Chất lượng không khí trong nhà và các khuyến nghị trong công tác thiết kế và vận hành công trình xây dựng

Phần lớn thời gian của con người dành cho các hoạt động trong nhà (chiếm 86,9%), còn lại là hoạt động ngoài trời (chiếm 7,6%) và trên các phương tiện giao thông (chiếm 5.5%) [1]. Việc tạo ra môi trường vi khí hậu bên trong các công trình như mức nhiệt độ tiện nghi, yên tĩnh, đủ ánh sáng, có đủ không khí trong lành, không bị ẩm ướt hay các chất ô nhiễm và không bị gió lùa… là yêu cầu cần thiết, nhờ đó con người có thể làm việc và sinh sống khỏe mạnh. Một trong những khía cạnh quan trọng trong công tác thiết kế và vận hành công trình xây dựng hiện nay là đảm bảo chất lượng không khí trong nhà (IAQ).

Ô nhiễm không khí trong nhà và kiểm soát ô nhiễm không khí

Sơ đồ nguồn thải của không khí trong nhà và ngoài nhà [3]
Ô nhiễm không khí (cả trong nhà và ngoài trời) là rủi ro môi trường lớn nhất đối với sức khỏe con người, đây là nguyên nhân gây ra một trong chín ca tử vong hàng năm trên thế giới [2]. Chất lượng không khí trong nhà bị ảnh hưởng do lưu lượng và chất lượng của không khí sạch cấp vào, ngoài ra bị ô nhiễm bởi chính các hoạt động của con người và của các vật liệu được sử dụng trong các công trình. Các chất gây ô nhiễm không khí trong nhà thường được tích lũy bởi: (1) Phương án thông gió của công trình; (2) Sự xâm nhập của các chất ô nhiễm ngoài trời vào trong nhà; (3) Các hoạt động của con người bên trong nhà (quét dọn, vệ sinh), phát thải của một số hợp chất hữu cơ dễ bay hơi từ các sản phẩm tẩy rửa dân dụng; (4) Phát thải từ vật liệu xây dựng và đồ nội thất trong nhà. Cần lưu ý rằng: Do không gian trong nhà nhỏ nên các chất ô nhiễm không khí có nồng độ cao hơn nhiều so với ngoài trời.

Ở Việt Nam, có nhiều thời điểm điều kiện khí hậu thuận lợi, các tòa nhà thường mở cửa thông gió tự nhiên, thì lúc đó chất lượng không khí trong nhà tương tự như không khí ngoài nhà. Để kiểm soát ô nhiễm không khí ngoài nhà và bảo vệ sức khỏe cộng đồng dân cư, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ban hành các quy chuẩn chất lượng không khí ngoài nhà, như là “QCVN 05:2013/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng không khí xung quanh”, “QCVN 06:2009/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về một số chất độc hại trong không khí xung quanh”. Khi đóng kín cửa để phòng lạnh mùa đông hay khi đóng kín cửa bật điều hòa không khí (ĐHKK) làm mát vào mùa hè, tình trạng ô nhiễm không khí trong nhà chủ yếu phụ thuộc vào các nguồn thải ô nhiễm không khí ở trong nhà. Chính vì vậy, Quy chuẩn “QCXDVN 05:2008: Nhà ở và công trình công cộng – An toàn sinh mạng và sức khoẻ” đã quy định mức phát thải từ vật liệu xây dựng và Tiêu chuẩn “TCVN 5687:2010: Thông gió – Điều hòa không khí – Tiêu chuẩn thiết kế”, khuyến cáo về bội số trao đổi không khí và lượng không khí sạch cần thiết cho việc thiết kế, lắp đặt vận hành hệ thống thông gió và ĐHKK trong nhà ở, công trình công cộng và công trình công nghiệp. Tuy nhiên, cho đến nay Việt Nam vẫn chưa có tiêu chuẩn nào quy định về nồng độ ngưỡng giới hạn các chất ô nhiễm không khí trong nhà.

