Dzieci uczą się w warunkach nie sprzyjających zdrowiu.

2. Polskie wymagania dotyczące wentylacji szkół
Polskie prawo budowlane często stosuje wymagania życzeniowe. W odniesieniu do wszystkich budynków obowiązuje na przykład $ 309 warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [9] mówiący, że "Budynek powinien być zaprojektowany i wykonany z takich materiałów i wyrobów oraz w taki sposób, aby nie stanowił zagrożenia dla higieny i zdrowia użytkowników lub sąsiadów... Niestety jak zwykle w przypadkach podobnych zapisów brak jest wystarczająco precyzyjnych wymagań szczegółowych określających w jaki sposób to osiągnąć.
Dla wszystkich pomieszczeń przeznaczonych na pobyt ludzi dopuszczalne stężenia i natężenia czynników szkodliwych dla zdrowia, wydzielanych przez materiały budowlane, urządzenia i elementy wyposażenia ustala Zarządzenie Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej z dnia 12 marca 1996 r. [15]. Wprowadza ono dwie kategorie pomieszczeń A i B zaliczając jednocześnie sale szkolne do pomieszczeń o wyższych wymaganiach (kategoria A). Zarządzenie określa dopuszczalne stężenia (średnie 24 godzinne) dla 35 substancji chemicznych. Niestety dla 11 z nich brak jest Polskich Norm określających sposób ich oznaczania co powoduje, że stosowne metody pomiarowe należy indywidualnie uzgadniać z Państwowym Zakładem Higieny. Ponadto dla 17 substancji i ich mieszanin, zarządzenie wprowadza ograniczenia (w wielu przypadkach jest to całkowity zakaz stosowania) ich zawartości w materiałach budowlanych. Należy przypomnieć, że w Polsce obowiązuje także ustawowy zakaz palenia wyrobów tytoniowych poza wyraŹnie wyodrębnionymi miejscami w szkołach i placówkach oświatowych.
Standardy dotyczące jakości powietrza mogą być także określane w sposób pośredni na przykład poprzez ustalanie wymaganej intensywności wentylacji. W Polsce w odniesieniu do budynków mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej, a zatem i szkół, minimalny strumień powietrza zewnętrznego określa Polska Norma PN-83/B-03430 [5]. Precyzuje ona. że pomieszczenia przeznaczone do stałego i czasowego pobytu ludzi powinny mieć zapewniony dopływ co najmniej 20 m3/h powietrza zewnętrznego dla każdej przebywającej osoby. Norma nie narzuca dla budynków szkolnych rodzaju wentylacji pozostawiając te decyzję architektom. Praktycznie jednak prawdę wszystkie istniejące klasy szkolne wentylowane są w sposób naturalny. Warto w tym miejscu zwrócić uwagę na fakt, iż o ile w odniesieniu do wszystkich budynków naturalny dopływ powietrza zewnętrznego może być realizowany do wielkości nie przekraczającej 2 wymian na godzinę, to w drodze wyjątku dla pomieszczeń w szkołach i przedszkolach dopuszcza się w uzasadnionych przypadkach doprowadzanie powietrza zewnętrznego pod wpływem podciśnienia w ilościach do 3 wymian na godzinę.

3. Badania jakości środowiska w szkołach
W trakcie 7 tygodni (luty/marzec 2000) badaniom poddano 28 pomieszczeń w 24 budynkach szkolnych gminy Warszawa Centrum [10], [11], [ 12]. Szkoły były wybierane losowo z list dostarczonych przez władze dzielnic. Starano się wybrać typowe pomieszczenia dla danego budynku szkolnego (wielkość wyposażenie, stan zniszczenia itp.). Z badania wyłączono pracownie chemiczne. Badaniu poddano 16 sal w szkołach podstawowych. 4 sale w gimnazjach oraz 8 sal w liceach. Ich powierzchnia wynosiła od 43 m2 do ok. 74 m2, a wysokość zawierała się w zakresie od 2,7 m do 4 m. Zagęszczenie w przypadku zajęcia wszystkich miejsc przez uczniów wynosiło od 0,4 do 0,82 osoby na m2. Najmniejsza liczba miejsc w klasie wynosiła 24 a największa 44.
Pojęcie jakości środowiska wewnętrznego jest bardzo szerokie. Kompleksowe badanie jakości środowiska może zatem zawierać bardzo wiele elementów jak: badania ankietowe użytkowników, badania medyczne ich stanu zdrowia, badania psychologiczne identyfikujące potencjalne niezależne Źródła ich niezadowolenia, określenie rodzaju i wartości stężeń zanieczyszczeń gazowych, pyłowych i mikrobiologicznych, badanie mikroklimatu wnętrz, pomiary skuteczności działania wentylacji, pomiary zagrożeń fizycznych (hałas, jakość środowiska wizualnego, jonizujące i niejonizujące promieniowanie elektromagnetyczne). Tak szeroko zakrojone badania nawet w przypadku jednego tylko pomieszczenia są bardzo kosztowne i technicznie trudne do przeprowadzenia. Trudno jest bowiem uniknąć wpływu samych czynności pomiarowych na wynik badania. W większości badań analizowanych jest jedynie kilka wybranych wielkości. W celu oceny jakości środowiska w polskich szkołach opracowano własną procedurę pomiarową (tabela 1) preferującą pomiary automatyczne ograniczające prace zespołu do okresów gdy klasa nie jest użytkowana.

