Thông gió tự nhiên là gì? Cách tối ưu lưu thông khí trong nhà xưởng

Trong bối cảnh chi phí điện năng tăng cao và yêu cầu về môi trường làm việc an toàn – lành mạnh ngày càng khắt khe, thông gió tự nhiên đang trở thành một trong những hướng thiết kế được ưu tiên cho nhà xưởng và công trình công nghiệp. Nếu được tính toán đúng, hệ thống này có thể giảm đáng kể nhiệt độ, giảm mùi, bụi, đồng thời tiết kiệm chi phí vận hành cho doanh nghiệp. Bài viết dưới đây sẽ đi sâu vào nguyên lý, cách thiết kế thông gió tự nhiên, các mô hình ứng dụng thực tế và lưu ý triển khai để nhà thầu MEP, kỹ sư cơ điện, chủ đầu tư có thể tham khảo và áp dụng hiệu quả.

Nguyên lý và lợi ích của hệ thống thông gió tự nhiên trong nhà xưởng

Cách không khí lưu thông tự nhiên trong nhà xưởng

Một hệ thống thông gió tự nhiên hiệu quả chủ yếu dựa trên hai yếu tố: chênh lệch nhiệt độ và chênh lệch áp suất gió giữa trong – ngoài công trình. Khi không khí nóng bên trong nhà xưởng nhẹ hơn, nó có xu hướng bốc lên cao và thoát ra qua các điểm xả như cửa mái, giếng trời thông gió, cửa chớp; đồng thời không khí mát hơn từ bên ngoài sẽ được hút vào qua các cửa lấy gió thấp hơn. Cơ chế này tạo thành một dạng thông gió đối lưu, giúp lưu thông khí không dùng điện hoặc chỉ cần hỗ trợ bằng quạt công suất nhỏ. Nếu bố trí thông gió bằng cửa gió ở mặt đứng kết hợp với cửa thoát mái, dòng khí sẽ hình thành đường đi rõ ràng, tránh hiện tượng khí nóng – khí ô nhiễm bị “kẹt” trong không gian sản xuất.

Đối với chủ nhà xưởng, việc hiểu rõ phân bố áp suất gió theo chiều cao, hướng gió chủ đạo tại khu vực và mặt bằng dây chuyền sản xuất sẽ giúp đưa ra giải pháp thông gió tự nhiên chính xác hơn. Các vị trí đặt cửa hút – cửa xả, kích thước cửa lật, độ cao đỉnh mái, góc mở lam gió… đều ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hút nhiệt và thải khí, nhất là những xưởng có nguồn nhiệt lớn (đúc kim loại, nhựa, dệt nhuộm). Khi tính toán đúng, có thể giảm tải đáng kể cho các hệ hệ thống thông gió làm mát cơ khí, tối ưu chi phí đầu tư tổng thể.

Lợi ích về chi phí, môi trường và vận hành

Ưu điểm nổi bật nhất của thông gió tự nhiên cho nhà xưởng là chi phí vận hành gần như bằng 0 hoặc rất thấp, do hạn chế tối đa việc sử dụng quạt cơ khí công suất lớn. Nhờ đó, doanh nghiệp giảm đáng kể chi phí điện hàng tháng, đặc biệt với các nhà máy hoạt động 2–3 ca liên tục. Đây cũng là một trong những giải pháp làm mát tiết kiệm năng lượng, phù hợp xu hướng công trình xanh và tiêu chuẩn ESG mà nhiều tập đoàn đang hướng tới. Bên cạnh đó, việc dùng gió trời để giảm nhiệt bằng gió trời và thải khí độc hại ra ngoài giúp tạo môi trường làm việc thông thoáng hơn, hỗ trợ tuân thủ các quy chuẩn về chất lượng không khí trong nhà xưởng.

