Không khí ngoài trời Việt Nam đi vào phòng sạch của bạn: ISO 16890, tải bụi và chỗ phép đếm hạt trả lời

Phòng sạch không hút không khí từ hư vô. Một phần khí cấp cho nó là khí lấy từ ngoài trời, và ngoài trời ở Việt Nam là một trong những môi trường có nồng độ bụi mịn cao trên thế giới. Bài viết này nối hai thứ thường được bàn ở hai phòng khác nhau: số liệu chất lượng không khí đô thị, và cách bộ lọc khí được phân loại theo ISO 16890 — tiêu chuẩn đã thay EN 779 từ giữa năm 2018 và cố tình dùng đúng ngôn ngữ PM của ngành môi trường. Kèm theo là một cảnh báo kỹ thuật hay bị bỏ qua: máy đếm hạt phòng sạch không đo được PM2.5, và hai con số ấy không quy đổi cho nhau.

Con số nền: không khí ngoài trời Việt Nam

Theo báo cáo chất lượng không khí thường niên của IQAir cho năm 2024 — được báo chí trong nước dẫn lại — nồng độ bụi mịn PM2.5 trung bình năm của Việt Nam ở mức 28,7 µg/m³, đưa Việt Nam vào nhóm 23 quốc gia có không khí ô nhiễm nhất và đứng thứ hai Đông Nam Á. Riêng Hà Nội ghi nhận 45,4 µg/m³ trong năm 2024, tăng liên tục từ mức 37,9 µg/m³ của năm 2020, và xếp thứ 7 trong số 121 thủ đô khu vực được khảo sát.

Để những con số ấy có nghĩa, cần một mốc đối chiếu: hướng dẫn của Tổ chức Y tế Thế giới cho PM2.5 trung bình năm là 5 µg/m³. Mức trung bình cả nước như trên cao hơn hướng dẫn ấy khoảng năm tới bảy lần, còn riêng Hà Nội thì hơn chín lần.

Cần nói rõ ngay: đây là số liệu môi trường, công bố cho năm 2024, và nó thay đổi theo năm cũng như theo mùa. Bài viết này dùng chúng như bối cảnh tải bụi đầu vào, không dùng như thông số thiết kế. Thông số thiết kế của một hệ khí phải lấy từ dữ liệu đo tại chính vị trí nhà máy, trong ít nhất một chu kỳ mùa.

Đường đi của một mét khối khí ngoài trời vào phòng sạch

Một phòng sạch tuần hoàn phần lớn lượng khí của nó, nhưng không thể tuần hoàn toàn bộ. Luôn có một phần khí phải lấy mới từ bên ngoài — để bù cho lượng khí thất thoát qua cửa và qua chênh áp dương, để pha loãng chất phát sinh trong phòng, và để đảm bảo điều kiện cho người làm việc bên trong. Phần khí ấy thường được gọi là khí cấp bù.

Trên đường từ cửa lấy gió tới miệng thổi trong phòng, dòng khí đi qua một chuỗi lọc nhiều lớp. Thiết kế thường gặp là lớp thô chặn vật lớn và một phần khối lượng bụi, một hoặc hai lớp lọc tinh ở giữa, rồi mới tới lớp HEPA hoặc ULPA đặt gần điểm cấp vào phòng.

Điểm mấu chốt về mặt kinh tế nằm ở chỗ chuỗi này là một chuỗi nối tiếp: mọi hạt mà lớp trước không giữ lại đều trở thành tải của lớp sau. Lớp HEPA là lớp đắt nhất, khó thay nhất, và là lớp mà việc thay thế đụng chạm trực tiếp tới trạng thái phân loại của phòng. Vì vậy chiến lược hợp lý phổ quát là đẩy càng nhiều khối lượng bụi về phía các lớp rẻ tiền phía trước càng tốt.

Khi nồng độ bụi mịn ngoài trời cao gấp nhiều lần mức tham chiếu quốc tế, chuỗi ấy không hỏng — nó chỉ tiêu hao nhanh hơn. Và điều này thể hiện ở hoá đơn thay lọc, ở điện năng quạt, và ở lịch bảo trì, chứ không nhất thiết thể hiện ở số đếm hạt trong phòng.

