệt độ và độ ẩm trong các ngày 8/12, 10/12 và 11/12 so với tiêu chuẩn ASHRAE 2011 53

Bảng 3.12 Bảng thống kê các giá trị nồng độ CO đo đạc được ngày 8/12, 10/12 và 11/12 55

Bảng 3.13 Bảng thống kê các giá trị nồng độ CO2 đo đạc được ngày 8/12, 10/12 và 11/12 58

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong những năm gần đây, khi chất lượng cuộc sống ngày càng được nâng cao thì con người bắt đầu quan tâm đến chất lượng môi trường sống nhiều hơn, đặc biệt là các tiêu chuẩn về chất lượng không khí trong nhà ngày càng được đòi hỏi cao Bởi vì, phần lớn thời gian (thường hơn 90%) con người chúng ta hoạt động trong nhà nên duy trì các điều kiện chất lượng không khí trong nhà ở mức độ hợp

lý, không gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người là việc làm cần thiết (Sổ tay hướng dẫn về chất lượng môi trường trong nhà của REHVA)

Chất lượng không khí trong nhà có mối liên hệ trực tiếp đến chất lượng không khí ngoài trời, ví dụ như các phòng lạnh được cấp khí từ bên ngoài, các chất

ô nhiễm có hại đến sức khỏe con người như CO, SO2, NOx cũng được đưa vào bên trong nhà qua hệ thống cấp khí, làm lạnh Theo báo cáo môi trường quốc gia về hiện trạng không khí ở Việt Nam (công bố 18/9/2014), môi trường không khí ở Việt Nam đang bị ô nhiễm nghiêm trọng Đặc biệt, tại nhiều thành phố lớn như Hà Nội, TP.HCM, không khí trong nhà bị ô nhiễm, được xem như “sát nhân thầm lặng”, gây

ra nhiều bệnh tật

Ô nhiễm không khí trong nhà đã được thế giới báo động và quan tâm từ lâu, tuy nhiên Việt Nam hiện vẫn chưa có tiêu chuẩn về chất lượng không khí trong nhà Một số tiêu chuẩn và sổ tay hướng dẫn đã được xây dựng trên thế giới và được dùng làm tài liệu tham khảo trong nghiên cứu này là: Sổ tay hướng dẫn ASHRAE 2009, Tiêu chuẩn ASHRAE 62.1, Sổ tay hướng dẫn mức độ phơi nhiễm cho chất lượng không khí trong nhà của Canada, Sổ tay hướng dẫn chất lượng không khí trong nhà của Tổ chức Y tế thế giới đối với châu Âu

Chất lượng không khí trong nhà không những gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe của con người, mà còn làm giảm hiệu quả học tập và làm việc Hiện nay, một số công ty đã bắt đầu quan tâm đến hệ thống thông gió, điều hòa trong phòng làm việc để nâng cao hiệu quả làm việc của nhân viên Tuy vậy, một trong những đối tượng dễ bị ảnh hưởng bởi chất lượng không khí trong nhà kém, nhưng lại ít được quan tâm đó chính là học sinh Đã có những nghiên cứu trên thế giới về vấn

đề này, nhưng ở Việt Nam còn khá mới và chưa được quan tâm Vì vậy, việc nghiên cứu chất lượng không khí trong lớp học là cần thiết bởi sự khác biệt đặc điểm khí hậu và điều kiện cơ sở vật chất ở các trường học của nước ta Đây sẽ là bước đầu để đánh giá sơ bộ được chất lượng không khí trong lớp học, từ đó xây dựng các tiêu

chuẩn về chất lượng không khí trong nhà cho các đối tượng, đặc biệt là trẻ em, học sinh tiểu học trong tương lai

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Đã có rất nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng chất lượng không khí trong nhà có ảnh hưởng nhất định đối với sức khỏe của con người, và điều này rất quan trọng trong môi trường giáo dục, đặc biệt là đối với sức khỏe của các em học sinh tiểu học trong độ tuổi từ 6 đến 10 tuổi Chính vì vậy, mục tiêu của nghiên cứu này là đánh giá sơ bộ chất lượng môi trường không khí trong lớp ở Trung tâm Anh ngữ ILA Tân Phú thông qua đo đạc thực nghiệm đối với các thông số sau: điều kiện vi khí hậu,

CO va CO2

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu các thiết bị đo đạc có mặt trên thị trường;

- Tìm hiểu và lựa chọn các cảm biến phù hợp cho từng thông số lựa chọn quan trắc;

- Chế tạo và hiệu chỉnh máy đo;

- Tiến hành đo đạc thực nghiệm đối với từng thông số;

- Đánh giá hiện trạng chất lượng không khí trong phòng học Trung tâm Anh ngữ ILA thông qua các thông số: nhiệt độ, độ ẩm, CO2, CO;

4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu sơ bộ hiện trạng chất lượng không khí trong lớp học của học sinh tiểu học (từ 6 – 10 tuổi) ở một phòng học đại diện tại Trung tâm Anh ngữ ILA Tân Phú, TP.HCM

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 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:

- Sự 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

- Sự 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 thẳng đứng làm giảm cảm giác về chất lượng không khí hoặc dẫn tới làm giảm nhiệt độ trong phòng, và gây ra sự phàn nàn về sàn lạnh

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 1oC 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 25oC (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 25,4oC Tuy chưa

có một mô hình chuẩn nào cho các nghiên cứu trên, tuy nhiên nó chỉ ra được mối liên hệ cụ thể 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 22,5oC so với phòng học không có điều hòa và nhiệt độ khoảng 26oC 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

nhiệt độ giảm 1oC thì tốc độ thực hiện các bài tập của học sinh tăng khoảng từ 4%

