Công nghệ đo lường chất lượng không khí

    Máy đo chất lượng không khí trong nhà Indoor Air Quality (IAQ) là thiết bị đo chất lượng không khí bên trong và xung quanh các tòa nhà và cấu trúc. IAQ được biết là ảnh hưởng đến sức khỏe, sự thoải mái và hạnh phúc của việc xây dựng người cư ngụ. Chất lượng không khí trong nhà kém có liên quan đến Hội chứng Sick Building, giảm năng suất và học tập kém trong trường học. IAQ có thể bị ảnh hưởng bởi khí (bao gồm carbon monoxide, radon, hợp chất hữu cơ dễ bay hơi), đo các hạt bụi mịn, chất gây ô nhiễm vi sinh vật (nấm mốc, vi khuẩn) hoặc bất kỳ khối lượng hoặc chất gây căng thẳng nào có thể gây ra tình trạng sức khỏe bất lợi

1. Nhiệt độ

    Nhiệt độ không khí ảnh hưởng đến sự tăng trưởng và sinh sản của thực vật và động vật, với nhiệt độ ấm hơn sẽ giúp thúc đẩy tăng trưởng sinh học. Nhiệt độ không khí cũng ảnh hưởng đến gần như tất cả các thông số thời tiết khác. Ví dụ, nhiệt độ không khí ảnh hưởng đến tốc độ bay hơi, độ ẩm tương đối, tốc độ và hướng gió, và các hiện tượng kết tủa của thời tiết chẳng hạn như trời sẽ mưa, tuyết hoặc mưa đá.

-    Phương pháp đo

    +    Can nhiệt: khi nhiệt độ thay đổi, điện trở giữa hai đầu cảm biến sẽ thay đổi. Loại cảm biến này có dải đo lớn, độ bền cao thường sử dụng trong công nghiệp

    +    Bán dẫn: người ta thu được nhiệt độ môi trường bằng cách đo mức độ phân cực của các lớp bán dẫn khi tiếp xúc với nhiệt độ môi trường (mức độ phân cực của chất bán dẫn). Loại cảm biến này có dải đo thấp, dùng trong các cảm biến đo lường nhiệt độ trong các hộ gia đình, văn phòng, nhà hàng,…

    +    Bức xạ: để đo nhiệt độ vật thể không tiếp xúc, dựa trên hiện tượng bức xạ năng lượng của các vật mang nhiệt, mỗi bức xạ nhiệt sẽ tạo nên 1 bước sóng nhất định mang đặc điểm về nhiệt độ của vật thể. Các thiết bị này bị ảnh hưởng bởi ánh sáng môi trường, các góc đo,… Dải do trong khoảng từ -54 đến 1000⁰C

    Việt Nam nằm ở khu vực nhiệt đới gió mùa, theo quyết định của bộ y tế số 3733/2002/QĐ-BYT về quy định môi trường tại nơi làm việc về các giá trị của không khí

2. Độ ẩm

    Độ ẩm không khí ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống của con người cũng như đối với sản xuất. Theo đó, nếu độ ẩm không khí cao lên tới mức bão hoà sẽ gây ra nhiều bệnh như bệnh về hô hấp, ảnh hưởng không nhỏ đến sức khoẻ cộng đồng

-    Khi độ ẩm quá cao sẽ gây ra các ảnh hưởng như sau:

    +    Gây cảm giác khó chịu, mệt mỏi cho con người,..

    +    Quần áo không thể khổ và có mùi ẩm mốc,..

    +    Sàn nhà đọng nước, trơn trượt có thể gây chấn thương nếu trượt ngã

    +    Tạo điều kiện cho virus phát triển, tăng các bệnh lí ở cơ thể người

    +    Ngoài ra, độ ẩm cao cũng dễ gây ra các sự cố như chập, cháy, hư hỏng các trang thiết bị y tế

-    Phương pháp xác định

    +    Cảm biến độ ẩm điện trở: Đầu cảm biến chất liệu sứ hoặc polymer hoạt động dựa trên nguyên tắc hấp thụ hơi nước, làm thay đổi tính chất và giá trị điện trở. Từ sự thay đổi giá trị điện trở của cảm biến, xác định được độ ẩm trong môi trường.