Về mặt vận hành, mô hình thông gió xanh có ít thiết bị quay, ít bộ phận cơ khí nên giảm thiểu chi phí bảo trì, giảm nguy cơ dừng máy do sự cố. Hệ thống ít ồn, không tạo gió lùa mạnh như một số dạng quạt thổi trực tiếp nên mang lại cảm giác dễ chịu hơn cho công nhân. Khi kết hợp khéo léo giữa tối ưu luồng gió tự nhiên và các giải pháp cơ khí như máy làm mát bay hơi, quạt trần công nghiệp, hiệu quả tổng thể có thể cao hơn nhiều so với việc chỉ dùng một phương án đơn lẻ.

Các giải pháp thông gió tự nhiên phổ biến trong nhà xưởng công nghiệp

Thông gió bằng cửa gió, cửa lật và mặt dựng

Một trong những cách lấy gió tự nhiên cho nhà máy đơn giản và phổ biến là sử dụng thông gió bằng cửa gió trên tường bao và cửa lật trên cao. Các cửa này có thể là dạng lam cố định, lam chỉnh góc, hoặc cửa lật lấy gió tự động tùy điều kiện thiết kế. Khi đặt cửa hút gió ở phía đón gió chủ đạo và cửa xả ở phía khuất gió, sự chênh lệch áp suất sẽ tạo nên dòng gió xuyên phòng, giúp thông gió đối lưu hiệu quả mà không tốn năng lượng. Với các dãy nhà công nghiệp dài, có thể chia nhỏ thành các ô lấy gió xen kẽ, tránh tình trạng cuối nhà xưởng không được cấp gió mới.

Đối với nhà xưởng nhiệt lớn hoặc có bụi, hơi hàn, khói, việc bố trí cửa gió cần cân nhắc tránh “kéo” bụi từ khu vực này sang khu vực khác. Các kỹ sư thường kết hợp cửa lật tường với quạt hút áp mái hoặc chụp hút cục bộ để điều hướng luồng gió. Giải pháp cửa lật – lam gió cũng có thể tích hợp tấm lọc, lưới chống côn trùng, hoặc kết hợp với quạt trần công nghiệp để tăng độ đảo gió bên trong. Với các nhà thầu MEP, đây là nhóm giải pháp chi phí đầu tư thấp nhưng mang lại hiệu quả rất rõ khi được tính toán đúng cao độ và diện tích thông thoáng.

Giếng trời thông gió và mái thông gió đối lưu

Đối với nhà xưởng có chiều cao lớn hoặc diện tích mặt bằng rộng, giếng trời thông gió là một giải pháp đáng cân nhắc. Giếng trời đóng vai trò như một ống khói lớn, nơi gom khí nóng và khí ô nhiễm bốc lên rồi thoát ra ngoài, đồng thời kéo khí mát từ các cửa thấp vào. Kết hợp với mái lấy sáng polycarbonate hoặc kính an toàn, giếng trời có thể phục vụ đồng thời hai chức năng: chiếu sáng tự nhiên và tối ưu luồng gió tự nhiên. Khi thiết kế, cần tính toán để tránh hiện tượng bức xạ mặt trời làm nóng không gian dưới giếng trời vào buổi trưa; các lam che nắng, tấm cách nhiệt và khe thông gió đỉnh mái là rất quan trọng.

Một dạng khác là mái thông gió đối lưu, sử dụng các ô thông mái, ridge vent, turbine thông gió… Đặc biệt, turbine có thể tận dụng gió tự nhiên để quay, hỗ trợ hút khí nóng mà không cần cấp điện, đúng tiêu chí lưu thông khí không dùng điện. Với hướng gió phù hợp, giải pháp thông gió tự nhiên bằng mái đối lưu có thể giảm 3–5°C nhiệt độ cảm nhận bên trong nhà xưởng, nhất là các tầng cao gần mái tôn. Để đạt hiệu quả, chủ đầu tư nên kết hợp cả cửa hút tường, giếng trời và mái thông gió trong cùng một tổng thể thiết kế thông gió tự nhiên, thay vì triển khai rời rạc từng hạng mục.