2-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 thể thấy được việc nghiên cứu 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 ẩm để điều chỉnh sao cho thích hợp, tối ưu hóa việc học và tiếp thu của các em học sinh

1.2 Nghiên cứu về điều kiện thông gió, CO 2 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 l/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 6.4 l/s-người (Nielsen, 1984) Theo tiêu chuẩn ASHRAE 62 –

2004 về chất lượng không khí trong nhà, tỷ lệ thông gió tối thiểu 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 thể 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 tiểu học

ở Mỹ, cho thấy có mối liên hệ giữa hiệu quả học tập của học sinh tiểu học đối với tỷ

lệ thông gió trong phòng học (được tính toán theo nồng độ CO2 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 thể 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

cứu của Myhrvold và cộng sự (1996) thực hiện ở 22 phòng học tại 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 CO2 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 “bệnh trong tòa nhà” (Sick building sydrome) và nồng độ CO2 cao (Potting và cộng sự, 1987) Kết quả của hai nghiên cứu trên có thể không tương khớp nhau tuy nhiên, nó cũng cho thấy tỷ lệ thông gió

và nồng độ CO2 có thể đại diện cho các yếu tố thực khác mà gây ra các bệnh cho học sinh (Daisey và cộng sự, 2003)

1.3 Một số các khái niệm cơ bản

1.3.1 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 chi phí về năng lượng

1.3.2 Chất lượng không khí trong nhà (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

1.4 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, nấm, vi khuẩn, )

- 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)

- Đánh giá 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 nồng 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 thể 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 phân sau:

Trong đó:

C là nồng độ trung bình tức thời của chất gây ô nhiễm [mg / m³]

G là chất ô nhiễm tạo ra từ bên trong phòng [mg / h]

V là thể tích phòng [m³]

λ là tỷ lệ trao đổi không khí tức là tỷ lệ dòng khí sạch được cấp cho phòng theo thể tích phòng [h-1]

Cext là nồng độ của các chất ô nhiễm trong không khí bên ngoài [mg / m³]

νd là tốc độ lắng của các chất gây ô nhiễm [mg / h.m²]

S là diện tích bề mặt lắng [m²]

Qac là tỷ lệ dòng khí qua bộ lọc khí [m³ / h]

εac là hiệu quả của bộ lọc không khí [-]

Hình 1.1 Phòng đồng nhất (Uni-zone) với nguồn ô nhiễm, dòng khí thông gió, lắng đọng và hấp thụ vào tường và máy lọc không khí

Các hiệu ứng của sự hấp thụ hoặc lắng đọng của các chất ô nhiễm bên trong phòng và bỏ qua hệ thống lọc không khí có thể được xem xét một cách đơn giản, tức là bỏ qua giá trị này Như vậy, phương trình trở thành:

Khi V, G, Ext không thay đổi, kể từ thời điểm ban đầu t = 0 , nơi nồng độ ban đầu C0 = Cini, thì nồng độ chất ô nhiễm tại thời điểm t sẽ được tính bằng công thức:

Trong đó: là nồng độ chất ô nhiễm ở trạng thái ổn định và được tính bằng công thức:

Chất lượng không khí trong nhà và nồng độ các chất ô nhiễm

Trong các môi trường phi công nghiệp như nhà cửa, trường học, văn phòng

và các tòa nhà công cộng khác, con người liên tục tiếp xúc với nồng độ của các hợp chất hóa học hữu cơ khác nhau Các hợp chất có nguồn gốc từ các nguồn ngoài trời,

ví dụ giao thông đô thị, và từ các nguồn trong nhà như con người, hút thuốc lá, và

từ chính các tòa nhà (vật liệu xây dựng và trang trí nội thất, thiết bị điện tử và hệ thống sưởi, thông gió và hệ thống điều hòa không khí)

Chất lượng không khí trong nhà có thể được xem xét bằng cách đo các tính chất vật lý và hóa học của không khí và so sánh chúng với các giá trị hướng dẫn, các tiêu chuẩn Tuy nhiên, việc điều chỉnh chất lượng không khí trong nhà bằng cách xác định giá trị hướng dẫn cho tất cả các hợp chất có mặt trong môi trường không khí và có vẻ không thực tế, đặc biệt là xem xét rằng mỗi ngày có nhiều hợp chất mới được phát hiện trong nhà

Một phương pháp để mô tả chất lượng không khí trong nhà có thể đơn giản

là bằng cách hỏi những người ở bên trong tòa nhà để đánh giá liệu chất lượng không khí trong nhà là tốt hay kém Một cách tiếp cận tương tự đã được sử dụng để thiết lập các yêu cầu về thông gió của môi trường trong nhà phi công nghiệp từ các nghiên cứu của Yaglou và cộng sự (1936), nghiên cứu đánh giá cường độ mùi bởi những người ở trong nhà Nghiên cứu này sau đó đã được minh chứng qua một nghiên cứu khác của Fanger và cộng sự (1988) cũng sử dụng các đánh giá khả năng chấp nhận mùi sử dụng phương pháp đánh giá của những người trong tòa nhà Tuy nhiên, phương pháp chỉ áp dụng cho các hợp chất có thể được cảm nhận của con người

1.5 Các yếu tố gây ô nhiễm không khí trong nhà

Theo US EPA, có ba nguồn chính của chất gây ô nhiễm ảnh hưởng đến chất lượng không khí trong nhà:

