Sự thoải mái về nhiệt và chất lượng không khí cảm nhận (PAQ) khi sử dụng quạt trần tự động trong các tòa nhà dân cư

Sự thoải mái về nhiệt và chất lượng không khí cảm nhận (PAQ) khi sử dụng quạt trần tự động trong các tòa nhà dân cư

Thermal comfort and perceived air quality (PAQ) using automatic ceiling fans in residential buildings

SHARE COMMENTS

*Perceived Air Quality (PAQ) là một thuật ngữ dùng để mô tả chất lượng không khí cảm nhận, tức là cách con người cảm nhận và đánh giá chất lượng không khí xung quanh họ thông qua các giác quan (chủ yếu là khứu giác). PAQ thường liên quan đến mức độ dễ chịu hoặc khó chịu của không khí đối với người sử dụng, dựa trên các yếu tố như mùi, độ ẩm, nhiệt độ, và sự hiện diện của các chất gây ô nhiễm.

PAQ là một chỉ số quan trọng trong các nghiên cứu về môi trường trong nhà (indoor environment), đặc biệt khi đánh giá hiệu quả của hệ thống thông gió, điều hòa không khí, hoặc các thiết bị cải thiện chất lượng không khí. Nó thường được đo lường thông qua các khảo sát hoặc đánh giá chủ quan từ người

1 – GIỚI THIỆU

Trong các vùng khí hậu ấm áp, các phương pháp làm mát ít tiêu thụ năng lượng và có khả năng thích ứng cao là rất cần thiết để đảm bảo tiện nghi nhiệt mà không làm gia tăng nhu cầu điện năng. Lưu thông không khí, đặc biệt là thông qua quạt trần, là một giải pháp hiệu quả giúp cải thiện tiện nghi trong điều kiện nóng mà không cần sử dụng các hệ thống điều hòa không khí tiêu tốn nhiều năng lượng.

Nghiên cứu này nhằm xác thực thuật toán tự động điều chỉnh tốc độ quạt trần trong môi trường dân cư dựa trên điều kiện nhiệt trong phòng, đồng thời đánh giá mức độ hài lòng về tiện nghi nhiệt và chất lượng không khí cảm nhận (PAQ). Thí nghiệm được thực hiện trong phòng thí nghiệm với 30 người tham gia, kiểm tra ba mức nhiệt độ không khí trong nhà (27°C, 29°C, và 31°C) trong các phiên thử nghiệm kéo dài hai giờ. Quạt trần được vận hành trong bốn chế độ: Tự động (luồng gió xuống), Điều khiển thủ công hướng xuống, Điều khiển thủ công hướng lên và Tắt.

Kết quả cho thấy chế độ vận hành tự động duy trì mức độ hài lòng về tiện nghi nhiệt tương đương với chế độ điều khiển thủ công, với sự khác biệt không có ý nghĩa thống kê (p > 0.3) trong mọi điều kiện nhiệt độ. Điều này chứng tỏ rằng thuật toán tự động có thể tạo ra môi trường thoải mái tương đương với chế độ điều khiển bằng tay. Chế độ luồng gió trực tiếp (hướng xuống) có hiệu suất tốt hơn đáng kể so với luồng gió ngược (hướng lên) về mặt tiện nghi nhiệt, đặc biệt ở nhiệt độ cao hơn (29°C và 31°C, p < 0.05).

Ngoài ra, lưu thông không khí bằng quạt trần giúp cải thiện chất lượng không khí cảm nhận so với điều kiện không sử dụng quạt (p < 0.05). Điều khiển quạt tự động không gây ra sự khác biệt đáng kể về mức độ hài lòng với PAQ giữa các mức nhiệt độ (p > 0.2), trong khi các chế độ điều khiển thủ công và tắt quạt ghi nhận mức độ hài lòng giảm đáng kể từ 27°C đến 31°C (p < 0.05). Những phát hiện này cho thấy rằng quạt trần tự động có thể mang lại mức độ tiện nghi nhiệt tương đương với điều khiển thủ công, đồng thời cung cấp một giải pháp tiết kiệm năng lượng hơn so với điều hòa không khí truyền thống.

