Hệ thống thông gió áp suất dương và chất lượng không khí trong nhà: Kết quả đo lường PM 2.5 tại các tòa nhà dân cư

Hệ thống thông gió áp suất dương và chất lượng không khí trong nhà: Kết quả đo lường PM 2.5 tại các tòa nhà dân cư

Positive pressure ventilation systems and indoor air quality: PM2.5 outcomes in residential buildings

SHARE COMMENTS

1 – GIỚI THIỆU

Việc tiếp xúc với vật chất dạng hạt mịn trong không khí, cụ thể là PM2.5, có liên quan trực tiếp đến các tác động bất lợi cho sức khỏe bao gồm các bệnh về đường hô hấp, tim mạch và làm gia tăng tỷ lệ tử vong. Tổ chức Y tế Thế giới xác định PM2.5 là một trong những chất gây ô nhiễm không khí có hại nhất do khả năng xâm nhập sâu vào phổi và đi vào máu của con người. Có bằng chứng rõ ràng cho thấy việc phơi nhiễm với PM2.5 trong môi trường trong nhà là yếu tố then chốt để giải thích gánh nặng bệnh tật liên quan đến ô nhiễm không khí trên toàn thế giới. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng trung bình mọi người dành tới 90% thời gian ở trong nhà, nơi nồng độ các hạt vật chất thường vượt quá mức môi trường xung quanh. Chất lượng không khí trong nhà có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố bao gồm các nguồn ô nhiễm nội bộ từ hoạt động sưởi ấm, nấu nướng và các hoạt động sinh hoạt khác của con người, sự xâm nhập của các chất ô nhiễm ngoài trời và hiệu suất thông gió. Thông gió đóng vai trò thiết yếu trong việc duy trì chất lượng không khí lành mạnh bằng cách giúp pha loãng nồng độ các chất gây ô nhiễm trong nhà. Việc thông gió không đầy đủ có thể dẫn đến sự tích tụ các hạt vật chất sinh ra từ bên trong, đặc biệt là trong các tòa nhà kín khí được thiết kế để giảm thiểu tiêu thụ năng lượng làm mát và sưởi ấm. Hiệu quả của thông gió tự nhiên thông qua việc trao đổi không khí thụ động qua cửa sổ, cửa ra vào và lỗ thông hơi thường bị ảnh hưởng trong thời kỳ lạnh hơn do người cư ngụ có xu hướng đóng kín cửa để duy trì nhiệt độ trong nhà. Do đó, các hệ thống thông gió cơ học thường được sử dụng để duy trì sự trao đổi không khí đầy đủ bên trong ngôi nhà bằng cách đưa không khí bên ngoài vào và đẩy không khí cũ trong nhà ra ngoài. Nghiên cứu hiện tại điều tra tác động của hệ thống thông gió áp suất dương đối với nồng độ PM2.5 trong nhà tại 24 ngôi nhà trên khắp New Zealand thông qua thiết kế can thiệp trước và sau.

2 – MÔ TẢ HỆ THỐNG

Hệ thống thông gió áp suất dương cung cấp không khí bên ngoài đã được lọc vào các không gian sống của tòa nhà để tạo ra một mức áp suất dương nhẹ trong nhà. Mỗi ngôi nhà trong nghiên cứu đã được trang bị một hệ thống thông gió áp suất dương có sẵn trên thị trường để thực hiện việc lọc và cung cấp không khí từ khoang mái vào môi trường trong nhà. Loại hệ thống này được sử dụng phổ biến tại New Zealand và bao gồm hai thành phần cốt lõi là quạt và bộ lọc. Quạt được lắp đặt bên trong khoang mái để cung cấp không khí thông qua hệ thống ống dẫn cách nhiệt và bộ khuếch tán gắn trên trần nhà. Bộ lọc có thể thay thế bao gồm hệ thống nhiều lớp tích hợp một lớp sợi nano tĩnh điện với xếp hạng hiệu suất F8 danh nghĩa, tuân thủ các hướng dẫn của Eurovent và ASHRAE. Các bộ lọc hiệu suất cao cấp độ F7 và F8 này thường xuyên được áp dụng trong các hệ thống dân dụng tại New Zealand và phù hợp với các hướng dẫn về thông gió nhà ở tại Châu Âu và Vương quốc Anh. Hệ thống được vận hành ở chế độ tự động, trong đó bộ điều khiển nội bộ sẽ tự điều chỉnh hoạt động của quạt dựa trên sự chênh lệch nhiệt độ giữa khoang mái và không gian trong nhà. Để đảm bảo tính nhất quán, những người cư ngụ được hướng dẫn để hệ thống ở chế độ tự động trong suốt thời gian nghiên cứu và đóng tất cả các cửa sổ cũng như cửa bên ngoài khi hệ thống đang chạy. Dữ liệu lưu lượng không khí được sử dụng dựa trên lưu lượng tối đa theo định mức của từng hệ thống được chia cho thể tích nội thất của ngôi nhà. Các giá trị này đại diện cho giới hạn hiệu suất cao nhất trong các điều kiện thử nghiệm lý tưởng tại mỗi căn nhà.