1 Trong nhà

- Các hoạt động cá nhân (hút thuốc lá hoặc vệ sinh cá nhân);

- Dọn dẹp nhà cửa(khử mùi, chất tẩy rửa, hoặc bụi);

- Các hoạt động bảo trì (tu sửa, nội thất mới / thảm, hoặc kiểm soát dịch hại);

- Các loại khác: Khí thải từ các thiết bị văn phòng (máy photocopy, VDT);

- Vật tư văn phòng (mực, các sản phẩm giấy không cacbon);

- Sự cố tràn chất lỏng hoặc rò rỉ;

- Số lượng người trong phòng;

- Tiện nghi về nhiệt và / hoặc độ ẩm

2 Ngoài trời

- Không khí bị ô nhiễm ngoài trời (khí thải xe, phấn hoa, hoặc các chất ô nhiễm công nghiệp);

- Gần các nguồn ô nhiễm như: thùng rác, bến xe, hoặc khí thải từ các tòa nhà;

- Khí đất (chất hóa học, bể chứa ngầm, hoặc thuốc trừ sâu);

- Vi sinh vật (nấm mốc)

3 Hệ thống HVAC (hệ thống sưởi ấm, điều hòa, thông gió)

- Phân phối không đủ không khí sạch trong hệ thống thông gió;

- Bụi trong đường ống;

- Bộ lọc không khí bẩn;

- Tăng trưởng vi sinh trong ống thông gió và / hoặc máy làm ẩm

1.6 Hội chứng bệnh trong nhà (Sick Building Syndrome – SBS)

1.6.1 Hội chứng bệnh trong nhà là gì?

Cuối thập niên 70, người ở trong nhà mới, văn phòng và vườn ươm thường

bị các triệu chứng mệt mỏi khó chịu không đặc hiệu, giới truyền thông gọi là “bệnh văn phòng” (office illness) Thuật ngữ “Hội chứng bệnh trong nhà” (sick building syndrome SBS) được WHO đặt tên năm 1986, khi họ cũng ước tính có từ 10-30% các tòa nhà văn phòng ở phương Tây bị ảnh hưởng Các nghiên cứu ở Đan Mạch và Anh đưa ra những triệu chứng chẩn đoán Trong những năm 90, SBS được nghiên cứu sâu rộng, nhiều yếu tố vật lý và hóa học khác nhau trong các tòa nhà đã được thẩm tra

Hội chứng bệnh trong nhà (sick buiding syndrome, SBS) là tập hợp các loại bệnh của những người làm việc văn phòng, cao ốc hay mắc phải Bệnh văn phòng có 4 điểm chung: (1) bệnh liên quan đến thời gian làm việc văn phòng, (2) bệnh hết khi nghỉ làm việc, (3) tái phát khi làm việc trở lại và (4) đồng nghiệp cùng phòng cũng bị tương tự

1.6.2 Biểu hiện của hội chứng bệnh trong nhà (SBS)

Theo US EPA 1991, các biểu hiện của hội chứng bệnh trong nhà bao gồm các biểu hiện sau:

- Những người làm việc trong tòa phàn nàn về triệu chứng liên quan với cảm giác khó chịu cấp tính, ví dụ, nhức đầu; mắt, mũi hoặc họng; ho khan; da khô hoặc ngứa; chóng mặt và buồn nôn; khó khăn trong việc tập trung; mệt mỏi;

và nhạy cảm với mùi

- Các nguyên nhân gây ra các triệu chứng không được biết

- Hầu hết các triệu chứng giảm ngay sau khi rời khỏi tòa nhà

1.6.3 Bệnh liên quan đến toà nhà (Building Related Illness – BRI)

Theo US EPA 1991, Thuật ngữ “bệnh liên qua đến tòa nhà” (BRI) được sử dụng khi các triệu chứng của bệnh có thể chẩn đoán được xác định và có thể gây ra trực tiếp do các chất ô nhiễm trong không khí trong nhà

Một số biểu hiện của BRI bao gồm:

- Những người trong tòa nhà phàn nàn về các triệu chứng như ho; tức ngực; sốt, ớn lạnh; và đau nhức cơ bắp;

- Các triệu chứng có thể được xác định lâm sàng và có nguyên nhân xác định

rõ ràng;

- Người mắc phải có thể cần thời gian phục hồi dài sau khi rời khỏi tòa nhà

1.6.4 Các nguyên nhân gây ra Hội chứng bệnh trong nhà (SBS)

Một số các nguyên nhân gây ra Hội chứng bệnh trong nhà đã được US EPA chỉ ra như sau:

- Do hệ thống thông gió không phù hợp: Thông gió không đủ, có thể xảy ra nếu hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) không phân phối có hiệu quả không khí cho mọi người trong tòa nhà, được cho là một yếu tố quan trọng gây ra SBS

- Các chất ô nhiễm hóa học từ các nguồn trong nhà: Hầu hết ô nhiễm không khí trong nhà có nguồn từ bên trong tòa nhà Ví dụ, lót thảm, nệm ghế, sản xuất các sản phẩm gỗ, máy photocopy, thuốc trừ sâu và các chất tẩy rửa có thể phát thải ra các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOC), bao gồm cả formaldehyde

- Các chất ô nhiễm hóa học từ các nguồn bên ngoài: Không khí ngoài trời đi vào tòa nhà có thể là một nguồn gây ô nhiễm không khí trong nhà Ví dụ, các chất ô nhiễm từ khí thải xe cơ giới; lỗ thông hơi ống nước, ống xả và xây dựng (ví dụ, phòng tắm và nhà bếp) có thể vào tòa nhà qua lỗ thông hơi kém