    +    Cảm biến độ ẩm điện dung: Nguyên lý hoạt động của đầu cảm biến là cho không khí chảy vào 2 đầu của tấm kim loại. Điện dung thay đổi tỷ lệ thuận với độ ẩm không khí trong môi trường, sẽ giúp xác định được độ ẩm môi trường chính xác. 

    +    Cảm biến độ ẩm dẫn nhiệt: Đặc điểm thiết bị sẽ có 2 đầu cảm biến. Trong đó, 1 đầu cảm biến được bọc trong nito khô, đầu còn lại sẽ được để trong môi trường không khí tự nhiên. Sự chênh lệch độ ẩm ở 2 đầu cảm biến sẽ xuất hiện sự truyền điện, dẫn đến tính toán được cường độ dòng điện và xác định được độ ẩm.

3. Bụi mịn

    Bụi PM2.5 có thể quá nhỏ mắt thường không thể thấy, loại bụi này nhỏ hơn khoảng 30 lần so với tiết diện sợi tóc người. Bụi PM2.5 và PM10 (cỡ 10.000nm) đều là những kẻ giết người, cơ bản gây hại cho phổi và tình trạng hô hấp.

-    Công nghệ đo đạc bụi mịn:

    +    Dùng laser: Nguyên lý của công nghệ này là dùng sự tán xạ ánh sáng khi các vật rắn lơ lửng trong không khí. Bằng cách này, số lượng, đường kính của các hạt vật chất sẽ thu được. Phương pháp này xác định nồng độ bụi mịn nhanh trong thời gian thực và giá cả phù hợp..

    +    Máy đếm bụi

    Tại Việt Nam quy chuẩn quốc gia QCVN 05:2013/BTNMT quy định, nồng độ bụi mịn trung bình năm là 25 μg/m3. Tuy nhiên cả hai năm 2019-2020 Hà Nội đều vượt, trong đó có đến 29/30 quận, huyện và thị xã ở Hà Nội có nồng độ bụi PM2.5 ở mức cao

4. Carbon dioxide - CO₂

    Carbon dioxide là một khí không màu mà khi hít thở phải ở nồng độ cao (nguy hiểm do nó gắn liền với rủi ro ngạt thở) tạo ra vị chua trong miệng và cảm giác nhói ở mũi và cổ họng. Các hiệu ứng này là do khí hòa tan trong màng nhầy và nước bọt, tạo ra dung dịch yếu của axit cacbonic.

-    Có nhiều phương pháp đo đạc nồng độ CO₂

    +    Đo quang học: Có thể đo được CO2 bằng quang phổ, nồng độ CO2 có thể đo được bằng cách đưa một mẫu vào các xung năng lượng điện từ được điều chỉnh đặc biệt theo bước sóng hấp thụ của CO2. Với mỗi xung năng lượng, các phân tử CO2 trong mẫu sẽ hấp thụ và tạo ra sóng áp suất thông qua hiệu ứng quang học. Những sóng áp suất này sau đó được phát hiện bằng máy dò âm thanh và chuyển đổi thành tín hiệu điện, sau đó đưa đi xử lý để đưa ra kết quả

    +    Đo hoá học: Các lớp nhạy cảm dựa trên polymer hoặc heteropolysilo-xane có lợi thế tiêu thụ năng lượng rất thấp, có thể giảm kích thước phù hợp với các cảm biến cần kích thước nhỏ

    +    Đo ước tính: Dựa trên việc đo hydrogen gas và VOC, người ta đưa ra ước tính về nồng độ CO2. Để đo được các chất này người ta sử dụng công nghệ MOS với chi phí rẻ

5. Carbon monoxide - CO

    Ước tính có từ 30 đến 50 người chết một năm do ngộ độc carbon monoxide. Carbon monoxide (CO) được sản xuất khi các thiết bị khí như lò nướng và lửa không đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu của chúng do chủ yếu là các thiết bị bị lỗi hoặc bị chặn. Bất cứ thứ gì đốt cháy dầu hoặc nhiên liệu rắn cũng có thể tạo ra carbon monoxide.

-    Kỹ thuật đo carbon monoxide (CO)

    +    Phương pháp quang hoá, học theo phản ứng của haemoglobin có trong máu với carbon monoxide. Nhược điểm của loại cảm biến này là có thể tích tụ carbon monoxide trong một khoảng thời gian gây ra những sai số trong phép đo.