3 – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu được thực hiện tại 24 hộ gia đình không hút thuốc và không nuôi thú cưng, phân bố tại các thành phố Auckland, Hamilton và Dunedin của New Zealand. Các ngôi nhà được lựa chọn đều là nhà đứng độc lập, có từ ba đến năm phòng ngủ với diện tích sàn thay đổi từ 80 mét vuông đến 270 mét vuông và có từ hai đến năm người ở. Chiến dịch thực địa bao gồm ba giai đoạn riêng biệt vào các năm 2021, 2023 và 2024, diễn ra trong suốt ba tháng mùa đông với sáu tuần giám sát trước và sáu tuần sau khi lắp đặt hệ thống thông gió áp suất dương. Mỗi ngôi nhà được trang bị ba thiết bị giám sát chất lượng không khí đặt tại phòng ngủ chính, khu vực sinh hoạt và ngoài trời để ghi lại nồng độ PM2.5, nhiệt độ và độ ẩm tương đối liên tục. Ba loại thiết bị giám sát khác nhau đã được sử dụng bao gồm Airly PM, uRAD và EdiGreen Home AI-2002 W. Tất cả các cảm biến phục vụ nghiên cứu đều được hiệu chuẩn bằng cách sử dụng các trạm giám sát chất lượng không khí của hội đồng thành phố làm thiết bị tham chiếu tiêu chuẩn trước và sau mỗi giai đoạn giám sát. Quy trình hiệu chuẩn này được thực hiện hàng giờ tại khuôn viên Viện Công nghệ Unitec bằng cách đặt cùng với các cảm biến hiệu chuẩn bao gồm máy Aeroqual Dust Sentry Pro đã được chứng nhận. Dữ liệu sau đó được xử lý để loại bỏ các điểm dị biệt và phân tích thống kê bằng phần mềm R. Một mô hình hồi quy tác động hỗn hợp tuyến tính đã được phát triển để đánh giá sự thay đổi nồng độ PM2.5 trong nhà trong khi kiểm soát các yếu tố nồng độ ngoài trời, nhiệt độ ngoài trời, diện tích nhà và công suất cấp khí chuẩn hóa. Các phép kiểm định Mann-Whitney U và tương quan hạng Spearman được sử dụng để đánh giá ý nghĩa thống kê và sức mạnh của các thay đổi quan sát được.

4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Sau khi lắp đặt hệ thống thông gió áp suất dương, nồng độ PM2.5 trung bình trong nhà đã giảm tại tất cả các ngôi nhà với mức giảm trung bình của từng chiến dịch nằm trong khoảng từ 38% đến 62%. Trước khi can thiệp, nồng độ trung bình trong sáu tuần tại mỗi nhà dao động từ 1.7 đến 16.4 microgram trên mét khối, và sau can thiệp con số này giảm xuống còn 1.3 đến 7.0 microgram trên mét khối. Đáng chú ý là không có nồng độ trung bình 24 giờ nào vượt quá mức hướng dẫn 15 microgram trên mét khối của Tổ chức Y tế Thế giới sau khi hệ thống được lắp đặt. Nồng độ PM2.5 trong nhà thường cao hơn ở phòng khách so với phòng ngủ, phản ánh các hoạt động tạo ra hạt vật chất cao hơn như nấu nướng và sự tái lơ lửng của bụi do di chuyển. Hầu hết các ngôi nhà đều ghi nhận mức giảm lớn hơn ở phòng ngủ chính so với phòng khách, có thể do lưu lượng không khí ổn định hơn và ít hoạt động gây ô nhiễm hơn tại đây. Phân tích theo chu kỳ ngày đêm cho thấy các đỉnh nồng độ xuất hiện vào buổi sáng từ 7 đến 10 giờ và buổi tối từ 6 đến 9 giờ, tương ứng với các hoạt động chung trong hộ gia đình và các nguồn ô nhiễm ngoài trời. Việc lắp đặt hệ thống thông gió áp suất dương đã cải thiện đáng kể chỉ số chất lượng không khí theo tiêu chuẩn của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ, với tỷ lệ các phép đo đạt mức Tốt tăng thêm từ 16% đến 50%. Tỷ lệ nồng độ trong nhà so với ngoài trời đã giảm xuống dưới 1.0 tại hầu hết các ngôi nhà sau can thiệp, cho thấy sự giảm bớt ưu thế của các nguồn phát thải nội bộ. Hệ thống cũng góp phần làm giảm độ ẩm tương đối trong nhà từ 1% đến 4%. Các ngôi nhà có mức chênh lệch nhiệt độ trong nhà và ngoài trời dương lớn hơn thường ghi nhận mức giảm PM2.5 cao hơn, điều này cho thấy sự tách biệt nhiệt tốt hơn giữa hai môi trường giúp tăng cường hiệu quả của hệ thống thông gió.

5 – KẾT LUẬN