- Chất ô nhiễm sinh học: Vi khuẩn, nấm mốc, phấn hoa, và virus là loại chất ô nhiễm sinh học Những chất gây ô nhiễm có thể sinh sản trong nước trì trệ đã tích tụ trong ống dẫn, trên gạch trần, lót thảm, hay chất cách điện Đôi khi côn trùng hoặc phân chim có thể là một nguồn ô nhiễm

1.7 Tiêu chuẩn ASHRAE

1.7.1 ASHRAE là gì?

ASHRAE là viết tắt của Hiệp hội các hệ thống sưởi ấm, làm lạnh và điều hòa không khí, là cơ quan kỹ thuật phát triển và duy trì các tiêu chuẩn thông gió cho Hoa Kỳ Mã thông gió và các chương trình hiệu quả năng lượng trên khắp nước Mỹ được dựa trên các tiêu chuẩn ASHRAE

1.7.2 Tiêu chuẩn ASHRAE dành cho các lớp học

Sổ tay hướng dẫn của ASHRAE về HVAC 2011 đã giới thiệu một số các tiêu chuẩn trong phòng học như sau:

Bảng 1.1 Khoảng nhiệt độ và độ ẩm đề nghị điển hình đối với phòng học, thư viện và phòng thí nghiệm của học sinh từ tiểu học đến trung học

Các điều kiện thiết kế trong phòng

(Nguồn: ASHRAE handbook, 2011)

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn thiết kế đề nghị điển hình cho thông gió và lọc khí phòng

học của học sinh Phân loại Kết hợp không

khí ngoài trời (L/s cho mỗi người)

Mật độ người trong phòng (trong mỗi 100m 2 )

Hiệu quả lọc tối thiểu (MERV)

1.7.3 Kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm

Các hoạt động trong lớp học đòi hỏi phải kiểm soát độ ẩm đặc biệt Lớp học yêu cầu kiểm soát độ ẩm để cung cấp sự thoải mái và ngăn ngừa các vấn đề liên quan đến độ ẩm (ví dụ như sự tăng trưởng của bụi và nấm, gây dị ứng, v.v…) Độ

ẩm thấp, mặt khác, làm tăng tuổi thọ của các virus lây nhiễm, và gây lây nhiễm giữa các học sinh trong lớp

Tương tự đối với nhiệt độ, nhiệt độ qua các nghiên cứu cũng đã chỉ ra có mối liên hệ đối với khả năng tiếp thu của học sinh, do vậy việc kiểm soát các điều kiện nhiệt độ và độ ẩm trong lớp học là một việc cần thiết Nghiên cứu này sẽ sử dụng tiêu chuẩn của Sổ tay hướng dẫn ASHRAE 2011 để so sánh với các kết quả thu được

1.8 Các quy định thiết kế thông số nhiệt độ và độ và độ ẩm bên trong nhà theo TCVN 5687:2010/BXD

Bảng 1.3 Tiêu chuẩn thiết kế về nhiệt độ và độ ẩm theo TCVN 5687:2010/BXD

Nhiệt độ ( o C) Độ ẩm (%)

1.9 Các chất ô nhiễm không khí trong nhà được chọn để nghiên cứu trong đề tài

1.9.1 CO

a Tổng quan về CO

Carbon monoxide là một chất khí không mùi, không màu và độc hại Bởi vì CO

là khí không thể nhìn thấy, nếm hay ngửi thấy mùi khói độc, CO có thể giết chết người trước khi nhận biết được nó đang ở trong nhà Những ảnh hưởng của phơi nhiễm CO có thể khác nhau tùy thuộc vào tuổi tác, sức khỏe tổng thể và nồng độ và thời gian tiếp xúc

b Nguồn phát sinh CO trong nhà

Hít thở là con đường tiếp xúc duy nhất của con người với CO Phát thải từ các hoạt động của con người chiếm khoảng hai phần ba lượng carbon monoxide trong không khí và khí thải tự nhiên chiếm một phần ba còn lại Một lượng nhỏ cũng được sản sinh trong cơ thể con người Tiếp xúc với nồng độ thấp của khí carbon monoxide có thể xảy ra ở ngoài trời gần đường giao thông, khu vực đậu xe cũng có thể là một nguồn carbon monoxide

Carbon monoxide được sinh ra trong nhà từ các nguồn đốt (nấu ăn và sưởi ấm)

và thông qua sự xâm nhập của khí carbon monoxide trong không khí ngoài trời vào môi trường trong nhà Tại các nước đang phát triển, nguồn quan trọng nhất của việc tiếp xúc với carbon monoxide trong không khí trong nhà là khí thải từ nấu ăn hoặc làm nóng các thiết bị bị lỗi, cài đặt không đúng, kém duy trì hoặc ít thông thoáng đốt cháy nhiên liệu hóa thạch Ở các nước đang phát triển, việc đốt các nhiên liệu sinh khối và khói thuốc lá là nguồn quan trọng nhất của việc tiếp xúc với carbon monoxide trong nhà Ống khói bị tắc, lò sưởi đốt củi, lò sưởi trang trí, vòi đốt khí

mà không có tính năng an toàn làm việc đúng cách có thể đưa carbon monoxide vào không gian trong nhà Quá trình oxy hóa thiếu oxy trong khi đốt có thể phát sinh ra nồng độ cao khí carbon monoxide trong không khí trong nhà Khói thuốc lá có thể

