Poprawa skuteczności wentylacji grawitacyjnej w typowym przedszkolu

Wentylacja grawitacyjna, wszechobecna i najpopularniejsza, jest także podstawową i najczęściej jedyną stosowaną wentylacją w przedszkolach. W typowym polskim przedszkolu przeprowadzono badania skuteczności wentylacji, w trakcie których analizowano poprawę skuteczności wentylacji grawitacyjnej poprzez wspomaganie wentylacji przez rozszczelnienie okien. Przedstawiono wyniki badań jakości powietrza zewnętrznego i wewnętrznego oraz skuteczności wentylacji grawitacyjnej w pomieszczeniach przedszkolnych. Przedstawiono także wzrost skuteczności wentylacji w zależności od tego, czy okna są rozszczelnione, czy zamknięte. Rozszczelnienie okien zwiększyło krotność wymiany nawet o 30%.

Dzieci spędzają w przedszkolu od pięciu nawet do dziesięciu godzin dziennie. Stąd ważna jest jakość powietrza wewnętrznego, a tym samym poprawne działanie wentylacji.

Wentylacja grawitacyjna

Prawidłowe działanie wentylacji grawitacyjnej opiera się na doprowadzaniu do pomieszczenia powietrza zewnętrznego. W pomieszczeniach przedszkolnych odbywa się ono najczęściej poprzez otwarte lub rozszczelnione okna.

Otwarte lub rozszczelnione okna są nie tylko wspomaganiem wentylacji grawitacyjnej - kanałowej, ale także jej uzupełnieniem. Jest to wentylacja naturalna - wietrzenie, poza dostarczaniem powietrza do pomieszczeń, często jej zadaniem jest również wymiana powietrza.

Jakość powietrza wewnętrznego - badania

W budynkach dydaktycznych często mierzony jest poziom CO2, jako wyznacznik jakości powietrza wewnętrznego [4], [10], [18].

Badania jakości powietrza zewnętrznego i wewnętrznego przedstawili także autorzy [9], [11], [16]. Jednak zainteresowania tych badaczy skupiły się na mikroorganizmach. Nie zwrócili oni uwagi na parametry powietrza takie jak wilgotność, temperatura czy stężenie CO2. Parametry te mają istotny wpływ chociażby na tempo rozwoju mikroorganizmów. 

Jakie warunki jakości powietrza powinny spełniać przedszkola?

Warunki jakie powinny panować w pomieszczeniach przedszkolnych precyzuje Rozporządzenie Ministra Edukacji Narodowej w sprawie rodzajów innych form wychowania przedszkolnego, warunków tworzenia i organizowania tych form oraz sposobu ich działania [14].

Ogólniejsze wytyczne dotyczące jakości powietrza w pomieszczeniach przedszkolnych zawiera norma PN-EN 13779:2007 [17], opracowana na podstawie dyrektywy UE, obowiązuje więc w całej Europie. Klasyfikację jakości powietrza wewnętrznego wykonaną na jej podstawie prezentuje tabela 1.

Wymogi minimum higienicznego

Dopuszczalne stężenie dwutlenku węgla w pomieszczeniach zamkniętych wynosi 1000 ppm. Jest to wymóg minimum higienicznego zalecanego przez europejski oddział Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) [1] oraz ASHRAE [2]. Minimum higieniczne w pomieszczeniach to minimalna ilość powietrza wentylacyjnego przypadająca na jedną osobę w ciągu godziny, zapewniająca odpowiednie warunki do przebywania w pomieszczeniu, w różnych krajach i w różnych normach przestrzegane są inaczej. Wymóg minimum higienicznego w Niemczech wg [3] to 50 m3/h·osobę, wg WHO [1] oraz CR EU 1752 dla budynków Klasy A strumień powietrza doprowadzanego to 36 m3/h·osobę, wg ASHRAE [2] to 35 m3/h·osobę, wg nadal obowiązującej Polskiej normy z 1983 roku [12] minimalny strumień powinien wynosić 20 m3/h·osobę, ale już Polska norma [17] z 2007 roku zaleca 22-54 m3/h·osobę, szwedzkie normy nadal zalecają tylko 9 m3/h·osobę, a angielskie 25 m3/h·osobę [13].

Opis badanego przedszkola

Jest to budynek wolnostojący, zbudowany w latach 70. XX wieku. Termomodernizacja została zakończona w 2007 roku. Nie zmodernizowano instalacji centralnego ogrzewania. W przedszkolu skupiono się tylko na izolacji ścian i wymianie stolarki na szczelniejszą. Nie wykonano modernizacji układu wentylacyjnego. Przedszkole jest dość duże, mieści 180 dzieci.