Na rysunku 5 przedstawiono wyniki pomiarów stężenia formaldehydu. Dopuszczalna wartość dla pomieszczeń kategorii A (50 ug/m3, [15]) została przekroczona w 5 z 27 badanych klas.
Rysunek 6 przedstawia częstość występowania założonych przedziałów całkowitej ilości lotnych związków organicznych w badanych szkołach. Związkami jakie najczęściej były identyfikowane pośród 4-5 głównych zanieczyszczeń powietrza w każdej z klas były: toluen (w 21 klasach), ksyleny (w 17 klasach), dekan (w 15 klasach), undekan (w 11 klasach), pentan (w 8 klasach) oraz aceton, heksan, heptan i izopropylobenzen (w 6 klasach). Jednocześnie wielokrotnie wypełniając ankietę z danymi o badanej sali lekcyjnej w rubryce uwagi dodatkowe zespól badawczy notował uwagi dotyczące odczucia zaduchu czy silnego chemicznego zapachu.

średnią intensywność wymiany powietrza, określaną pośrednio na podstawie interpretacji zmian stężenia dwutlenku węgla po opuszczeniu klasy przez uczniów przedstawiono na rys 7. Zdecydowana większość sal lekcyjnych charakteryzowała się krotnością wymiany powietrza poniżej 1 h-1 (zakres od 0,325 h-1 do 3,18 h-1). Zakładając, że w poszczególnych salach odbywałyby się zajęcia przy wszystkich miejscach zajętych to w warunkach pomiaru strumień powietrza przypadający na 1 osobę wynosiłby od 1,2 do 9,6 m3/h*osobę), a jedynie w jednym przypadku zdecydowanie odbiegającym od reszty wynosiłby 21,5 m3/(h* osobę), rys. 8.
Jakkolwiek powyższe oszacowania intensywności wentylacji dokonane drogą pomiarów pośrednich oraz przeliczeń matematycznych nie mogą być traktowane jako bardzo dokładne to już nawet sam, znacznie odbiegający od wymagań, rząd uzyskanych wielkości (z całą pewnością wiarygodny) może wzbudzić zaniepokojenie.

Rys.7. Histogram krotności wymiany powietrza.

Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że w trakcie użytkowania klasy szkolne generalnie są przegrzewane. Systemy automatycznej regulacji centralnego ogrzewania nie są w stanie poradzić sobie z pojawiającymi się zyskami ciepła od uczniów, oświetlenia elektrycznego czy promieniowania słonecznego. Jest to przyczyną nadmiernego zużycia energii i możliwego dyskomfortu cieplnego, stwarzając jednocześnie warunki potęgujące ewentualne związane z jakością powietrza negatywne symptomy występujące u uczniów jak: ból głowy, kłopoty z koncentracją uwagi, podrażnienie gałki ocznej itp.
Można także stwierdzić, że systemy wentylacji naturalnej, zastosowane we wszystkich szkołach, nie były w stanie zapewnić wymaganej intensywności wentylacji. Oszacowania strumienia powietrza przypadającego na jedną osobę w przypadku pełnego wykorzystania klasy wykazały, że wymagania spełniłaby jedna jedyna szkoła, notabene zbudowana przed Ił wojną światową. Nieskutecznie działająca wentylacja powoduje, że przez większą cześć zajęć w klasach występują bardzo wysokie stężenia CO2. Towarzyszy temu oczywiście obniżenie udziału procentowego tlenu w powietrzu, w ekstremalnym przypadku o ok. 0,3 %.
W badanych systemach wentylacji jedyną praktyczną możliwością intensyfikacji wentylacji było otwieranie okien. Niestety hałas uliczny sprawia, że w wielu szkołach na terenach silnie zurbanizowanych jest to niemożliwe w trakcie zajęć. Ponadto, w okresach chłodniejszych uchylanie okien mogłoby powodować dyskomfort u osób siedzących w pobliżu okien. Pewnym rozwiązaniem pozostaje wietrzenie sal w czasie przerw. Analizy przebiegu zmienności stężenia CO2 wskazują, że w trakcie badań takie okresowe wietrzenia były stosowane, co w wielu przypadkach zapobiegło osiągnięciu takich udziałów procentowych dwutlenku węgla i tlenu, przy których występują już ujemne efekty zdrowotne.
Przykładowy przebieg zmienności stężenia CO2 w dwóch zbadanych klasach przedstawia rysunek 9. Można zaobserwować, że w "szkole 1" praktycznie przez cały czas użytkowania klasy stężania CO2 przekraczały 1000 ppm, standard akceptowalnej jakości powietrza stosowany w wielu krajach. Przebieg zmienności stężenia dwutlenku węgla nie wskazuje na częste intensywne wietrzenie sali. Spadki stężenia CO2 wydają się być konsekwencją otwierania drzwi na korytarz w trakcie wchodzenia i wychodzenia uczniów. W "szkole 2" zaobserwować można znacznie bardziej intensywne wietrzenie sali powodujące, że przez dość długi czas stężenie dwutlenku węgla nie przekracza 1000 ppm i jedynie w ekstremalnych przypadkach zbliża się do wartości 1500 ppm.