là một nguồn tiếp xúc chính trong nhà, cũng như từ xe ô tô hoạt động trong gara Quá trình đốt nhiên liệu rắn bậc thấp và nhiên liệu sinh học ở một bếp nhỏ hoặc

lò sưởi có thể tạo ra khí thải carbon monoxide cao, có thể trở nên nguy hiểm với người cư ngụ trừ khi các loại khí thải được thoát ra ngoài qua ống khói trong suốt toàn bộ quá trình đốt cháy Vào lúc bắt đầu của quá trình đốt cháy, các chất ô nhiễm phát hành bị chi phối bởi các hạt vật chất (carbon nguyên tố và hữu cơ) nhưng carbon monoxide chiếm ưu thế về phía cuối Quá trình đốt nhiên liệu bậc cao như khí tự nhiên, butan hoặc propan thường tạo ra carbon monoxide ít hơn nhiều, với

điều kiện đủ không khí được cung cấp để đảm bảo đốt cháy hoàn toàn Tuy nhiên, ngay cả các thiết bị sử dụng nhiên liệu như vậy có thể gây ngộ độc carbon monoxide chết người nếu không được bảo quản đúng cách hoặc thông hơi hoặc nếu không khí: tỷ lệ nhiên liệu không được điều chỉnh đúng

c Mối quan hệ giữa nồng độ CO trong nhà và ngoài trời

Carbon monoxide là một chất khí tương đối trơ trong điều kiện không khí xung quanh và không được hấp thụ bởi các vật liệu xây dựng hoặc các bộ lọc trong hệ thống thông gió Do đó, nồng độ không khí trong nhà cũng giống như nồng độ của không khí ngoài trời cấp vào nhà dưới sự có mặt của carbon monoxide trong nhà Dưới những điều kiện này, tỷ lệ nồng độ carbon monoxide trong nhà và ngoài trời (I: O) phải là 1.0; nhưng trong thực tế, tỷ lệ I:O đo được lại khác nhau vì hai lý do sau:

 Nồng độ CO ngoài trời tại các điểm đo có thể là cao hơn hoặc thấp hơn đáng

kể so với nồng độ tại thời điểm lấy khí cấp vào Do đó, ngay cả trong trường hợp không có bất kỳ nguồn phát thải CO nào trong nhà, tỷ lệ nồng độ carbon monoxide I : O trung bình 15 phút dao động từ 0,2 - 4,1 và tỷ lệ I : O trung bình ngày là từ 0,4 đến 1,2

 Đối với trường hợp các nguồn trong nhà bình thường, các thiết bị sử dụng khí đốt và hút thuốc lá làm tăng tỷ lệ I : O

d Ảnh hưởng của khí CO đến sức khỏe của con người

Ở nồng độ thấp CO gây mệt mỏi ở những người khỏe mạnh và đau ngực ở những người bị bệnh tim Ở nồng độ vừa phải CO gây gây đau thắt ngực, suy giảm thị lực hoặc giảm chức năng não Khi ở nồng độ cao hơn CO gây đau đầu, chóng mặt, buồn nôn CO gây tử vong ở nồng độ rất cao, ảnh hưởng cấp tính là do sự hình thành của carboxyhemoglobin trong máu, ức chế hấp thụ oxy

1.9.2 CO 2

a Tại sao cần phải quan tâm nồng độ khí CO 2 trong nhà?

Nồng độ khí CO2 trong nhà cần được quan tâm bởi CO2 ở nồng độ cao (ví dụ lớn hơn 5000 ppm) có thể gây ảnh hưởng sức khỏe (Phụ lục B, Tiêu chuẩn ASHRAE 62,1-2013) Tuy nhiên, trong hầu hết các tòa nhà, nồng độ CO2 gần như không bao giờ tăng lên các mức CO2 ở nồng độ thường thấy trong các tòa nhà không phải là một nguy cơ ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người, nhưng nồng độ CO2 có thể được sử dụng như là một chỉ số về và khả năng chấp nhận mùi của những người cư ngụ Ở mức độ hoạt động bình bình thường trong các tòa nhà văn phòng điển hình, nồng độ CO2 trạng thái ổn định khoảng 700 ppm cao hơn so

với nồng độ CO2 trong không khí ngoài trời và cho thấy một tỷ lệ thông không khí ngoài trời khoảng 7,5 L/ s/người (15 cfm / người) Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và hiện trường đã chỉ ra rằng tỷ lệ này của thông gió sẽ pha loãng mùi hôi

từ quá trình trao đổi chất của con người đến mức độ mà sẽ đáp ứng một phần đáng

kể (khoảng 80%) của những người không thích ứng (khách) trong một không gian Nồng độ CO2 trong không khí ngoài trời thường nằm trong khoảng từ 300 đến 500 ppm Do đó nồng độ CO2 trong nhà nằm trong khoảng từ 1000-1200 ppm trong với người cư ngụ ít vận động sẽ làm hài lòng những người khách khi vào phòng về liên quan đến mùi

Tuy nhiên, lưu ý rằng nồng độ CO2 không phải là chỉ thị tốt về nồng độ và khả năng chấp nhận người cư ngụ về các chất ô nhiễm trong nhà khác, chẳng hạn như các hợp chất hữu cơ dễ bay từ đồ nội thất và vật liệu xây dựng Do đó nồng độ

