Trong thiết kế và vận hành trường học, hệ thống điều hòa không khí thường được nhìn nhận chủ yếu dưới góc độ làm mát. Khi một lớp học nóng, câu hỏi quen thuộc thường là: “Điều hòa có đủ công suất không?”, “Phòng đang để bao nhiêu độ?”, hoặc “Có cần lắp thêm máy lạnh không?”.

Tuy nhiên, theo hướng dẫn của ASHRAE về thiết kế cho cơ sở giáo dục với trọng tâm là chất lượng không khí trong nhà nâng cao – Advanced Indoor Air Quality, một môi trường học tập tốt không thể chỉ được đánh giá bằng nhiệt độ. Hệ thống HVAC trong trường học cần được xem xét như một công cụ tổng hợp để kiểm soát thông gió, lọc khí, phân phối không khí, độ ẩm, chất ô nhiễm và rủi ro lây truyền qua không khí.

1. Vì sao trường học cần quan tâm đến IAQ?

Trường học là môi trường có mật độ người cao, thời gian sử dụng kéo dài và nhiều hoạt động sinh hoạt – học tập diễn ra liên tục trong ngày. Trong một lớp học, học sinh và giáo viên cùng hít thở trong một không gian kín trong nhiều giờ. Nếu thông gió không đủ, lọc khí kém hoặc phân phối gió không hợp lý, các chất ô nhiễm trong không khí có thể tích tụ.

Các thông số cần quan tâm không chỉ gồm nhiệt độ, mà còn bao gồm:

  • CO₂, phản ánh mức độ thông gió và mật độ người;
  • PM2.5, PM10, PM1.0, liên quan đến bụi mịn và hạt lơ lửng;
  • VOC/TVOC, liên quan đến hóa chất bay hơi từ vật liệu, vệ sinh, nội thất;
  • Độ ẩm tương đối RH;
  • Nhiệt độ điểm sương;
  • Lưu lượng gió tươi;
  • Số lần trao đổi không khí ACH;
  • Hiệu quả lọc gió;
  • Mô hình phân phối không khí trong lớp học.

Một không gian có nhiệt độ “mát” nhưng CO₂ cao, độ ẩm không phù hợp, bụi mịn cao hoặc gió phân phối kém vẫn chưa thể xem là môi trường học tập tốt.

2. Bắt đầu từ xác minh hiện trạng HVAC

ASHRAE nhấn mạnh rằng trước khi nâng cấp, cần có bước xác minh thông gió và đánh giá hiện trạng hệ HVAC. Đây là bước nền tảng để biết hệ thống đang vận hành như thế nào so với thiết kế và so với nhu cầu thực tế.

Các nội dung cần kiểm tra gồm:

  • Cấp lọc hiện tại và tình trạng lắp đặt lọc;
  • Lưu lượng gió tươi thực tế;
  • Lưu lượng gió cấp, gió hồi, gió thải;
  • Tình trạng vận hành của AHU, FCU, DOAS hoặc các thiết bị HVAC khác;
  • Hoạt động của cảm biến CO₂ và hệ thống DCV nếu có;
  • Chênh áp giữa các khu vực quan trọng;
  • Nồng độ CO₂ trong thời gian cao điểm;
  • PM2.5, PM10, VOC trong thời gian có người sử dụng;
  • Trình tự vận hành của hệ thống điều khiển;
  • Tình trạng bảo trì, hiệu chuẩn và hồ sơ vận hành.

Nếu không có dữ liệu nền, việc nâng cấp rất dễ trở thành cảm tính: tăng gió tươi quá mức gây tốn năng lượng, thay lọc cao hơn nhưng quạt không đủ áp, hoặc lắp thêm thiết bị lọc khí nhưng không rõ hiệu quả thực tế.

3. Nâng cấp lọc gió: ưu tiên MERV 13 nếu hệ thống cho phép

Một trong những khuyến nghị quan trọng là nâng cấp lọc gió cho thiết bị HVAC. ASHRAE khuyến nghị nên áp dụng MERV 13 làm mức tối thiểu nếu thiết bị và quạt có thể đáp ứng.

Tuy nhiên, nâng cấp lọc không chỉ đơn giản là thay tấm lọc dày hơn hoặc cấp cao hơn. Khi lọc tốt hơn, tổn thất áp suất qua lọc thường tăng. Nếu quạt không đủ khả năng, lưu lượng gió có thể giảm, làm giảm thông gió hoặc làm hệ thống vận hành sai thiết kế.