Przebadane pomieszczenia:

  • korytarz dół,
  • Grupa I i WC – maluchy,
  • Grupa II i WC – maluchy,
  • Grupa III i WC – średniaki nieśpiące,
  • Grupa IV – starszaki,
  • Grupa V i WC – średniaki śpiące,
  • Grupa VI i WC – starszaki,
  • Grupa VII – zerówka,
  • korytarz góra.
    

W każdym pomieszczeniu znajduje się wentylacja grawitacyjna kanałowa. Liczba kratek w każdym pomieszczeniu jest inna. Maksymalna liczba kratek w pomieszczeniu wynosi 8 sztuk. W niektórych pomieszczeniach jest sześć kratek, lecz wszystkie zasłonięte.

Opis badań i wyniki

Badania stanu powietrza w salach szkolnych wykonywane były w Polsce [6], [7], [15] i na świecie [8], [18]. Natomiast badania parametrów powietrza wewnętrznego w przedszkolach dopiero są rozpoczynane. Rozpoczynane są również badania skuteczności wentylacji naturalnej będącej podstawową wentylacją w obiektach przedszkolnych w Polsce i na świecie. Badane są również możliwości poprawy jej działania. Pomiary skuteczności wentylacji grawitacyjnej wykonano w badanym przedszkolu po serii badań jakości powietrza wewnętrznego w kilku Białostockich przedszkolach [7].



Wykonano pomiary parametrów powietrza wewnętrznego w godzinach 8.00 – 12.00 (tab. 3) oraz powietrza zewnętrznego przed rozpoczęciem badań i po jego zakończeniu (tab. 2).

Badania wykonano w czerwcu oraz w grudniu. Aby zaobserwować zmiany strumienia wentylacyjnego w zależności od doprowadzonego do pomieszczenia strumienia powietrza wykonano pomiary w dwóch wariantach. Okna rozszczelnione oraz okna zamknięte. Porównanie krotności wymian przedstawiają rys. 1 (czerwiec) i rys. 2 (grudzień).

Pomiary jakości powietrza zostały wykonane we wszystkich salach na wysokości głowy dziecka (około 1,00 – 1,10 m od powierzchni podłogi). Pomiary prowadzono miernikiem testo 435-4 oraz miernikiem do pomiaru jakości powietrza z dokładnościami poszczególnych parametrów:

  • temperatura w zakresie 0 do +50°C ±0.3°C;
  • wilgotność względna w zakresie +2 do +98 %RH ±2 %RH;
  • stężenie dwutlenku węgla w zakresie +0 do +10000 ppm CO2 ±100 ppm CO2 ±3%;
  • ciśnienie atmosferyczne w zakresie +600 do +1150 hPa ±5 hPa
    

Pomiary strumienia powietrza na kratkach kończących kanały wentylacji grawitacyjnej prowadzono anemometrem skrzydełkowym o dokładności:

  • +0,25 do +20,0 m/s ± (0,1 m/s +1,5% mierzonej wartości).

 

Omówienie wyników pomiarów

  • Analizując tabelę 2 – parametry powietrza zewnętrznego, należy zauważyć, że ze spadkiem temperatury wzrasta stężenie dwutlenku węgla w powietrzu atmosferycznym. Przypuszczalnie na zaobserwowane zjawisko ma wpływ ogrzewanie budynków, a co za tym idzie emisja dwutlenku węgla do atmosfery. Nie ma znaczenia, czy ogrzewanie jest indywidualne, czy z elektrociepłowni.
  • W badanym przedszkolu temperatura powietrza w pomieszczeniach znajduje się w granicach normy [12] (tab. 3). Wilgotność powietrza w pomieszczeniach w czerwcu jest zgodna z obowiązującą normą, a w grudniu jest poniżej zalecanych wartości. Powietrze w pomieszczeniach jest suche (tab. 3).
  • Stężenie dwutlenku węgla nie przekracza dopuszczalnych norm (tab. 3). Jakość powietrza ma kategorię IDA1 – IDA2 (tab. 1), do przyjścia personelu i dzieci jakość ta, nie ulegnie pogorszeniu. Ponieważ okna w salach są cały czas rozszczelnione, a podczas badań w pomieszczeniach nie było źródeł zanieczyszczenia dwutlenkiem węgla, jego stężenie było na poziomie stężenia w powietrzu zewnętrznym.
  • Podczas badań wentylacji grawitacyjnej kanałowej temperatura powietrza zewnętrznego wahała się w granicach 11,5 – 12,5°C w czerwcu i 2,9 – 3,6°C w grudniu (tab. 2), a temperatura powietrza wewnętrznego w granicach 19,69 – 21,79°C w czerwcu 18,1 – 21,2°C w grudniu (tab. 3).
  • Wzrost krotności wymian przy rozszczelnionych oknach wahał się w zakresie 11,4 % – 30,1% (rys. 4 i 5). Mniejszy wzrost zaobserwowano w czerwcu (rys. 4) – do 20 %. Ogólnie (analizując pomiary z czerwca i grudnia) najmniejszy wzrost krotności wymian był przy małej ilości kratek maksymalnie do 12,35 %. Niemniej, przy rozszczelnionych oknach zawsze wzrasta strumień powietrza w kanałach wentylacji grawitacyjnej, a tym samym wzrasta jakość powietrza wewnętrznego.
  • Rozszczelnienie okien nie miało znaczącego wpływu na straty ciepła w obiekcie.