IAQ được xác định bởi mức độ ô nhiễm của các chất gây ô nhiễm trong nhà. Một số chất gây ô nhiễm có thể ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của con người, chẳng hạn như Paradiclo benen phát sinh từ thuốc xịt thơm phòng, viên long não có tác hại gây bệnh ung thư; bụi amiăng phát sinh vỏ bọc cách nhiệt các đường ống, kết cấu bao che trần, tường, mái… gây bệnh phổi và ung thư phổi; Ôxit các bon phát sinh từ các bếp củi, dầu hỏa, gas thông khí kém có tác hại gây đau đầu, buồn nôn, kích thích các bệnh tim mạch; Metylen clorua sinh từ sơn màu, các chất pha sơn và vecni có tác hại gây rối loạn thần kinh, bệnh đái đường; Styren phát sinh từ thảm và sản phẩm bằng chất dẻo gây hại đối với thận và gan; Radon phát sinh từ đất đá xung quanh nền nhà và nước có tính phóng xạ, cát sỏi dùng làm nhà bị nhiễm xạ có tác hại gây ung thư phổi. Một số chất khác có thể không có ảnh hưởng đến sức khỏe, nhưng ảnh hưởng đến sự thoải mái và chất lượng không khí, ví dụ như mùi cơ thể.

Các chất gây ô nhiễm trên phát sinh khác nhau đối với mỗi loại công trình xây dựng. Mức độ gây ô nhiễm trong nhà có thể được kiểm soát bằng các giải pháp:

  • Kiểm soát tại nguồn, ví dụ: Loại bỏ, thay thế vật liệu phát sinh ô nhiễm bằng vật liệu xanh;
  • Thông gió cục bộ tại các điểm phát sinh ô nhiễm;
  • Làm sạch không khí bằng máy lọc.

Phương pháp thích hợp để kiểm soát mức độ ô nhiễm phụ thuộc vào (các) chất gây ô nhiễm và có thể khác nhau đối với mỗi thể loại công trình. Nếu các chất gây ô nhiễm chính là chất thải sinh học từ con người thì pha loãng bằng thông gió là phương pháp duy nhất để cải thiện chất lượng không khí. Ngược lại, các sản phẩm ô nhiễm phát sinh từ quá trình đốt cháy được loại bỏ hiệu quả nhất bằng thông gió cục bộ tại điểm phát sinh.

Các khuyến nghị đối với các nhà đầu tư xây dựng, người thiết kế và thi công

Các phương pháp cơ bản để đạt được IAQ tốt nhất là: (1) Lựa chọn vật liệu phát thải ô nhiễm thấp; (2) Hút gió cục bộ; pha loãng chất ô nhiễm bằng thông gió; loại bỏ chất ô nhiễm từ không khí bằng bộ lọc hoặc bằng các phương pháp phù hợp khác; (3) Kiểm soát nguồn thải bằng cách niêm phong và hạn chế sử dụng nguồn thải. Trong đó, kiểm soát nguồn thải nên là ưu tiên hàng đầu, vì pha loãng và làm sạch không khí có thể sẽ tốn kém và ít hiệu quả hơn trong việc sử dụng năng lượng.

Ảnh hưởng của các yếu tố quy hoạch, thiết kế kiến trúc/ hệ thống kỹ thuật, vận hành và bảo trì đến IAQ

Một số biện pháp thông gió và ĐHKK để tăng chất lượng không khí trong nhà

a) Biện pháp thông gió thu hồi nhiệt: Thiết bị thông gió thu hồi nhiệt giúp giảm thiểu lượng nhiệt làm mát /sưởi ấm bị thất thoát trong quá trình thông gió cho phòng sử dụng ĐHKK. Thiết bị giúp cung cấp khí tươi từ bên ngoài đồng thời loại bỏ khí bẩn bên trong phòng ra ngoài. Trong quá trình thông gió, nhiệt lượng và độ ẩm bên trong phòng thay vì thải trực tiếp ra ngoài thì sẽ được thu hồi để làm lạnh lượng khí tươi đã được lọc sạch và đưa lại vào trong phòng, nhờ đó tiết kiệm điện hơn so với sử dụng quạt hút thông thường cho phòng có ĐHKK [4].