CO2 không phải là một chỉ số đáng tin cậy về chất lượng xây dựng không khí tổng thể

b Nồng độ CO 2 trong nhà phụ thuộc vào các yếu tố

- Số người hiện diện trong phòng;

- Thời gian trong không gian;

- Lượng cấp không khí từ bên ngoài vào trong phòng;

- Diện tích phòng;

- Nồng độ các chất ô nhiễm có trong không khí trong nhà (như từ khí thải xe cộ gần nơi cấp khí và, lò sưởi, khói thuốc);

- Nồng độ CO2 ngoài trời

c Ảnh hưởngcủa khí CO 2 trong nhà đến sức khỏe con người

Bảng 1.4 Các mức ảnh hưởng của nồng độ CO 2 trong nhà

Nồng độ CO 2

(ppm)

Nhận xét

250 – 350 Nồng độ thông thường trong môi trường không khí bên ngoài

350 – 1000 Nồng độ đặc trưng trong nhà với cấp khí tốt

1000 – 2000 Có các phàn nàn về chất lượng không khí kém và mùi

2000 – 5000 Gây nhức đầu, buồn ngủ và trì trệ, không khí ngột ngạt;

Kém tập trung, giảm sự chú ý, tăng nhịp tim và buồn nôn nhẹ

5000 Giới hạn tiếp xúc với môi trường làm việc (8 giờ) ở hầu hết các

nước

>40 000 Phơi nhiễm có thể dẫn đến thiếu ôxy nghiêm trọng dẫn đến tổn

thương não vĩnh viễn, hôn mê, thậm chí tử vong

(Nguồn: www.kane.co.uk)

1.9.3 Các tiêu chuẩn để so sánh với nồng độ CO và CO 2 đo đạc được

Bảng 1.5 Các tiêu chuẩn về nồng độ CO và CO 2 trong nhà

Thông số ASHRAE Canada(a) WHO/Europe(b) US EPA(c)

(b) WHO Air Quality Guidelines for Europe (Sổ tay hướng dẫn chất lượng không khí trong nhà của

Tổ chức Y tế thế giới đối với châu Âu)

(c) Tiêu chuẩn về chất lượng không khí xung quanh của US EPA

1.10 Một số loại thiết bị đo chất lượng không khí trong nhà

1.10.1 Thiết bị đo nồng độ khí CO 2 , nhiệt độ, độ ẩm cầm tay Model: Plus

pSense-Thiết bị đo nồng độ khí CO2, nhiệt độ, độ ẩm cầm tay pSense-Plus có thể được

sử dụng để kiểm tra các mức CO2 của hệ thống HVAC, hệ thống thông gió, văn phòng, trường học, nhà kính …

Đặc tính kỹ thuật:

 Cảm biến đo CO2

- Nguyên lý đo: Hồng ngoại không phân tán

- Chế độ lấy mẫu: khuếch tán

- Tuổi thọ cảm biến: > 15 năm

 Mức âm thanh cảnh báo: 80dB

 Hiệu chuẩn: hiệu chuẩn bằng tay với không khí sạch

 Kích thước: 209.4 x 70 x 57.7 mm

 Trọng lượng: 200 g

Hình 1.2 Thiết bị đo nồng độ khí CO 2 , nhiệt độ, độ ẩm cầm tay

pSense-Plus

1.10.2 Thiết bị đo nồng độ khí CO Testo 317-3

Máy đo khí CO Testo 317-3 là thiết bị theo dõi phát hiện khí CO môi trường xung quanh và sẽ báo cho người sử dụng bằng âm thanh và ánh sáng khi nồng độ khí CO vượt quá giới hạn cho phép

Thông số kỹ thuật:

- Dải đo 0 đến +1999 ppm

- Cấp chính xác: ±10 ppm (0 đến+99 ppm)±10 % (+100 đến +499 ppm)±20 % (>+500 ppm)

- Độ phân dải: 1 ppm

- Điều chỉnh được ngưỡng cảnh báo

- Nhiệt độ hoạt động -5 to +45°C

Hình 1.3 Máy đo nồng độ CO Testo 317-3

1.10.3 Nhận xét chung về các máy đo trên thị trường

Trên đây chỉ là hai máy đo tiêu biểu cho các thông số được lựa chọn đo trên thị trường Các máy đo cầm tay trên có ưu điểm là gọn nhẹ, cho kết quả chính xác tuy nhiên giá thành của máy tương đối cao và chỉ có thể cho ra kết quả tức thời Do mục tiêu của nghiên cứu cần phải theo dõi các thông số CO, CO2, nhiệt độ và độ ẩm trong một khoảng thời gian liên tục vì vậy những máy đo cầm tay như thế này là không thích hợp Trong chương sau, em sẽ giới thiệu chi tiết các cảm biến được lựa

chọn để lắp thiết bị riêng cho nghiên cứu

Ngoài ra, nồng độ CO2 trong nhà còn được dùng để đánh giá tỷ lệ thông gió trong nhà

1.11 Phân tích số liệu

1.11.1 Giới thiệu sơ lược về phần mềm R

R là một phần mềm sử dụng cho phân tích thống kê và đồ thị Về bản chất, R

là ngôn ngữ máy tính đa năng, có thể sử dụng cho nhiều mục tiêu khác nhau, từ tính toán đơn giải, toán học giải trí (creational mathematics), tính toán ma trận (matrix), đến các phân tích thống kê phức tạp

