Охота на душный воздух, часть 2. Сколько СО2 в школе?
В прошлый раз в блоге компании «Тион Умный микроклимат» вы читали об углекислом газе: почему он является важным индикатором качества воздуха и сколько его в Москве. Был в той статье и небольшой спойлер о нашем школьном мини-исследовании. Как и обещали, рассказываем о нем подробнее. Но сначала — немного общей информации о проблеме душного воздуха в школах.
Тема не первой свежести
В европейских школах давно известна проблема микроклимата в целом и превышенного содержания СО2 в частности. Там проводятся исследования на эту тему, с замерами СО2 и сбором статистики, публикуются отчеты и руководства по организации школьной вентиляции.
Вот, например, картинка как раз из такого руководства — «Эффективная вентиляция для школ» (CETIAT, France, 2001). На ней показаны графики изменения уровня СО2 в учебном кабинете во время уроков (судя по шкале времени, один урок длится 2 часа). Для построения графиков использовались статистические данные по нескольким измерениям. Рассматриваются две ситуации: кабинет без вентиляции вообще (с проветриванием через окно на перемене) и кабинет с правильно работающей приточной вентиляцией.
Напомним на всякий случай, что концентрация углекислого газа измеряется с миллионных долях (ppm). Оптимальным уровнем считаем до 800 ppm, допустимым — до 1400 ppm. Подробнее о влиянии СО2 в нашей прошлой статье.
По темному графику видно: СО2 в школе — тема не первой свежести не только в фигуральном, но и в буквальном смысле. К концу второго урока в кабинете без вентиляции уровень СО2 превысил допустимое значение больше чем в 3 раза.
Разумеется, это не единственное доказательство того, что в зарубежных школах беда с духотой. Многие современные учебные заведения находятся в старых зданиях, где вентиляция находится в плачевном состоянии. В апреле 2015 года эксперты Европейского бюро Всемирной организации здравоохранения били тревогу: европейские дети в школах страдают от духоты, неприятных запахов и сырости в школьных помещениях. Сейчас январь 2016, и вряд ли ситуация сильно изменилась.
С 2011 года в Европе и Центральной Азии реализуется исследовательская программа «Внутришкольная среда и заболеваемость органов дыхания у детей» («School Environment and Respiratory Health of Children», или просто SEARCH). В рамках программы даже создан специальный план урока, цель которого — показать учителям и детям важность свежего воздуха и вентиляции.
К сожалению, Россия не входит в число стран-участниц SEARCH. Это не значит, что в российских школах нет проблемы душного воздуха — она есть. Об этом регулярно пишут в СМИ (пример). Да и отечественные специалисты признают существование проблемы, равно как и то, что на нее почти не обращают внимание.
«В российских классах трудно дышать еще и из-за пластиковых окон, которые устанавливают при ремонте школ. Комната, закрытая пластиком, превращается в закупоренную камеру, и углекислый газ в таких условиях может превышать нормативы во много раз. Однако в нашей стране данных по этой тематике практически нет, и работы по этой проблеме не ведется».
© Заведующий лабораторией прогнозирования качества окружающей среды и здоровья населения, доктор медицинских наук Борис Александрович Ревич.
Мы, как специалисты в области вентиляции и микроклимата, решили исправить это. И начали с небольшого разового измерения СО2, чтобы получить хотя бы поверхностное представление об уровне СО2 в российской школе.
Как измеряли
Для измерения СО2 в Москве мы использовали компактный переносной датчик Testo 480. Для длительного измерения СО2 в школьном классе больше подходит стационарный датчик. Мы использовали Green Eye. Предварительно датчик проверили и откалибровали.
Важное условие измерения СО2 в школьном кабинете — датчик должен находиться в зоне дыхания. Известно, что в школьных и офисных помещениях ближе к потолку концентрация СО2 ниже, чем у пола. Это логично, ведь источники углекислого газа (учитель и школьники) находятся «в нижних слоях атмосферы».
Даже если в школе есть центральная приточно-вытяжная вентиляция, то она, как правило, смешанного типа. В смешанной вентиляции приточные и вытяжные отверстия находятся под потолком неподалеку друг от друга. В этом случае активный воздухообмен проходит между этими отверстиями под потолком. А пузырь углекислого газа вокруг учеников остается нетронутым. Это видно на картинке ниже:
Поэтому важно измерить уровень СО2 именно в нижней зоне помещения, на высоте около 1,5 метров от пола. Именно там мы и установили свой датчик.