ISO 16890: vì sao ngành lọc đổi sang ngôn ngữ PM

Từ ngày 1 tháng 7 năm 2018, ISO 16890 đã thay thế EN 779 làm tiêu chuẩn phân loại bộ lọc khí cho thông gió chung. Đây không phải một lần đổi tên. Nó là một lần đổi đại lượng được đo, và hiểu điều đó giúp tránh khá nhiều nhầm lẫn khi đọc báo giá lọc.

EN 779 xếp hạng bộ lọc theo hiệu quả đối với một cỡ hạt thử nghiệm duy nhất, cho ra các bậc quen thuộc kiểu G và F. ISO 16890 thì xếp hạng theo hiệu quả đối với các phân đoạn bụi mịn mà ngành môi trường và WHO đang dùng: PM1, PM2.5 và PM10. Bốn nhóm phân loại của tiêu chuẩn mới là ISO ePM1, ISO ePM2.5, ISO ePM10 và ISO Coarse.

Ba quy tắc trong cách phân loại này đáng nhớ:

Quy tắc ngưỡng 50%. Để được xếp vào một nhóm, bộ lọc phải đạt hiệu quả tối thiểu từ 50% trở lên đối với phân đoạn hạt tương ứng. Bộ lọc có hiệu quả trung bình dưới 50% với PM10 rơi xuống nhóm ISO Coarse và được đánh giá theo lượng bụi giữ lại tính theo khối lượng. Nghĩa là nhãn “ePM1 60%” không có nghĩa là lọc được 60% mọi thứ — nó nói về phân đoạn PM1, tính trên dải cỡ khoảng 0,3 tới 1 micromet.

Quy tắc phóng điện. Nhiều vật liệu lọc dùng hiệu ứng tĩnh điện để tăng hiệu quả bắt hạt, và hiệu ứng ấy suy giảm theo thời gian sử dụng. Tiêu chuẩn xử lý điều này bằng cách thử bộ lọc ở cả hai trạng thái: nguyên trạng và sau khi đã bị phóng hết điện tích. Hiệu quả tối thiểu là giá trị đo được sau khi phóng điện, còn giá trị trung bình là trung bình của hai trạng thái. Đây là chi tiết có giá trị thực tế lớn: nó là cách tiêu chuẩn thừa nhận rằng hiệu quả ghi trên nhãn của một bộ lọc mới không phải hiệu quả nó sẽ giữ suốt đời.

Quy tắc làm tròn. Hiệu quả được báo cáo làm tròn theo bậc 5%. Chênh lệch nhỏ hơn bậc ấy giữa hai sản phẩm không phải thông tin có thể so sánh được.

Hệ quả với người mua ở Việt Nam khá trực tiếp. Vì các nhóm mới được định nghĩa theo đúng phân đoạn bụi mà báo cáo môi trường công bố, lần đầu tiên có thể nói một câu có nghĩa như: “không khí đầu vào của chúng tôi có PM2.5 trung bình năm quanh mức vài chục µg/m³, nên lớp lọc tiền xử lý cần được chọn theo hiệu quả ePM2.5 chứ không theo một bậc F cũ”. Với EN 779 thì câu ấy không phát biểu được, vì hai bên nói hai ngôn ngữ khác nhau.

Cũng vì vậy, việc quy đổi thẳng bậc EN 779 cũ sang nhóm ISO mới là không chính xác. Cùng một bậc cũ có thể rơi vào những nhóm mới khác nhau tuỳ vào vật liệu và cấu tạo, và các bảng quy đổi lưu hành trên thị trường chỉ nên coi là chỉ dẫn thô. Con số dùng cho hồ sơ phải là con số trên báo cáo thử nghiệm ISO 16890 của chính sản phẩm ấy.

Vì sao PM2.5 và số đếm hạt không quy đổi cho nhau

Đây là chỗ hay xảy ra hiểu nhầm nhất, và cũng là chỗ một bài viết trung thực phải nói rõ giới hạn của chính thiết bị mình bán.

Máy đếm hạt phòng sạch cho ra số hạt trên một mét khối, phân theo dải cỡ — ví dụ số hạt lớn hơn 0,5 micromet trên một mét khối. Đó là một đại lượng đếm.