W świetle powyższych uwag dotyczących intensywności wentylacji należy ocenić, że problem zanieczyszczenia klas substancjami chemicznymi emitowanymi przez materiały budowlane czy elementy wyposażania wnętrz jest problemem wtórnym. Gdyby wymiana powietrza została zintensyfikowana do wymaganych warunków (2-10 krotnie), to stężenia formaldehydu oraz TVOC osiągnęłaby zapewne dopuszczalny poziom. Sugeruje to opinię, iż obecnie wytwarzane meble szkolne nie emitują już formaldehydu w nadmiernych ilościach, a emisja z mebli starszych z wiekiem obniżyła się do akceptowalnego poziomu. Dużo więcej ostrożności należy zachować przy interpretacji pomiarów ogólnego stężenia lotnych związków organicznych. Twórca wskaŹnika TVOC Molhave proponował jako poziom komfortu 200 ug/m3 stwierdzając ponadto, że do poziomu 3000 ug/m3 negatywne skutki dla użytkowników pomieszczeń mogą wystąpić przy obecności innych niekorzystnych czynników [2]. Jednakże ze względu na bardzo zróżnicowany poziom toksyczności poszczególnych związków chemicznych Seifert zaproponował dopuszczalne stężenia dla poszczególnych grup związków chemicznych: alkeny 100 ug/m3 węglowodory aromatyczne 50 ug/m3, terpeny 30 wg/m3, węglowodory halonowane 30 ug/m3 , estry 20 ug/m3, aldehydy i ketony (bez formaldehydu) 20 ug/m3, inne 50 ug/m3 przy czym suma wszystkich lotnych związków organicznych nic powinna przekraczać 300 ug/m3 [2]. W omawianym badaniu 11 z 28 klas miało stężenia TVOC poniżej 200 ug/m3 a 17 poniżej 300 ug/m3. Bez odrębnych pomiarów szczegółowych nie można nigdy wykluczyć, że w powietrzu nie występują bardzo małych stężenia związków bardzo silnie toksycznych.

4. Analiza możliwości poprawy działania wentylacji w klasach szkolnych
4.1. Analiza sposobów zintensyfikowania wentylacji klas szkolnych do wymaganego poziomu
W literaturze spotkać można opis wielu rozwiązań technicznych, które - w opinii osób je promujących - są w stanie zapewnić pożądaną jakość powietrza w szkołach. Według zwolenników najprostszych rozwiązań wystarczy intensywne przewietrzanie klas w okresie przerw. Należy zaznaczyć, że realizowane w wielu szkołach podstawowych programy nauczania początkowego jakkolwiek przewidują okresowe przerwy w nauce przeznaczane na ruch i zabawy oraz posiłki, to uczniowie w miarę możliwości nie opuszczają klasy i trudno jest wtedy realizować wietrzenie pomieszczeń bez ujemnego wpływu na dzieci. Wielu zwolenników ma także relatywnie tanie pod względem inwestycyjnym instalowanie nawiewników powietrza. Mogą być one montowane w górnej części okna (w ościeżnicy, ramie skrzydła, między ramą skrzydła a górną krawędzią szyby zespolonej) lub w otworze okiennym (między nadprożem a górną krawędzią ościeżnicy, w obudowie rolety zewnętrznej). Dostępne są także nawiewniki ścienne przeznaczone do montażu w ścianie zewnętrznej. Należy jednak zaznaczyć, że w przypadku szkół podstawowych są to zazwyczaj budynki dwukondygnacyjne. Wysokość kanałów wentylacji grawitacyjnej (szczególnie dla wyższej kondygnacji jest bardzo mała (1-2 m) co powoduje, że w okresach bezwietrznych, podstawowa wartość ciśnienia czynnego powodującego przepływ powietrza jest bardzo niewielka i umożliwienie napływu powietrza do pomieszczenia nie wydaje się warunkiem wystarczającym do poprawy sytuacji.
Innym sposobem usprawnienia działania wentylacji jest zainstalowane wentylatorów wywiewnych na zakończeniach kanałów wentylacyjnych z jednoczesnym zastosowaniem okiennych lub ściennych nawiewników powietrza. W tym przypadku uzyskanie podwyższonej stabilności działania wentylacji uzyskuje się dzięki doprowadzeniu dodatkowej energii do napędu wentylatorów. Możliwe jest także stosowanie hybrydowego systemu wentylacji łączącego działanie wentylacji naturalnej z wentylacją mechaniczną wywiewną. Wentylatory' uruchamiane są jedynie w przypadku gdy działanie wentylacji naturalnej jest niewystarczające. Analiza literatur)' opisującej działanie takich systemów w szkołach wskazuje, że wymagają one zastosowania specjalnych rozwiązań architektonicznych, co w odniesieniu do obiektów modernizowanych wydaje się trudne do zrealizowania. Rozwiązaniem oferującym największą kontrolę nad środowiskiem w klasach szkolnych jest zastosowanie wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła z powietrza usuwanego i skuteczną filtracją. Ewentualne zastosowanie wyporowego nawiewu powietrza stwarza dodatkową możliwość poprawy czystości powietrza w strefie oddychania uczniów. Ponieważ w trakcie dnia w klasie może przebywać różna liczba uczniów warto także rozważyć stosownie systemów ze zmiennym strumieniem powietrza np. wykorzystujących pomiary stężenia dwutlenku węgla do identyfikacji potrzeb.
W budynkach szkolnych można stosować zarówno scentralizowane jak i zdecentralizowane systemy wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej. W niniejszej analizie przeprowadzanej dla jednej klasy wzięto pod uwagę jedynie systemy indywidualne. W przypadku urządzeń scentralizowanych na wyniki analizy dominujący wpływ mógłby mieć układ architektoniczny budynku oraz lokalizacja centrali wentylacyjnej.