2 – MÔ TẢ HỆ THỐNG

Hệ thống được nghiên cứu bao gồm một quạt trần có thể điều chỉnh tốc độ tự động, kết hợp với bộ điều khiển từ xa có tích hợp cảm biến nhiệt độ và độ ẩm. Hệ thống có hai chế độ vận hành chính: tự động và thủ công, cùng với hai hướng luồng gió: trực tiếp (hướng xuống) và ngược (hướng lên). Thuật toán điều khiển tự động điều chỉnh tốc độ quạt dựa trên nhiệt độ và độ ẩm trong phòng để duy trì tiện nghi nhiệt ở mức tối ưu. Người dùng có thể ghi đè thuật toán và chuyển sang chế độ thủ công nếu cần.

Thử nghiệm được thực hiện trong hai buồng khí hậu có kích thước 4m x 8m x 3m, với hệ thống kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm độc lập. Các buồng này được mô phỏng như không gian dân cư với ghế sofa, bàn, màn hình TV và các vật dụng khác để đảm bảo điều kiện thử nghiệm thực tế.

3 – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Thí nghiệm được tiến hành với 30 người tham gia, mỗi người trải qua ba phiên thử nghiệm với ba mức nhiệt độ phòng khác nhau (27°C, 29°C và 31°C). Trong mỗi phiên, người tham gia trải nghiệm ba chế độ quạt (tự động, thủ công hướng xuống, thủ công hướng lên) theo thứ tự ngẫu nhiên. Trong suốt quá trình thử nghiệm, họ được yêu cầu ngồi thư giãn như đang ở nhà, có thể đọc sách hoặc sử dụng điện thoại.

Dữ liệu về nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ không khí và mức CO₂ được thu thập với tần suất 20 giây/lần. Đồng thời, mức độ hài lòng về tiện nghi nhiệt và chất lượng không khí cảm nhận được đo bằng bảng câu hỏi theo thang Likert 7 điểm.

4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Phân tích dữ liệu cho thấy mức độ hài lòng về tiện nghi nhiệt không có sự khác biệt đáng kể giữa chế độ quạt tự động và chế độ điều khiển thủ công (p > 0.3), điều này khẳng định thuật toán điều khiển tự động có thể mang lại trải nghiệm tương tự như khi người dùng điều chỉnh quạt bằng tay.

Chế độ quạt hướng xuống mang lại cảm giác thoải mái hơn đáng kể so với chế độ hướng lên ở nhiệt độ cao hơn (p < 0.05). Ngoài ra, việc sử dụng quạt giúp cải thiện chất lượng không khí cảm nhận so với việc không sử dụng quạt (p < 0.05).

Khi nhiệt độ tăng từ 27°C lên 31°C, mức độ hài lòng về tiện nghi nhiệt và chất lượng không khí cảm nhận giảm rõ rệt, đặc biệt khi quạt không được sử dụng (p < 0.05). Tuy nhiên, chế độ quạt tự động duy trì mức độ hài lòng ổn định trong suốt khoảng nhiệt độ thử nghiệm.

5 – KẾT LUẬN

Nghiên cứu này khẳng định rằng quạt trần tự động có thể mang lại mức độ tiện nghi nhiệt tương đương với chế độ điều khiển thủ công, đồng thời cung cấp giải pháp làm mát tiết kiệm năng lượng hơn so với điều hòa không khí truyền thống.

Luồng gió hướng xuống có hiệu quả làm mát tốt hơn so với hướng lên, đặc biệt ở nhiệt độ cao. Việc tích hợp quạt trần thông minh vào các tòa nhà dân cư có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào điều hòa không khí, góp phần giảm tiêu thụ năng lượng và khí thải carbon.

Những kết quả này mở ra tiềm năng ứng dụng quạt trần tự động như một phần của chiến lược làm mát bền vững, giúp cải thiện tiện nghi nhiệt mà không làm gia tăng đáng kể chi phí năng lượng.