b) Biện pháp lọc bụi trong phòng: Hiện nay các máy lọc không khí được trang bị bộ lọc tổng hợp HEPA có thể loại bỏ lên đến 99,97% các hạt 0,3 μm [4]. Hoặc trang bị công nghệ Streamer, đây là một dạng phóng điện plasma tạo ra những dòng electron tốc độ cao có thể kết hợp với oxy và nito trong không khí để tạo ra những hợp chất hoạt động với khả năng ôxy hóa mạnh và vì thế loại bỏ những chất gây dị ứng ví dụ như nấm mốc, mọt (phân và mọt chết), phấn hoa, và những hóa chất độc hại như formandehit, thậm chí cả virus cúm thông thường như H5N1, H1N1 [5].

c) Điều hòa không khí: Trong công trình dân dụng, máy ĐHKK sử dụng công nghệ ion, nano trong việc nâng cao chất lượng môi trường trong nhà cho phép lọc bụi, khử mùi hiệu quả cao. Gốc OH tiếp cận nguồn xuất phát của mùi và triệt tiêu chất gây mùi cho đến khi chúng hầu như không thể nhận thấy, ức chế các hoạt động của vi rút, nấm mốc trong nhà ở (như Cladosporium, Alternaria, Fusarium, Penicillium, Eurotium), phấn hoa, ức chế các chất gây dị ứng từ thú cưng và có thể lọc được các hạt bụi nhỏ PM2.5 [4].

d) Smart home và kiểm soát chất lượng không khí trong nhà: Trong giai đoạn hiện nay khi mà biến đổi khí hậu đang gây ra nhiều bất lợi cho môi trường sống của con người, trước xu thế phát triển công nghệ, nhà thông minh đang được phát triển và ứng dụng mạnh mẽ không những sử dụng năng lượng thấp mà còn có thể cung cấp các thông tin về chất lượng không khí thông qua các cảm biến. Hiện nay chất lượng môi trường sống trong đó không khí và điều kiện vệ sinh đang được quan tâm rất lớn đối với tòa nhà thông minh, chỉ cần các nút cảm biến MoD [6][7] và một thiết bị cầm tay (smartphone) là có thể quan sát được mức độ ô nhiễm tại khu vực cần theo dõi.

Thiết bị thông gió thu hồi nhiệt

e) Làm mát miễn phí (Free cooling): Một phần đáng kể của mức tiêu thụ năng lượng trong tòa nhà là việc sử dụng năng lượng cho hệ thống sưởi ấm, thông gió và ĐHKK. Làm mát miễn phí là một trong những phương pháp tiết kiệm năng lượng mới trong việc xây dựng hệ thống ĐHKK. Tiềm năng làm mát miễn phí cho tòa nhà được xác định bằng cách sử dụng dữ liệu thời tiết hàng giờ trong một năm và cũng ước tính nhu cầu tải làm mát cho mỗi tháng, coi 24+- 20C là mức nhiệt độ thoải mái. Như vậy thiết kế tích hợp phải được công nghệ phù hợp cho các tháng khác nhau và thậm chí cho từng giờ trong ngày để giảm tiêu thụ năng lượng và nâng cao chất lượng môi trường trong nhà.

Các khuyến nghị đối với người quản lý vận hành và người sử dụng công trình

Đối với các công trình xây mới trước khi bàn giao cho đơn vị sử dụng/ chủ đầu tư :

  • Có danh mục vật liệu và phát thải volatile organic compounds (VOC) của vật liệu được lựa chọn xây dựng (sản phẩm khoáng, sơn, keo,…);
  • Địa chỉ, đơn vị cung cấp vật liệu xây dựng (chứng minh nguồn gốc).
Nguồn phát sinh ô nhiễm trong nhà
Các nút cảm biến và ứng dụng trong smart home

Trong quá trình vận hành và bảo trì tòa nhà, luôn phải đảm bảo:

  • Sàn nhà, đồ nội thất,… được làm sạch để loại bỏ các chất ô nhiễm và hệ thống thông gió phải được vận hành trong quá trình làm vệ sinh này. Chú ý là các sản phẩm làm sạch được lựa chọn cẩn thận.
  • Khi quá trình tiến hành công tác cải tạo tòa nhà (ví dụ như sơn, thay thế các tấm trải sàn) hoặc mua sắm thiết bị mới (như đồ nội thất hoặc máy móc văn phòng), thông gió cần được tăng cường và xem xét không cho người cư ngụ;
  • Hệ thống thông gió và ĐHKK thường xuyên được bảo trì và làm sạch, cần chú ý đặc biệt đối với các bộ lọc và đường thoát nước ngưng;
  • – Việc sử dụng các thiết bị trong hệ thống ĐHKK và thông gió như dàn lạnh, cảm biến, quạt gió,… không nên khuyến khích nếu không được bảo trì đầy đủ.
Hệ thống ĐHKK tích hợp

Kết luận

Để đảm bảo IAQ tốt, việc kiểm soát nguồn ô nhiễm nên là ưu tiên hàng đầu, trong đó thông gió rất quan trọng. Yêu cầu thông gió phải được xác định từ tổng tải lượng chất ô nhiễm trong tòa nhà từ các cấu trúc, hệ thống kỹ thuật và người sử dụng công trình cũng như các hoạt động của họ. Mục tiêu chính của thông gió là cung cấp IAQ tốt, mục tiêu thứ hai là bảo vệ công trình, các hệ thống thiết bị và nội thất.

Công tác thiết kế các công trình mới và cải tạo công trình hiện hữu cần phải tính đến cả IAQ: Đó là kiểm soát các nguồn gây ô nhiễm bằng cách sử dụng vật liệu phù hợp, cách ly nguồn thải, kiểm soát nguồn thải, thông gió cục bộ,… xác định phương pháp thông gió và thiết kế hệ thống thông gió sử dụng công nghệ tiết kiệm năng lượng và công nghệ thụ động phù hợp với khả năng sử dụng để dễ dàng kiểm soát, vận hành và bảo trì.

*TS. KTS Phạm Thị Hải Hà
Khoa Kiến trúc và Quy hoạch – Đại học Xây dựng;
ThS. Nguyễn Thành Trung
Khoa Môi trường – Trường ĐH Khoa học tự nhiền – ĐH Quốc gia Hà Nội

(Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 02-2020)ô nhiễm

–––––––––––––––––––––––––––––––––––

Tài liệu tham khảo

[1] Klepeis, N.E., et al., The National Human Activity Pattern Survey (NHAPS): A resource for assessing exposure to environmental pollutants. Journal of Exposure Science & Environmental Epidemiology, 2001. 11(3): pp. 231-252;
[2] Organization, W.H., Ambient air pollution: A global assessment of exposure and burden of disease. 2016;
[3] Canadian Centre for Occupational Health and Safety, ILO Encyclopaedia of Occupational Health and Safety, Part VI – General Hazards, Chapter 44, 45. 1998;
[4] Panasonic, https://www.panasonic.com/vn/air-solutions/products/ventilation.html. cập nhật 20h00, ngày 22/02/2020;
[5] Daikin, https://www.daikin.com.vn/san-pham/dieu-hoa-dan-dung/may-loc-khong-khi. cập nhật 22h00, 22/2/2020;
[6] Trung, N. T., Lan, Đinh T. P., Duân, Đàm H., & Tuyến, L. H. (2020). Thiết kế và xây dựng mạng lưới giám sát bụi PM2,5 và PM10 theo thời gian thực – Tạp Chí Khoa Học Công Nghệ Xây Dựng (KHCNXD) – ĐHXD, 14(1V), 114-120.
[7] Schieweck, A., et al., Smart homes and the control of indoor air quality. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018. 94: p. 705-718;
[8] European collaborative action, Report No 17, Indoor Air Quality and the Use of Energy in Buildings, 1996;
[9] Phạm Ngọc Đăng, Nguyễn Việt Anh, Phạm Thị Hải Hà, Nguyễn Văn Muôn, Các giải pháp thiết kế công trình xanh ở Việt Nam, Chương 3. Nhà Xuất bản Xây dựng, 2014