Efektywność poszczególnych systemów została oceniona przy użyciu 6 kryteriów:
• poziomu zanieczyszczeń gazowych (reprezentowanego przez średnie stężenie CO2 w trakcie zajęć),
• poziomu zanieczyszczeń pyłowych (ocena subiektywna w skali względnej 0-1 gdzie 1 oznacza poziom stężenia w powietrzu zewnętrznym a 0 brak zanieczyszczenia),
• poziomu hałasu (ocena subiektywna dB ),
• parametrów mikroklimatu (ocena subiektywna uwzględniająca możliwość zapewnienia odpowiedniej temperatury, wilgotności powietrza oraz ryzyko wystąpienia przeciągów),
• kosztów eksploatacyjnych (sumaryczne roczne koszty ciepła i energii wraz z kosztami konserwacji i napraw),
• kosztów inwestycyjnych (średni oszacowany koszt zakupu i adaptacji budowlanych dla danego wariantu).

4.2. Charakterystyka analizowanej klasy
W celu porównania różnych systemów wentylacji przeprowadzono symulację ich działania wraz określeniem podstawowych wskaŹników jakości powietrza dla hipotetycznej sali szkolnej w gimnazjum [ 14 |. Dane charakteryzujące typową klasę przyjęto na podstawie informacji pozyskanych w trakcie badania szkól w gminie Warszawa Centrum. Analizie poddano klasę szkolną zlokalizowaną na piętrze dwukondygnacyjnego budynku. Pomieszczenie na wymiary 8 x 5 x 3,2 m. W klasie znajdują 4 okna o łącznej długości szczelin wynoszącej 48 m. Klasa posiada 36 miejsc dla uczniów. Okres analizy obejmuje jeden dzień.
Stężenie dwutlenku węgla w powietrzu zewnętrznym wynosi 400 ppm. Przyjęto, że drzwi na korytarz są szczelne i nie ma wymiany powietrza z sąsiednimi pomieszczeniami.
W analizowanym dniu odbywa się 6 45-minutowych lekcji. Przemy trwają po 10 min w wyjątkiem przerwy śniadaniowej trwającej 20 minut po 3 godzinie zajęć. W trakcie kolejnych lekcji w sali przebywa odpowiednio 25, 23, 29, 26, 30 oraz 25 uczniów. Przyjęto, że każda osoba (uczniowie i nauczycielka) jest Źródłem emisji 13 l/h dwutlenku węgla.