Hình 1.4 Giao diện phần mềm thống kê R

Hai nhà sáng tạo ra R là hai nhà thống kê học tên là Ross Ihaka và Robert Gentleman Kể từ khi ra đời, rất hiều nhà nghiên cứu thống kê và toán học trên thế giới ủng hộ và tham gia vào việc phát triển R, do chủ trương của những người sáng tạo ra R là theo định hướng mở rộng (open access) Cho đến nay, chỉ qua chưa đầy

5 năm phát triển, nhưng có nhiều nhà thống kê học, toán học, nghiên cứu trong mọi lĩnh vực đã chuyển sang sử dụng R để phân tích dữ liệu khoa học Trên toàn cầu, đã

có một mạng lưới gần một triệu người sử dụng R, và con số này đang tăng lên theo cấp số nhân

Chính vì độ phổ biến của R được sử dụng trong việc phân tích các dữ liệu khoa học và R là phần mềm miễn phí nên nghiên cứu này lựa chọn sử dụng R để phân tích các dữ liệu thu thập được

1.11.2 Các thuật toán dùng để phân tích số liệu

Kết quả đo đạc các thông số về điều kiện vi khí hậu, CO, CO2 sau khi được thu thập sẽ được phân tích để tìm ra mối tương quan giữa số người đối với từng thông số và giữa các điều kiện khác nhau với kết quả thu được từ các bài kiểm tra

(2.1)

học sinh Từ đó, xây dựng mô hình tuyến tính đa biến của CO2 đối với các biến độc lập còn lại

Hình 1.5 Sơ đồ các bước phân tích số liệu

 Hệ số tương quan được tính toán dựa trên công thức sau:

 Thuật toán xây dựng mô hình tuyến tính từ nhiều biến của phần mềm R

Trong một nghiên cứu thông thường với một biến số phụ thuộc và nhiều biến

số độc lập x1,x2,x3,…,xk mà k có thể lên đến hàng chục, hàng trăm Các biến độc lập đó thường có liên hệ với nhau Có rất nhiều tổ hợp biến độc lập có khả năng tiên đoán biến phụ thuộc y Khi k cao, số lượng mô hình cũng lên rất cao

Vấn đề đặt ra là trong các mô hình đó, mô hình nào có thể tiên đoán y một cách đầy đủ, đơn giản và hợp lý Trong trường hợp có nhiều mô hình như thế, tiêu chuẩn thống kê để chọ một mô hình tối ưu thường dưa vào tiêu chuẩn thông tin Akaike (AIC)

thông số và có thể tính AIC bằng công thức sau:

Tìm mối tương quan giữa các thông số, số người và điểm từ bài kiểm tra toán

Số liệu đo đạc

Xây dựng mô hình tuyến tính

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu này sử dụng pháp phương đo thực nghiệm để nghiên cứu điều kiện vi khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm), CO và CO2 tại địa điểm nghiên cứu Sau đây là sơ

đồ các bước thực hiện của nghiên cứu:

Hình 2.1 Sơ đồ các bước thực hiện của phương pháp nghiên cứu

2.1 Thiết bị đo đạc

2.1.1 Đo nhiệt độ và độ ẩm

Mạch đo nhiệt độ và độ ẩm dựa trên module cảm biến DHT22 Module này

có chức năng đo nhiệt độ, độ ẩm của môi trường xung quanh, với đơn vị tính là oC (đối với nhiệt độ) và %RH (đối với độ ẩm)

Hình 2.2 Sơ đồ kích thước của cảm biến DHT22

Các thông số kỹ thuật của cảm biến DHT22 được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của cảm biến DHT22

Tín hiệu đầu ra Tín hiệu kỹ thuật số thông qua xung đơn

Cấu tạo của cảm biến MG811 được thể hiện trong hình 2.3 (a), (b), (c.)

Hình 2.3(a) Cấu tạo của cảm biến MG811

Hình 2.3(b) Cấu tạo của cảm biến MG811

Hình 2.3(c) Cấu tạo của cảm biến MG811

(9): Chân nối bằng Nickel và Đồng

Nguyên lý làm việc dựa vào nguyên tắc của pin điện phân Pin này bao gồm các thành phần:

Không khí ── Au|NASICON|| carbonate|Au ─ không khí ─ CO2

Khi pin này tiếp xúc với CO2, xảy ra các phản ứng sau:

Tại cực âm: 2Li + + CO2 + 1/2O2 + 2e -  Li2CO3

Tại cực dương: 2Na+ + 1/2O2 + 2e-  Na2O

Phương trình tổng hợp: Li2CO3 + 2Na +  Na2O + 2Li + + CO2

Sức điện động sinh ra phụ thuộc vào phương trình Nernst:

EMF = Ec - (R x T) / (2F) ln (P(CO2)) Trong đó:

P(CO2)—CO2: áp suất riêng phần

Ec: Constant Volume

R: Gas Constant volume

T: nhiệt độ tuyệt đối oK

F: hằng số Faraday

Hình 2.4 Mạch điện cơ bản cho cảm biến MG811

Mạch điện cơ bản được cho trên hình 2.2 Từ hình trên thấy sensor đốt nóng được cấp điện từ nguồn ngoài Khi nhiệt độ đủ cao thì sensor tương đương với một chiếc pin, giữa 2 cực của nó sẽ xuất hiện một điện áp tùy thuộc vào phương trình Nernst.Trong mạch bộ khuếch đại thuật toán OA có trở kháng vào cỡ 100-1000GΩ

và dòng vào dưới 1pA

Các thông số kỹ thuật của cảm biến MG811 được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 2.2 Bảng thông số kỹ thuật của cảm biến MG811