Kết hợp thông gió tự nhiên với hệ thống cơ khí để tối ưu hiệu quả

Khi nào cần bổ sung quạt, máy làm mát và hệ hút bụi

Dù hiệu quả, thông gió tự nhiên không phải lúc nào cũng đủ để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật về nhiệt độ, độ ẩm và nồng độ bụi – khí độc trong một số ngành sản xuất. Các nhà máy đúc kim loại, luyện thép, đúc nhôm, sản xuất hóa chất, dệt nhuộm, gỗ – MDF… thường có tải nhiệt và tải ô nhiễm cao, cần kết hợp thêm các hệ quạt hút cục bộ, chụp hút, cyclon, lọc bụi tay áo. Trong trường hợp này, giải pháp thông gió tự nhiên đóng vai trò nền tảng, tạo hướng chuyển động gió tổng thể, còn hệ cơ khí “mài sắc” vào các điểm nóng, khu vực phát sinh ô nhiễm.

Với các xưởng đông công nhân, nhu cầu giải pháp làm mát tiết kiệm năng lượng cũng rất lớn. Khi kết hợp thông gió tự nhiên cho nhà xưởng với máy làm mát bay hơi, có thể giảm công suất máy và số lượng thiết bị, do đã có sẵn một phần trao đổi khí nền. Điều này không chỉ giảm vốn đầu tư mà còn giảm điện năng vận hành. Bên cạnh đó, lắp đặt quạt trần công nghiệp cỡ lớn giúp đảo gió đều, đảm bảo không vùng nào bị đọng khí nóng, trong khi vẫn tận dụng tối đa giảm nhiệt bằng gió trời.

Mô hình thông gió xanh: kết hợp thiết kế kiến trúc và MEP

Để xây dựng một mô hình thông gió xanh thực sự hiệu quả, cần sự phối hợp ngay từ giai đoạn thiết kế giữa kiến trúc sư và kỹ sư MEP. Bố trí mặt bằng, hướng nhà, độ dốc mái, cao độ cửa sổ, khoảng mở cho giếng trời thông gió, kết cấu lam che nắng… đều quyết định khả năng đón gió – xả khí của công trình. Khi đã có một “bộ khung kiến trúc” tối ưu cho tối ưu luồng gió tự nhiên, hệ MEP sau đó sẽ dễ dàng hơn trong việc bố trí hệ thống thông gió công nghiệp, hút bụi, làm mát, PCCC mà không cần lắp thêm quá nhiều thiết bị công suất lớn.

Trong bối cảnh xu hướng công trình xanh, tiêu chuẩn LEED, LOTUS, EDGE… ngày càng phổ biến, việc áp dụng các tiêu chí hệ thống thông gió tự nhiên ngay từ đầu sẽ giúp nhà máy sẵn sàng cho các chứng nhận quốc tế, đồng thời nâng cao hình ảnh doanh nghiệp. Đây cũng là lợi thế trong các dự án FDI, khi chủ đầu tư nước ngoài quan tâm nhiều đến yếu tố môi trường và sức khỏe người lao động. Do đó, các nhà thầu MEP, đơn vị tư vấn nên chủ động đưa ra phương án thiết kế thông gió tự nhiên, không chỉ như một hạng mục phụ, mà là một phần cốt lõi của chiến lược năng lượng thấp cho toàn bộ công trình.