Oszacowania przeprowadzono dla 7 wariantów:
• Wariant A:
  Klasa szkolna wyposażona w 4 kanały grawitacyjne o przekroju 14 x 14 cm, wysokość 1,5 m. Okna o współczynniku infiltracji 1,0 m3/(h*m*dPa2/3) [5], [9]. W trakcie zajęć okna zamknięte. W okresie przerw klasa jest wietrzona poprzez otwieranie okna o wymiarach 0,7 na 1,3 m.
• Wariant B:
  Klasa szkolna wyposażona w 4 kanały grawitacyjne o przekroju 14 x 14 cm, wysokość 1,5 m. Okna bardzo szczelne o współczynniku infiltracji 0,1 m3/(h*m*dPa2/3) wyposażone dodatkowo w nawiewniki powietrza (8 sztuk) charakteryzujące się przepływem 50 m3/h przy różnicy ciśnienia po obu stronach okna wynoszącej 10 Pa [5],[9]. Przyjęto,że w godzinach 14:00-07:30 nawiewniki są zamykane a przepływ nominalny jest ograniczany do 20 % wartości przy całkowitym otwarciu [ 5 ], [9]. Okna pozostają, przez całą dobę pozostają zamknięte.
• Wariant C:
  Analogicznie jak wariant B z tym. że w okresie przerw klasa jest wietrzona poprzez otwieranie okna o wymiarach 0,7 na 1,3 m
Wariant D:
Wentylacja mechaniczna wywiewna ze stałym strumieniem powietrza, dodatkowy wentylator umieszczony na dachu budynku. Przyjęto, że w godzinach 7:30-14:00 centrala dostarcza do pomieszczenia 740 m3/h powietrza (20 m3(h*os) [5]), a w pozostałym okresie strumień odpowiadający 0,5 h-1 [9]. Ponadto założono, że klasa wyposażona jest w okna bardzo szczelne o współczynniku infiltracji 0,1 m3/(h*m*dPa2/3) z dodatkowymi nawiewnikami powietrza (8 sztuk) charakteryzującymi się przepływem 50 m3/h przy różnicy ciśnienia po obu stronach okna wynoszącej 10 Pa [5].
• Wariant E:
  Jak wariant D z tym, że do sterowania intensywnością wentylacji wykorzystano czujnik stężenia dwutlenku węgla oraz regulator proporcjonalny. Założono zakres proporcjonalności: 400 ppm CO2- ok. 8,6 % wydajności centrali (0,5 h-1 [9].), 1000 ppm CO2 - 100% wydajności centrali.
• Wariant F:
  Wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna ze stałym strumieniem powietrza. Założono, że centrala wentylacyjna wyposażona jest w układ odzysku ciepła z powietrza usuwanego o sprawności temperaturowej wynoszącej 60%. Przyjęto, że w godzinach 7:30-14:00 centrala dostarcza do pomieszczenia 740 m3/h powietrza (20 m3/(h*os) [5]), a w pozostałym okresie strumień odpowiadający 0,5 h -1 [9]. Centrala wyposażona w filtry powietrza klasy EU3.
• Wariant G:
  Wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna o podwyższonym standardzie ze stałym strumieniem powietrza i wyporowym systemie rozdziału powietrza. Założono, że centrala wentylacyjna wyposażona jest w układ odzysku ciepła z powietrza usuwanego o sprawności temperaturowej wynoszącej 83% (wymiennik obrotowy). Przyjęto, że w godzinach 7:30-14:00 centrala dostarcza do pomieszczenia 740 m3/h powietrza (20 m3/(h*os) [5]), a w pozostałym okresie strumień odpowiadający 0,5 h -1 [9]. Centrala wyposażona w filtry powietrza klasy EU7.

4.3. Oszacowanie intensywności wentylacji oraz stężenia dwutlenku węgla
Symulacje działania wentylacji naturalnej przeprowadzono przy użyciu programu CONTAMW ver 1.0 f. Opracowanego przez National Institute of Standards and Technology (USA). Obliczenia przeprowadzono dla 1 dnia charakterystycznego dla każdego z miesięcy. W trakcie analiz przyjęto, że w ciągu dnia panuje stała temperatura powietrza odpowiadająca wartości temperatury obliczeniowej powietrza zewnętrznego dla danego miesiąca wg normy wg PN-B-02025:1999 [8]. Zestawienie wyników symulacji działania wentylacji naturalnej, przedstawiają tabela 2 (wariant A) oraz tabela 3 (warianty B i C). Wyniki symulacji stężenia dwutlenku węgla dla przypadków gdy zastosowano wentylację naturalną przedstawiono w postaci rysunkowej: dla wariantu A - rys. 10, dla wariantu B - rys. 11 oraz rys. 12 dla wariantu C.

4.4. Oszacowanie poziomu stężeń zanieczyszczeń pyłowych
Analizę przeprowadzono przy założeniu, że nie ma istotnych Źródeł pylenia w klasach. Poziom zanieczyszczeń zdeterminowany jest poziomem zanieczyszczeń w powietrzu zewnętrznym. W miastach zanieczyszczenia pyłowe pochodzą przede wszystkim ze Źródeł komunikacyjnych, przemysłowych oraz naturalnych: (np. pyłki roślinne, zarodniki grzybów pleśniowych). Warto zaznaczyć, że raporty medyczne wykazują nieustanny wzrost liczby alergików. Szacuje się, że obecnie co piąta osoba ma katar sienny, co piąte dziecko w wieku szkolnym ma astmę, co szóste - choruje na alergiczne zmiany skórne, co dwudziesta osoba ma napady pokrzywki. W niniejszej analizie przyjęto, że poziom zanieczyszczenia powietrza zewnętrznego pyłami oznaczony zostanie jako 1.
Warianty modernizacyjne od A do E charakteryzują się doprowadzaniem powietrza bezpośrednio z zewnątrz bez jakiegokolwiek oczyszczania. Jakkolwiek w wariancie A, w którym powietrze napływa przez szczeliny okienne, występuje pewna filtracja zanieczyszczeń pyłowych to intensywne wietrzenie klas w okresach przerw powoduje, że poziom zanieczyszczenia klasy i powietrza zewnętrznego zostaje wyrównany. Przyjęto zatem, że stopień zanieczyszczenia klas w wariantach A-E odpowiada poziomowi zanieczyszczeń na zewnątrz (czyli wynosi 1).
W wariancie F powietrze doprowadzane do pomieszczenia podlega filtracji w filtrze klasy EU3. Skuteczność odpylania dla filtra tego typu, przy zastosowaniu syntetycznego pyłu wzorcowego wynosi 80-90 % (przyjęto 85 %). Filtr tej klasy jest w stanie jedynie zatrzymać większość zanieczyszczeń przemysłowych i komunikacyjnych lecz jedynie większe pyłki kwiatowe. Umowny poziom zanieczyszczeń pyłowych przyjęto jako 0,15.
Centrala wentylacyjna opisana w wariancie G wyposażona jest w filtr klasy EU7, który testowany przy pomocy pyły atmosferycznego (5-20 um) jest w stanie zatrzymać 80-90 % zanieczyszczeń. Gdyby filtr ten, będący w stanie zatrzymać prawie wszystkie rodzaje pyłów przemysłowych i komunikacyjnych oraz zdecydowaną większość pyłków kwitowych i zarodników grzybów pleśniowych, był badany analogicznie jak filtr klasy EU 3 to charakteryzowałby się skutecznością odpylania wynoszącą ponad 95 %. Przyjęto zatem umowny poziom zanieczyszczeń pyłowych jako 0,05.