PM2.5 cho ra khối lượng vật chất hạt có đường kính khí động nhỏ hơn 2,5 micromet trên một mét khối, tính bằng microgram. Đó là một đại lượng khối lượng.

Muốn đi từ số đếm sang khối lượng, bạn phải giả định hình dạng hạt, khối lượng riêng của hạt, và phân bố cỡ hạt trong từng dải. Ba giả định ấy đều không kiểm chứng được tại chỗ, và sai số của chúng nhân lên chứ không bù trừ nhau — vì khối lượng tỉ lệ với luỹ thừa ba của đường kính, một sai lệch nhỏ về cỡ hạt gây sai lệch lớn về khối lượng. Vì thế:

• Không dùng máy đếm hạt phòng sạch để báo cáo PM2.5 cho mục đích môi trường.
• Không dùng số liệu PM2.5 của trạm quan trắc để suy ra phòng sạch của bạn đạt cấp nào.
• Nếu cần cả hai loại số liệu, phải dùng hai loại thiết bị, và trình bày chúng ở hai bảng riêng.

Điều máy đếm hạt làm được trong bài toán này lại rất cụ thể: so sánh số đếm ở hai phía của một cấp lọc, theo cùng một dải cỡ, tại cùng thời điểm. Đó là phép đo tương đối, không cần quy đổi đơn vị, và nó trả lời đúng câu hỏi mà kỹ sư cơ điện quan tâm — cấp lọc này còn đang làm việc hay không.

Ba hậu quả vận hành của tải bụi cao

1. Tuổi thọ lớp lọc phía trước ngắn lại, và ngắn không đều theo mùa

Lớp thô và lớp tinh phía trước gánh phần lớn khối lượng bụi. Khi nồng độ ngoài trời tăng theo mùa — điều xảy ra rõ rệt ở miền Bắc — tốc độ tích tải của các lớp này tăng theo. Hệ quả là lịch thay lọc theo thời gian trở nên kém phù hợp hơn lịch thay theo chênh áp và theo dữ liệu.

2. Chi phí quạt tăng âm thầm

Bộ lọc tích tải làm tăng trở lực, và quạt phải làm việc nhiều hơn để giữ nguyên lưu lượng. Khoản này không xuất hiện thành một dòng riêng trên bất kỳ hoá đơn nào, nên nó thường bị bỏ qua khi so sánh phương án lọc rẻ hơn với phương án lọc hiệu quả hơn.

3. Rủi ro dồn về lớp cuối nếu lớp trước bị chọn sai

Nếu lớp tiền lọc được chọn theo giá thay vì theo hiệu quả với phân đoạn bụi thực tế của khu vực, phần bụi lọt qua sẽ tới lớp HEPA. Lớp HEPA vẫn giữ được — đó là việc của nó — nhưng nó bị tiêu hao nhanh hơn nhiều so với thiết kế, và mỗi lần thay HEPA đều kéo theo công việc kiểm tra và có thể là phân loại lại khu vực.

Đo ở đâu và bằng cấu hình nào

Bốn vị trí đo hay được dùng để trả lời các câu hỏi khác nhau về chuỗi khí. Chúng không thay thế nhau:

Vị trí	Câu hỏi được trả lời	Cấu hình thường dùng
Trước và sau một cấp lọc trong AHU	Cấp lọc này còn hiệu quả không?	Máy cầm tay, đo so sánh cùng dải cỡ, cùng thời điểm
Miệng thổi trong phòng	Khí cấp vào phòng có sạch như thiết kế không?	Máy cầm tay lưu lượng cao để rút ngắn thời gian lấy mẫu
Điểm cố định trong khu sản xuất	Trạng thái khu vực theo thời gian thực	Cảm biến cố định nối mạng, chạy liên tục
Điểm cục bộ cạnh máy móc	Nguồn phát sinh hạt bên trong phòng	Cảm biến nhỏ hoặc máy cầm tay theo khảo sát

Về cấu hình cụ thể, khác biệt quan trọng nhất giữa các dòng máy nằm ở lưu lượng lấy mẫu và dải kênh, vì hai thông số này quyết định thời gian cần để lấy đủ một mẫu có nghĩa:

• Máy đếm hạt tiểu phân PMS Lasair Pro 5100 — dải kênh 0,5 tới 25,0 µm, lưu lượng hút 100 lít/phút ±5%, cấu hình 8 kênh, màn hình màu 8,4 inch. Lưu lượng cao là điểm đáng giá khi phải quét nhiều vị trí trong một ca hoặc khi lấy mẫu ở thể tích lớn.
• Máy đếm hạt tiểu phân PMS Lasair Pro 350 — dải kênh mở rộng xuống 0,3 µm, lưu lượng 50 lít/phút ±5%. Phù hợp khi cần kênh nhỏ hơn và chấp nhận thời gian lấy mẫu dài hơn.
• Máy đếm hạt Airnet II 510-4 — bốn kênh cố định 0,5 · 1,0 · 5,0 · 10,0 µm, lưu lượng 1,0 CFM tức 28,3 lít/phút, cấp nguồn qua Ethernet, vỏ polycarbonate kháng hoá chất. Kênh 10 µm là điểm đáng chú ý cho môi trường có bụi cơ học cỡ lớn.
• Thiết bị đếm hạt tiểu phân PMS IsoAir 310P — bốn kênh 0,3 · 0,5 · 1,0 · 5,0 µm hoặc hai kênh, lưu lượng 1,0 CFM, có bơm tích hợp nên không cần hệ bơm chân không trung tâm, và có lọc HEPA ở đầu ra để bản thân thiết bị không phát sinh hạt ra môi trường xung quanh.

Chi tiết lọc HEPA ở đầu ra đáng được nói thêm một câu, vì nó liên quan trực tiếp tới chủ đề bài này: một thiết bị đo đặt trong phòng sạch cũng là một thiết bị hút khí và thải khí. Nếu khí thải của nó không được lọc, chính nó trở thành một nguồn phát sinh trong khu vực nó đang giám sát.

Bốn sai lầm hay gặp

Sai lầm 1 — dùng số PM2.5 của thành phố làm thông số thiết kế cho nhà máy. Trung bình năm của một thành phố che mất cả biến động theo mùa lẫn đặc thù vi khí hậu tại chân công trình. Một nhà máy nằm cạnh trục vận tải nặng hoặc cạnh khu vực có hoạt động phát sinh bụi có tải đầu vào rất khác trung bình đô thị.

Sai lầm 2 — quy đổi bậc lọc cũ sang nhóm ISO mới bằng bảng tra. Bảng quy đổi chỉ là chỉ dẫn thô. Hai bộ lọc cùng bậc EN 779 cũ có thể rơi vào hai nhóm ISO khác nhau, đặc biệt khi một trong hai dựa nhiều vào hiệu ứng tĩnh điện.

Sai lầm 3 — đọc hiệu quả trên nhãn như hiệu quả suốt đời. Chính tiêu chuẩn đã tách riêng giá trị sau khi phóng điện để nói rằng hiệu quả ban đầu và hiệu quả lâu dài là hai chuyện khác nhau. Với vật liệu dựa vào tĩnh điện, khoảng cách giữa hai giá trị ấy có thể lớn.

Sai lầm 4 — kết luận “phòng vẫn đạt nên hệ lọc vẫn ổn”. Số đếm hạt trong phòng là kết quả cuối chuỗi. Nó vẫn đạt trong một thời gian dài ngay cả khi lớp tiền lọc đã quá tải, đơn giản vì lớp HEPA đang gánh thay. Thứ báo động sớm ở đây là chênh áp qua từng cấp lọc và tốc độ tích tải, không phải số đếm trong phòng.

Tóm lại

Không khí ngoài trời ở Việt Nam đặt lên hệ lọc của mọi phòng sạch một tải bụi cao hơn đáng kể so với mức tham chiếu quốc tế, và ISO 16890 — có hiệu lực thay EN 779 từ giữa năm 2018 — là công cụ để nói về tải ấy bằng đúng ngôn ngữ mà số liệu môi trường đang dùng. Nhưng ngôn ngữ ấy dừng lại ở cửa phòng sạch: bên trong, phép đo quay về đơn vị đếm theo cỡ hạt, và không có cầu nối số học nào giữa hai bên. Hiểu đúng ranh giới đó giúp tránh cả hai hướng sai — báo cáo PM2.5 bằng máy đếm hạt, và đánh giá hệ lọc bằng số đếm trong phòng.

Câu hỏi thường gặp