    +    Phương pháp điện hoá: bằng cách phá vỡ các carbon monoxide, dựa trên các electron giải phóng tạo ra dòng điện, một mạch điện tử đo đạc và tính toán đưa ra kết quả. Mặc dù ban đầu, cảm biến hoạt động rất chính xác, tuy nhiên do dễ bị ô nhiễm, nên các phép đo sau đó sẽ không còn chính xác nữa. Tuổi thọ trung bình từ 2 đến 5 năm.

    +    Sử dụng cảm biến bán dẫn, tuổi thọ có thể lên tới 10 năm. Các loại cảm biến này sử dụng cách làm nóng một lượng chất bên trong cảm biến, CO bị phân huỷ trên bề mặt chất này làm giải phóng các hạt electron. Bằng cách đo sự dẫn điện của chất này, một vi mạch sẽ tính toán và đưa ra kết quả cho phép đo.

6. TVOC

    TVOC hay còn được gọi là VOC - là hỗn hợp các chất hữu cơ độc hại ở dạng rắn hoặc lỏng dễ bay hơi một cách tự nhiên khi tiếp xúc với áp suất khí quyển tại nhiệt độ thường. TVOC có áp suất hơi bão hòa trên 133,32pa ở nhiệt độ phòng và điểm sôi là từ 50 - 250°C.

    Cụm từ này thường dùng để nói đến hỗn hợp các chất hữu cơ độc hại bay trong không khí xuất phát từ các sản phẩm do con người chế tạo, chẳng hạn như các dung môi toluen, xylene và dung môi thơm. 50% lượng TVOC là từ hoạt động công nghiệp, 16% do đồ dùng thiết bị, 11 % đến từ nông nghiệp, 10 % do phương tiện giao thông và các nguyên nhân khác

-    Có 6 hợp chất TVOC thường gặp:

    +    Limonene: xuất hiện trong các ngành công nghiệp chế biến thực phẩm và khí sinh học.

    +    Xylen: phát sinh trong quá trình sản xuất thuộc ngành công nghiệp hóa học.

    +    Acetone: dùng làm dung môi trong nhiều công đoạn công nghiệp sản xuất hóa dầu, hóa chất, dược phẩm, dệt may và sơn.

    +    Benzen: một hợp chất tạo mùi thơm trong nhiều sản phẩm.

    +    Acetaldehyde: thuộc nhóm andehyd trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm.

    +    Skatolec: chất xuất hiện trong nhà máy xử lý nước thải.

    +    Formaldehyde: có trong thuốc lá, dung môi, sơn và chất pha loãng, chất kết dính, đồ thủ công, bột giặt keo, chất tẩy rửa, vật liệu xây dựng.

-    Kỹ thuật đo lường TVOC:

    +    Flame ionisation detector (FID): đốt cháy hợp chất hữu cơ bằng ngọn lửa hydro làm phá huỷ các hợp chất hữu cơ, sản phẩm của nó là năng lượng, mang theo các hạt electron được thu hút bởi điện cực thu. Dòng điện tạo ra dựa trên số nguyên tử carbon của phân tử, chúng được thu lại và khuếch đại nhằm đưa ra số liệu về VOC. FID rất ổn định vả chúng được sử dụng phổ biến vì nó phát hiện lượng VOC rất lớn.

    +    Photo Ionization Detector (PID): các hợp chất hữu cơ bị ion hoá bởi bức xạ UV, năng lượng đèn UV đủ để ion hoá hầu hết các VOC, nhưng không phải tất cả. Đối với nhiều VOC, PID nhạy hơn FID, tuy nhiên PID có thể kém ổn định hơn FID, phản hồi có thể được xem như một chỉ báo của TVOC.

    +    PAS kết hợp sự thay đổi áp suất của hơi hữu cơ do hấp thụ bức xạ hồng ngoại và kết quả là sự gia tăng nhiệt độ với phát hiện âm thanh. Điều này đạt được bằng cách điều chỉnh cường độ của ánh sáng hồng ngoại với một tần số âm thanh. Đáp ứng của PAS phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng hồng ngoại được sử dụng để phát hiện và giao thoa với hơi nước.

    Để đáp ứng được nhu cầu đo đạc dữ liệu không khí cấp thiết hiện nay, chúng tôi - Mes-IonAir cung cấp các giải pháp cũng như các loại cảm biến phù hợp. Thông tin chi tiết xem tại Phần mềm giám sát và quản trị chất lượng không khí trong nhà | Mes-IonAir.Vn