4.5. Oszacowanie poziomu hałasu
Oszacowanie poziomu hałasu dotyczy jedynie okresu lekcji, okresy przerw zostały pominięte. Przyjęto, że gimnazjum położone jest w centralnej części miasta z zabudową mieszkaniową, na którym to terenie równoważny poziom dŹwięku wynoszący 63 dB (A) przekracza wartość dopuszczalną wynoszącą 60 dB (A).
Dla wariantu A w trakcie zajęć okna są zamknięte. Przyjęło, że wypadkowa izolacyjność akustyczna właściwa ściany zewnętrznej z oknami wynosząca 33 dB (A) [7] zapewnia, że w klasie poziom dŹwięku A hałasu przenikającego do pomieszczenia od wyposażenia technicznego budynku oraz innych urządzeń w budynku i poza budynkiem wynosi 30 dB (A).
Oceniono że nawiewniki powietrza (8 szt ) zastosowane w wariatach B-E powodują pogorszenie wypadkowej izolacyjności ściany z oknami o ok. 10 dB (A). Jakkolwiek w przypadku wentylacji mechanicznej wywiewnej nawiewniki mają nieco mniejszą powierzchnię to występuje dodatkowy szum od wentylatora. Ostatecznie dla wariantów B-E hałas określono na 40 dB (A).
W przypadku stosowania mechaniczno nawiewu powietrza możliwe jest stosowanie tłumików szumu ograniczających hałas przedostający się do pomieszczenia z zewnątrz. Jednakże przy zbyt głośnych wentylatorach lub przy zbyt wysokich prędkościach przepływu powietrza w kanałach i nawiewnikach istnieje ryzyko generowania dodatkowego szumu. W wariancie F założono, że hałas przenikający do pomieszczenia od wyposażenia technicznego budynku oraz innych urządzeń w budynku i poza budynkiem wynosi 35 dB (A). Dla centrali wentylacyjnej zaprojektowanej specjalnie na potrzeby budynków szkolnych opisanej w wariancie G przyjęto hałas przenikający do pomieszczenia określono na 30 dB (A).

4.6. Ocena mikroklimatu
Na potrzeby analizy dokonano zagregowanej oceny uwzględniającej możliwość zapewnienia odpowiedniej temperatury, wilgotności powietrza oraz ryzyko wystąpienia przeciągów. Ze względu na w przyjętą procedurę poszukiwania rozwiązań optymalnych zrezygnowano ze stosowania wskaŹnika PMV (Predicted Mean Vole) mającego w tym konkretnym przypadku pewne niedogodności: występują wartości ujemne jak i dodatnie, a lokalne optimum odpowiada wartości wskaŹnika 0. Zastosowano zatem skalę liniową 0-10, gdzie 10 oznacza idealny mikroklimat, a 0 mikroklimat nie do zaakceptowania.
W wariancie A przyznano ocenę 3. Jest to związane z niewystarczającą wentylacją wpływającą na przegrzewanie pomieszczeń oraz okresowymi silnymi przeciągami w okresie przerw. Wilgotność powietrza nie jest regulowana i w okresie niskiej temperatury' zewnętrznej jest zbyt niska.
Wariantom B i C związanym z zastosowaniem nawiewników powietrza przypisano ocenę 5. Mniejsze jest niebezpieczeństwo przegrzewania pomieszczeń. Pojawia się jednak możliwość lekkich przeciągów w rzędach przy oknie. Intensyfikacji wymiany powietrza towarzyszy obniżenie wilgotności względnej powietrza. Wprowadzenie wymuszonego przepływu powierza w wariantach D i E spowodowało spadek oceny do wartości 4. Jest to związane z większym ryzykiem przeciągu (duży strumień powietrza nie ogrzanego powietrza doprowadzany do pomieszczania) oraz obniżeniem wilgotności względnej powietrza.
Zastosowanie mechanicznego nawiewu powietrza pozwala na podgrzewanie powietrza dostarczanego do pomieszczania oraz jego bardziej równomierny rozdział w pomieszczeniu. Wariantowi F przyznano ocenę 6. Zastosowanie wymiennika obrotowego umożliwiającego także odzyskiwanie wilgoci z powietrza usuwanego oraz wyporowego systemu rozdziału powietrza powoduje podwyższenie oceny do wartości 8. W tym systemie nie ma jednak nadal możliwości ochładzania powietrza w okresie letnim. Ponadto u dzieci siedzących zbyt blisko urządzenia chłodny strumień ścielący się po podłodze może wywołać wrażenie przeciągu lub lokalny dyskomfort wywołany zbyt dużą różnicą temperatury powietrza na wysokości 1,1 m i 0,1 m od podłogi (poziom karku i kostek siedzącej osoby).