Vì vậy, cần đánh giá:

  • Kích thước khung lọc;
  • Áp suất tĩnh khả dụng của quạt;
  • Lưu lượng gió sau khi thay lọc;
  • Lịch thay lọc;
  • Chênh áp qua lọc;
  • Khả năng thêm lọc sơ cấp;
  • Chi phí vận hành và bảo trì.

Lọc gió tốt là cần thiết, nhưng phải phù hợp với năng lực thực tế của hệ thống HVAC.

4. Phân phối không khí trong lớp học cũng quan trọng như lưu lượng gió

Một lớp học không chỉ cần “có gió cấp” mà cần gió được phân phối đúng.

Nếu luồng gió thổi trực tiếp từ người này sang người khác, hoặc tạo vùng tù khí trong phòng, rủi ro phát tán aerosol có thể tăng lên. ASHRAE khuyến nghị cần bảo đảm hòa trộn không khí hợp lý, giảm gió lùa trực tiếp qua người sử dụng, đồng thời tránh các vùng chết trong phòng.

Đối với các cải tạo hoặc thiết kế mới, cần xem xét:

  • Vị trí miệng gió cấp;
  • Vị trí miệng hồi/hút;
  • Vận tốc gió trong vùng có người;
  • Chênh lệch nhiệt độ theo chiều cao;
  • Tác động của vách ngăn, rèm, tủ, bảng và bố trí bàn ghế;
  • Khả năng sử dụng mô phỏng CFD với các không gian quan trọng.

Trong nhiều trường hợp, vấn đề không nằm ở công suất lạnh, mà nằm ở cách không khí di chuyển trong phòng.

5. Cảm biến IAQ là nền tảng cho vận hành thông minh

Không thể quản lý tốt chất lượng không khí nếu không đo được nó.

ASHRAE khuyến nghị triển khai cảm biến IAQ để theo dõi các thông số như:

  • CO₂;
  • PM2.5;
  • PM1.0;
  • PM0.5;
  • TVOC;
  • Nhiệt độ;
  • Độ ẩm.

Ở mức cơ bản, có thể triển khai cảm biến tại các AHU chính và một tỷ lệ phòng học đại diện. Ở mức nâng cao, cảm biến có thể được bố trí rộng hơn và kết nối với BMS hoặc nền tảng dữ liệu cloud để theo dõi, phân tích và cảnh báo.

Khi có dữ liệu, hệ thống có thể vận hành theo nhu cầu thực tế:

  • Tăng thông gió khi CO₂ cao;
  • Chạy chế độ flush trước/sau giờ học;
  • Tăng lọc hoặc làm sạch không khí khi PM2.5 cao;
  • Cảnh báo khi TVOC tăng sau vệ sinh;
  • Điều chỉnh vận hành theo mật độ người;
  • Đánh giá hiệu quả sau mỗi lần nâng cấp.

Đây chính là nền tảng của Smart HVAC: không điều khiển theo cảm tính, mà điều khiển theo dữ liệu.

6. Kiểm soát độ ẩm: yếu tố thường bị bỏ qua

Độ ẩm tương đối ảnh hưởng trực tiếp đến cảm nhận tiện nghi, chất lượng không khí và sự phát triển của vi sinh vật. ASHRAE đề xuất cân nhắc duy trì độ ẩm tương đối trong khoảng 40–60% RH, tùy điều kiện khí hậu và thiết kế vỏ công trình.

Độ ẩm quá thấp có thể gây khô niêm mạc, khó chịu và ảnh hưởng đến cơ chế bảo vệ đường hô hấp. Độ ẩm quá cao lại làm tăng nguy cơ nấm mốc, ngưng tụ và cảm giác oi bức.

Vì vậy, trong khảo sát HVAC trường học, không nên chỉ đo nhiệt độ. Cần đo đồng thời:

  • Nhiệt độ không khí;
  • Độ ẩm tương đối;
  • Nhiệt độ điểm sương;
  • Nhiệt độ gió cấp/gió hồi;
  • Độ ẩm gió cấp/gió hồi nếu cần tính tải ẩn và enthalpy.

Đây là điểm rất quan trọng khi muốn vừa tiết kiệm điện, vừa giữ môi trường học tập dễ chịu.

 

7. Nhà vệ sinh và phòng y tế là khu vực rủi ro cao

Nhà vệ sinh là khu vực có mật độ sử dụng cao, nhiều nhóm học sinh cùng sử dụng và có nguy cơ phát sinh aerosol khi xả bồn cầu. Vì vậy, hệ thống hút khí nhà vệ sinh cần được kiểm tra và vận hành đúng.