2.1.3 Đo nồng độ CO trong nhà

Tiến hành đo đạc nồng độ CO trong lớp học bằng cảm biến MQ-7 Cảm biến này có độ nhạy cao và thời gian đáp ứng nhanh Một số các thông số kỹ thuật của cảm biến MQ-7 như sau:

Hình 2.5 Cấu tạo của sensor MQ-7

2.1.4 Thiết kế chế tạo bộ đo và đặt các thông số môi trường

Tín hiệu ra từ các cảm biến được đưa tới lối vào của các bộ đo và đặt thông

số môi trường Các bộ đo số này được đặt tại hiện trường (phòng học) Mạch điện được thiết kế với board mạch chủ sử dụng bảng mạch Adruino Mega 2560 làm trung tâm cùng các bộ nhớ

Phần cứng còn bao gồm 4 phím nhấn tạo thành bàn phím cho phép cấu hình

bộ đo, hiển thị từng nhóm thông số một, đặt các thông số nhiệt độ và độ ẩm Một màn hiển thị số liệu bằng tinh thể lỏng LCD cho phép hiện các giá trị thông số môi trường đo được cũng như các thông số cần đặt Một chương trình phần mềm thu

thập, xử lý dữ liệu được nhúng (embedded) trong vi điều khiển cho phép bộ thực hiện đủ các chức năng đo đạc hiển thị tại chỗ và lưu giữ vào thẻ nhớ SD bằng module cảm biến thẻ nhớ SD card

 Cấu trúc của thiết bị đo

Hình 2.6 Sơ đồ chức năng của máy đo điều kiện vi khí hậu, CO và CO 2

Module SD CARD

KHỐI ĐIỀU KHIỂN

(CO)

Module DHT22 (Temp + Humi)

Module RTC (Time + Date)

Hình 2.7 Sơ đồ lắp ráp PCB của bản mạch chính bộ đo và đặt thông số

Hình 2.8 Sơ đồ lắp ráp PCB của bàn phím điều khiển

 Chức năng của từng module trong máy đo

 Module Cảm Biến RTC DS1307:

- Module này có chức năng lấy thời gian thực, giống như thời gian thực tế

 Module Cảm Biến SD Card:

- Chức năng giao tiếp với thẻ nhớ, có thể lưu trữ dữ liệu vào thẻ nhớ

 Keypad 4x4:

- Thiết lập thời gian, ngày/tháng/năm

- Cài đặt thời gian lấy mẫu theo yêu cầu

- Hiển thị các thông số(CO, CO2, nhiệt độ, độ ẩm) theo nút nhấn

- Bật tắt các chức năng tuỳ chọn khác nếu cần

- Tích hợp các phím từ 0 – 9, phím Tăng, Giảm, Menu Dễ dàng cài đặt lại thông số

 Lcd 2004 Xanh dương:

- Với 4 dòng hiển thị, mỗi dòng chứa 20 kí tự: bao gồm cả ký tự số và chữ

- Hiển thị trực quan các thông số đo, cài đặt thông số dễ dàng hơn so với màn hình LCD loại 1602

- Hiển thị Date, Time theo từng dòng, hoặc dùng bàn phím để xem thông số

 Điệp đầu vào:

2.2 Địa điểm nghiên cứu

Địa điểm nghiên cứu được chọn là phòng học của Trung tâm Anh ngữ ILA Tân Phú Địa chỉ: Tầng 3, AEON Mall Tân Phú, Số 30 Bờ Bao Tân Thắng, Phường Sơn Kỳ, Quận Tân Phú, TP.HCM

Hình 2.9 (a) Trung tâm Anh ngữ ILA Tân Phú

Hình 2.9 (b.) Trung tâm Anh ngữ ILA Tân Phú

Phòng học 307 ở trung tâm anh ngữ tại TP.HCM sẽ được quan trắc các thông

số về nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ CO2 và CO

Hình 2.10 Phòng học 307 tại Trung tâm Anh ngữ ILA Tân Phú

Hình 2.11 Sơ đồ phòng học 307 tại Trung tâm Anh ngữ ILA Tân Phú

(DxRxC = 6,57 x 5,1 x 10m)

2.3 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu chính của nghiên cứu này là các em học sinh tiểu học

từ 7 – 11 tuổi, đang theo học cấp độ Junior tại trung tâm Anh ngữ ILA Tân Phú

2.4 Cách tiến hành

Chất lượng không khí trong lớp học sẽ được quan trắc trong 2-2.5 tiếng cho một buổi học, với hệ thống điều hòa và thông gió, không có cửa sổ và cửa đóng kín Máy đo các thông số sẽ được bật trong suốt giờ học (2 tiếng) để đo sự thay đổi, dao động của các điều kiện vi khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm), các thông số CO2 và CO

Giữa buổi học (vào giờ ra chơi), các em sẽ làm một bài kiểm tra toán để đánh giá hiệu quả học tập của các em Tất cả các học sinh có mặt tại phòng học được nghiên cứu đều phải làm bài kiểm tra

a Vị trí đặt máy đo

Máy đo sẽ được đặt tại vị trí được chọn và ghi nhận các thông số đo đạc được vào thẻ nhớ Vị trí đặt máy đo được đánh dấu (*) như trong hình 2.10

Hình 2.12 Vị trí đặt máy đo

b Thời gian hoạt động của lớp học

Sau đây là bảng thời gian hoạt động của lớp, bảng thời gian này sẽ làm căn cứ

để giải thích các kết quả, sự thay đổi của các thông số trong suốt thời gian đo đạt