4.7. Oszacowanie zużycia ciepła i energii elektrycznej
W celu oszacowania konsekwencji energetycznych zaproponowanych rozwiązań przeprowadzono dodatkowe oszacowanie oparte na kilku założeniach upraszczających:

• powietrze niezależnie od zysków ciepła w pomieszczeniu podgrzewane jest do temperatury 20 °C,
• temperatura powietrza nie jest obniżana w okresie nocnym,
• w systemach wentylacji mechanicznej opory przepływu powietrza w sieci nawiewnej i wywiewnej, przy maksymalnej wydajności centrali wynoszą po 200 Pa,
• sterowanie wydajnością wentylatorów odbywa się przy pomocy zmiany napięcia prądu.
• zużycie energii do napędu wentylatorów przyjęto na podstawie analizy katalogów urządzeń zbliżonych do opisywanego.
• w systemach wentylacji mechanicznej w okresie nocnym nie działają nagrzewnice elektryczne a nawiewane powietrze dogrzewane jest w już w pomieszczeniu przez system ogrzewania.

4.8. Oszacowanie kosztów eksploatacyjnych
Podstawowym składnikiem kosztów eksploatacyjnych są wydatki na zakup ciepła i energii elektrycznej zużywanej przez poszczególne systemy. Określając te koszty przyjęto, że 1 kWh energii eklektycznej kosztuje 0,3 PLN, a 1 kWh ciepła 0,18 PLN (50 PLN/GJ).
Koszty eksploatacyjne związane z konserwacją i niezbędnymi naprawami oszacowano na 4 % kosztów inwestycyjnych. Przyjęto także, że jeżeli system wymaga codziennego włączania i wyłączania lub otwierania i zamykania nawiewników powietrza to generuje to dodatkowe koszty obsługi 100 PLN rocznie (dozorca lub konserwator).

4.9. Oszacowanie kosztów inwestycyjnych
Koszty inwestycyjne objęte analizą obejmują zarówno zakup urządzeń jak i proste prace adaptacyjne. Koszty urządzeń oszacowano na podstawie średnich cen katalogowych urządzeń najbardziej zbliżonych do opisywanych w poszczególnych wariantach. Oczywiście w przypadku powszechnego modernizowania systemów wentylacji w szkołach należałoby się liczyć z obniżaniem przez producentów cen jednostkowych oferowanych urządzeń zamawianych w większych partiach. Przyjęto, że pewne koszty inwestycyjne wystąpią także w referencyjnym wariancie A, niezbędne jest wycięcie fragmentów uszczelek w celu osiągnięcia współczynnika infiltracji 1,0 m3/(h*m*dPa).