Lưu ý thiết kế thông gió tự nhiên cho nhà xưởng và vai trò của đơn vị chuyên nghiệp

Các tiêu chí kỹ thuật cần kiểm soát khi thiết kế

Khi triển khai thiết kế thông gió tự nhiên, kỹ sư cần quan tâm tới nhiều yếu tố: mật độ công nhân, công suất tỏa nhiệt của máy móc, nhiệt độ môi trường ngoài trời, mức độ ô nhiễm (bụi, khí, mùi), cũng như yêu cầu về nhiệt – ẩm của từng dây chuyền. Việc tính toán diện tích cửa hút – cửa xả, tỷ lệ diện tích thông gió so với diện tích sàn, chiều cao nhà xưởng, độ dốc mái… là bắt buộc nếu muốn thông gió đối lưu hoạt động hiệu quả. Ngoài ra, cũng cần tránh hiện tượng gió lùa mạnh vào một số vùng, hoặc luồng gió thổi trực tiếp vào khu vực hàn cắt, khu vực hóa chất làm phát tán ô nhiễm.

Đối với các nhà máy đặt tại khu vực đô thị, khu dân cư, việc lấy gió tự nhiên cho nhà máy còn phải cân nhắc hướng gió mang khói bụi, mùi từ khu vực lân cận. Khi đó, giải pháp có thể là kết hợp cửa gió cao với hệ lọc sơ bộ, chọn hướng hút gió ít ô nhiễm hơn, hoặc dùng cửa lật lấy gió điều chỉnh được để linh hoạt giữa các mùa. Cần lưu ý tương tác giữa hệ thông gió tự nhiên cho nhà xưởng với hệ thống điều áp cầu thang (nếu có), hệ PCCC hút khói, hệ hút bụi – hút hơi cục bộ để tránh triệt tiêu hoặc gây rối loạn áp suất.

Vì sao nên chọn Nghệ Năng cho giải pháp thông gió tự nhiên

Là đơn vị chuyên sâu trong lĩnh vực làm mát – hút bụi – thông gió công nghiệp, Nghệ Năng đã triển khai nhiều dự án nhà xưởng, nhà kho, nhà máy chế biến với trọng tâm là giải pháp thông gió tự nhiên kết hợp cơ khí tối ưu. Với kinh nghiệm thực tế trong cả tính toán giải pháp lẫn thi công, Nghệ Năng hiểu rõ đặc thù từng ngành, từng loại kết cấu mái – tường để đề xuất phương án phù hợp: từ thông gió bằng cửa gió, giếng trời thông gió, cửa mái, đến kết hợp quạt hút mái, máy làm mát, quạt trần công nghiệp. Thế mạnh của Nghệ Năng là khả năng tư vấn trọn gói, từ khảo sát – thiết kế – thi công – bảo trì, giúp chủ đầu tư có một hệ thống thống nhất và đồng bộ.

Với định hướng cung cấp giải pháp làm mát tiết kiệm năng lượng và an toàn, Nghệ Năng luôn ưu tiên khai thác tối đa hệ thống thông gió tự nhiên trước khi đề xuất bổ sung thiết bị cơ khí, nhằm tối ưu chi phí đầu tư và vận hành cho doanh nghiệp. Đội ngũ kỹ sư cơ điện kinh nghiệm, am hiểu tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế, sẽ đồng hành cùng các chủ doanh nghiệp, nhà thầu MEP, bộ phận quản lý kỹ thuật để xây dựng một mô hình thông gió xanh, bền vững và hiệu quả dài lâu.

Kết lại, nếu bạn đang tìm kiếm một hướng tiếp cận bền vững, tiết kiệm và thân thiện môi trường cho nhà máy, hãy ưu tiên nghiên cứu và áp dụng thông gió tự nhiên ngay từ giai đoạn thiết kế hoặc cải tạo. Liên hệ Nghệ Năng để được tư vấn chi tiết về phương án phù hợp với mặt bằng, ngành nghề và ngân sách đầu tư, từ đó xây dựng môi trường làm việc thông thoáng, an toàn và hiệu quả vận hành cho nhà xưởng của bạn.

Xem thêm một số giải pháp làm mát hiệu quả khác của Nghệ Năng:

Hệ thống thông gió công nghiệp Nghệ Năng

Máy làm mát công nghiệp công suất lớn

Hệ thống thông gió công nghiệp