Что получили
Период измерений: с пятого урока первой смены до пятого урока второй. У нас, в отличие от данных французского CETIT, уроки длятся не по 2 часа, а по 45 минут. В классе была стандартная школьная вентиляция — отверстия естественной вытяжки под потолком, организованного притока нет, воздух входит в класс через окна и щели в стенах с улицы и через дверь из коридора.
Пройдемся по графику от начала до конца.
Первая смена
Пятый урок: класс давно не проветривали, и в уже начале занятия уровень СО2 был выше 2000 ppm. Окна были закрыты, и концентрация углекислого газа выросла еще больше и подобралась к 2500 ppm. После урока ученики покинули кабинет. Учитель открыл окно — уровень СО2 резко понизился: на графике видим резкий скачок вниз. За десять минут перемены при открытом окне количество углекислого газа уменьшилось с 2000 до 1500 ppm.
Шестого урока не было, класс оставался пустым, поэтому углекислого газа становилось все меньше и меньше. К началу второй смены его количество достигло приемлемого уровня. Ближе к началу первого урока график пополз вверх — в классе снова появились ученики. Началась вторая смена.
Вторая смена
Во время первого урока второй смены уровень СО2 вырос почти на 300 ppm. После занятия ученики освободили помещение, но окно по каким-то причинам не открыли. Поэтому за перемену углекислого газа стало не намного меньше, и его количество по-прежнему было выше нормы.
На втором уроке наблюдается та же картина: уровень СО2 вырос еще на 300 ppm. Учитывая, что на прошлой перемене проветрить класс не удалось, к концу второго урока количество углекислого газа достигло критических 1800 ppm. После урока была длинная перемена. На этот раз удалось открыть окно, и уровень СО2 упал до приемлемых 1200 ppm.
Третий урок начался при относительно свежем воздухе. И в целом на протяжении всего занятия количество СО2 оставалось в пределах 1500 ppm, а после проветривания опять снизилось до 1200 ppm.
Четвертый урок выдался удачным: окна оставались открытыми на протяжении всего занятия. Благодаря постоянному проветриванию воздух в классе оставался свежим все 40 минут. Впервые за учебный день школьники провели занятие в максимально здоровых условиях. Уровень СО2 опустился ниже 1000 ppm и почти достиг естественного уровня — 500 ppm.
Что дальше
Как видим, открытые окна на переменах дают кратковременное снижение СО2, этого достаточно для поддержания предельно допустимых 1400 ppm. Однако для поддержания по-настоящему здорового микроклимата нужно держать окна открытыми в течение всего урока. Часто это невозможно из-за шума под окнами, холодных сквозняков, неприятных запахов, дыма и так далее. Поможет организованная приточная вентиляция. С ней окна можно держать закрытыми, свежий воздух будет поступать в помещение через специальные приточные отверстия.
Важно расположение приточных отверстий. Как мы уже говорили выше, смешанная вентиляция не всегда помогает нормализовать уровень СО2 в школьном кабинете. Для школы больше подходит другой тип вентиляции — вытесняющая. К слову, она широко применяется в американских и европейских школах.
В вытесняющей вентиляции вытяжные отверстия располагаются так же под потолком, а приточные отверстия у пола. В этом случае свежий приток вытесняет душный, «отработанный» воздух снизу вверх. И распределение СО2 выглядит так:
Во многих школах сложно или даже невозможно сделать центральную приточно-вытяжную вентиляцию, еще и вытесняющую. Это требует прокладки новых воздуховодов, установки вытеснительных воздухораспределителей и капитального ремонта. В этом смысле компактные приточные устройства установить намного проще.
Наша цель — показать, что нормальной, здоровой концентрации СО2 можно добиться в любом классе. Причем «малой кровью» для школы, без проектирования центральной приточно-вытяжной вентиляции и капитального ремонта. Для этого планируем провести повторные замеры СО2, но уже в классах с установленными бризерами.
Для достоверности наше следующее исследование будет включать выборку экспериментов. О результатах обязательно расскажем в нашем блоге. Следите за новостями!
Читайте также:
Охота на душный воздух, часть 1. Сколько СО2 в Москве?