Các khuyến nghị quan trọng gồm:

  • Bảo đảm quạt hút hoạt động đúng lưu lượng;
  • Vận hành liên tục trong thời gian có người sử dụng;
  • Chạy trước và sau thời gian sử dụng chính;
  • Kiểm tra ảnh hưởng của việc đóng/mở cửa đến lưu lượng hút;
  • Cân nhắc tăng lưu lượng hút hoặc bố trí hút cục bộ nếu cần.

Với phòng y tế hoặc khu cách ly tạm thời trong trường học, yêu cầu còn cao hơn. Không khí từ khu vực này không nên hồi về các khu vực khác. Phòng cần được kiểm soát áp suất, lọc và xả khí phù hợp để giảm rủi ro lây truyền.

8. UV-C/UVGI là giải pháp bổ sung, không thay thế thông gió

UV-C/UVGI có thể hỗ trợ bất hoạt vi sinh vật trong không khí hoặc trên bề mặt bên trong thiết bị HVAC. Tuy nhiên, giải pháp này cần được thiết kế đúng, tính toán đúng liều UV, có khóa liên động an toàn và kế hoạch bảo trì định kỳ.

UVGI không được xem là giải pháp thay thế cho thông gió ngoài trời theo yêu cầu. Nó là một lớp bổ sung trong chiến lược kiểm soát IAQ nhiều lớp.

Khi áp dụng UV-C/UVGI cần xem xét:

  • Vị trí lắp trong AHU, ống gió hoặc vùng cao trong phòng;
  • Lưu lượng và vận tốc gió;
  • Liều UV sau thời gian suy giảm bóng;
  • Khả năng tiếp cận bảo trì;
  • An toàn cho nhân sự;
  • Khóa liên động với quạt và cửa bảo trì.

9. Nâng cao IAQ phải đi kèm tối ưu năng lượng

Một điểm rất thực tế là: tăng gió tươi, tăng lọc, tăng thời gian vận hành thiết bị có thể làm tăng tiêu thụ năng lượng. Vì vậy, chiến lược IAQ tốt phải đi kèm chiến lược điều khiển năng lượng hợp lý.

ASHRAE gợi ý tập trung tối ưu vào các khoảng thời gian không có người sử dụng. Với trường học, thời gian không có người sử dụng trong năm có thể rất lớn. Đây là cơ hội để tiết kiệm điện mà không làm suy giảm IAQ trong giờ học.

Một số chiến lược có thể áp dụng:

  • Chạy flush trước giờ học và sau giờ học;
  • Giảm vận hành khi không có người;
  • Tối ưu lịch chạy AHU/FCU/DOAS;
  • Sử dụng cảm biến CO₂ và IAQ để điều khiển theo nhu cầu;
  • Kết hợp thiết bị lọc khí cấp phòng thay vì chỉ tăng gió tươi;
  • Tận dụng economizer khi điều kiện ngoài trời phù hợp;
  • Tích hợp thu hồi nhiệt nếu có điều kiện;
  • Tối ưu setpoint nhiệt độ và độ ẩm trong giới hạn tiện nghi.

Mục tiêu không phải là “IAQ cao bằng mọi giá”, mà là IAQ đủ tốt, được đo lường, được kiểm soát và vận hành hiệu quả.

10. Kết luận

Một trường học hiện đại không thể chỉ dừng lại ở việc có điều hòa mát. Môi trường học tập cần được thiết kế và vận hành dựa trên chất lượng không khí trong nhà.

Điều đó đòi hỏi một cách tiếp cận tổng thể:

  • Xác minh hiện trạng HVAC;
  • Đo lường IAQ;
  • Nâng cấp lọc gió;
  • Kiểm soát thông gió;
  • Cải thiện phân phối không khí;
  • Theo dõi CO₂, PM2.5, PM10, VOC, nhiệt độ và độ ẩm;
  • Kiểm soát khu vực rủi ro như nhà vệ sinh và phòng y tế;
  • Đào tạo nhân sự vận hành;
  • Tối ưu năng lượng bằng dữ liệu.

Trong bối cảnh các trường học ngày càng quan tâm đến sức khỏe, hiệu suất học tập và tiết kiệm năng lượng, IAQ không còn là hạng mục phụ. IAQ cần trở thành một phần cốt lõi trong thiết kế, vận hành và cải tạo hệ thống HVAC.

Một lớp học tốt không chỉ là lớp học mát.

Đó là lớp học có không khí sạch hơn, thông gió đúng hơn, độ ẩm phù hợp hơn, dữ liệu rõ ràng hơn và hệ thống vận hành thông minh hơn.