6. Wnioski
Przeprowadzone badania i symulacje jednoznacznie wykazują, że tradycyjnie stosowane w klasach szkolnych systemy wentylacji naturalnej nie są w stanie zapewnić właściwych warunków do zdobywania wiedzy. Stężenia dwutlenku węgla sięgają kilku tysięcy ppm przekraczając nawet wartości dopuszczalne dla środowiska pracy. Zdziwienie niektórych inżynierów działających w branży wentylacyjnej może wzbudzić fakt, że nawet w przypadku zastosowania nawiewników powietrza nie można spełnić wymagań. Fakt ten można wytłumaczyć w następujący sposób. Szkoły są przeważnie budynkami niskimi co sprawia, że o ile nie występują silne wiatry, to przez zdecydowaną część roku ciśnienie czynne wywołujące przepływ powietrza jest niewielkie, a dla ostatnich kondygnacji nie przekracza 2-3 Pa. Takie warunki praktycznie uniemożliwiają zaprojektowanie efektywnie działającego systemu wentylacji grawitacyjnej. Ponadto należy pamiętać, że systemy wentylacji grawitacyjnej wraz z rozszczelnieniem obudowy powoduje wzrost hałasu przenikającego do pomieszczenia oraz umożliwiają napływ do pomieszczeń zanieczyszczeń pyłowych (także alergenów).
Na tym tle zupełnie odmienne prezentują się systemy wentylacji mechanicznej zarówno ze stałym jak i za zmiennym strumieniem powietrza. Poprzez zapewnienie od kilku do kilkudziesięciokrotnie większej wymiany powietrza stężenie dwutlenku węgla nigdy nie przekracza 1000 ppm. W odniesieniu do klas szkolnych nie potwierdziła się atrakcyjność systemów wentylacji mechanicznej wywiewnej sterowanej poziomem dwutlenku węgla. Przyczyną tego zjawiska jest fakt, iż klasy nie charakteryzują się wystarczająco dużą zmiennością liczby osób przebywających w klasie, aby skompensować dość drogi koszt zakupu nawet najprostszych regulatorów typu DCV. Analiza przeprowadzona w odniesieniu do dużego audytorium wykazałaby zapewne większą atrakcyjność takiego rozwiązania.
Opracowane funkcje metryczne preferujące jakość powietrza, mikroklimat i hałas oraz wszystkie parametry jednoznacznie wskazują, że podczas modernizacji klas szkolnych należy promować ciche i energooszczędne rozwiązania charakteryzujące się możliwe dużą kontrolą nad mikroklimatem i jakością powietrza, pomimo najwyższych kosztów inwestycyjnych. Jedynie funkcje preferujące niskie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne utworzone w celu odzwierciedlenia podglądów zarządców budynków szkolnych wskazują na najtańsze rozwiązania wentylacji grawitacyjnej nie spełniające jednak wymagań technicznych odnoszących się do intensywności wentylacji.
Przekonanie decydentów o słuszności wniosków wynikających z przeprowadzonych analiz będzie zapewne długotrwałe i dość trudne. Przewiduje się, że następnym krokiem będzie realizacja programów demonstracyjnych (modernizacja szkół wraz z systemami wentylacji) i pomiarowa weryfikacja uzyskanych analiz.

Bibliografia:
1. Gawin Dariusz, Heim Dariusz, Więckowska Aldona. Analiza efektów energe tycznych i ekonomicznych termomodernizacji obiektów szkolnych, 7 Konferencja Naukowo-Techniczna "Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce", łódŹ '99, (1999).
2. Levin H., TVOC: Is it dead? Indoor Air Bulletin, vol. 3, no 8. p 10-14
3. Lis Piotr, śliwowski Lech. Ukształtowanie brył budynków szkół a zużycie ciepła do ich ogrzewania INSTAL 1/2001 str. 20-23 (2001)
4. Myhrvold A.N., Olsen E., Lauridsen O., Indoor Environment in Schools - Pupils health and performance in regard to CO2 concentrations, Proceedings of 6th International Conference on Indoor Air Quality and Climate, Indoor Air'96, July 21-26 Nagoya Japan vol. 4 pp 369-374, (1996).
5. PN-B-03430:1983 "Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej - Wymagania", ze zmianą Al (2000)
6. PN-87/B-02151/02 Akustyka budowlana Ochrona przed hałasem pomieszczeń w budynkach. Dopuszczalne wartości poziomu dŹwięku pomieszczeniach
7. PN-87/B-02151/03 Akustyka budowlana Ochrona przed hałasem pomieszczeń w budynkach Izolacyjność akustyczna przegród w budynkach oraz izolacyjność akustyczna elementów budowlanych Wymagania.
8. PN-B-02025:1999 Obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej.
9. Rozporządzenie Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z dnia 14 grudnia 1994 r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, (tekst jednolity) Dz. U. Nr 15,1999 poz. 140.
10. Sowa Jerzy, Air quality and ventilation rates in schools in Poland - reąuirements vs. reality, 21st Annual AIVC Conference, The Hague, Netherlands, 26-29 September, 2000 (2000)
11. Sowa Jerzy, Air quality and ventilation rates in schools in Poland - requirements vs. reality, Air Infiltration Review, Vol 22, no 2, March 2001, pp. 9-12. (2001)
12. Sowa Jerzy, Jakość środowiska w budynkach szkolnych - wymagania a rzeczywistość, International Conference Problems of Environment Engineering at the Threshold of the New Millennium. Wroclaw-Szklarska Poręba. 5-7 paŹdziernika 2000 str. 635-640 (2000).
13. Sowa Jerzy, Ocena intensywności wymiany powietrza w pomieszczeniach na podstawie interpretacji zmian stężenia dwutlenku węgla. Zeszyty Naukowe Politechniki Warszawskiej, Inżynieria środowiska, z. 31 str. 23-46, (1999).
14. Sowa Jerzy, Wentylacja klas szkolnych - efektywność stosownych rozwiązań oraz możliwość ich usprawnienia. 8 Konferencja Naukowo-Techniczna "Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce". łódŹ 2001, str. 545-554, (2001).
15. Zarządzenie Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej z dnia 12 marca 1996 r. w sprawie dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia, wydzielanych przez materiały budowlane, urządzenia i elementy wyposażenia w pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt ludzi, M. P. nr 19 z 1996 poz. 231.

Komentarze (0) >>

Write comment

Imię

Tytuł komentarza

Komentarz

Wyślij komentarz