Wnioski

  1. Doprowadzenie zewnętrznego powietrza poprzez infiltrację przez niewielkie szczeliny poprawia skuteczność wentylacji grawitacyjnej, a to prowadzi do poprawy jakości powietrza wewnętrznego.
  2. Wraz z termomodernizacją należy modernizować układ wentylacyjny.

 

Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach 2009-2012, jako projekt badawczy nr NN 523 425 337.


Literatura:

  1. Air Quality Guidelines for Europe, Second Edition 2000, WHO Regional Office for Europe Copenhagen, European Series, No. 91
  2. ASHRAE Standard 62-1989, Ventilation for acceptable Indoor Air Quality, 1989
  3. DIN 1946-2 Ventilation and air conditioning; technical health requirements
  4. Fromme H., Twardella D., Dietrich S., Heitmann D., Schierl R., Liebl B., Rüden H. “Particulate matter in the indoor air of classrooms-exploratory results from Munich and surrounding area” Atmospheric Environment, Volume 41, Issue 4, February 2007, Pages 854-866
  5. Gładyszewska K. „Wentylacja grawitacyjna w budynkach mieszkalnych” – VI Ogólnopolska Konferencja „Problemy jakości powietrza wewnętrznego w Polsce” – 11.2001 Warszawa 2002, s. 61-65
  6. Gładyszewska-Fiedoruk K. „Badania stężenia dwutlenku węgla w sali dydaktycznej”, COW 5/2009, s. 39-41
  7. Gładyszewska-Fiedoruk K. „Analiza stanu środowiska wewnętrznego w wybranych przedszkolach ze szczególnym uwzględnieniem dwutlenku węgla”, COW 2/2010, s. 28-30
  8. IAQ Tools for Schools Kit (Second Edition December 2000 – Environmental Protection Agency (EPA), www.epa.gov/iaq/schools
  9. Karwowska E., “Microbiological Air Contamination in Some Educational Settings”, Polish Journal of Environmental Studies Vol. 12, No. 2 (2003), 181-185
  10. Lee S. C., Chang M. ”Indoor and outdoor air quality investigation at schools in Hong Kong” Chemosphere, Volume 41, Issues 1-2, July 2000, Pages 109-113
  11. Małecka-Adamowicz M., Konderski W., Okoniewska A. “Evaluation of Microbial Air Quality in a Forest Recreation Park”, Polish Journal of Environmental Studies Vol. 19, No. 1 (2010), 107-113
  12. PN-83/B-03430 (wraz ze zmianą A3:2000) – Wentylacja w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania
  13. Recknagel H., Sprenger E., Honmann W., Schramek E. R., "Taschenbuch fur Heizung und Klimatechnik 07/08", OMNI SCALA, Munchen 2008
  14. Rozporządzenia Ministra Edukacji Narodowej w sprawie rodzajów innych form wychowania przedszkolnego, warunków tworzenia i organizowania tych form oraz sposobu ich działania (Dz. U. Nr 104, poz. 667, 2008)
  15. Sowa J. „Wentylacja klas szkolnych – efektywność stosowanych rozwiązań oraz możliwość poprawy skuteczności ich działania” Problemy jakości powietrza wewnętrznego w Polsce 2001, Warszawa 2002, s. 279 – 302
  16. Stryjakowska-Sekulska M., Piotraszewska-Pająk A., Szyszka A., Nowicki M., Filipiak M. ”Microbiological Quality of Indoor Air in University Rooms”, Polish Journal of Environmental Studies Vol. 16, No. 4 (2007), 623-632
  17. PN-EN 13779:2007 – Wentylacja budynków niemieszkalnych – Wymagane właściwości systemów wentylacji i klimatyzacji.
  18. Wargocki P. “Effect of indoor climate conditions in classrooms on the progress in science”, Problemy jakości powietrza wewnętrznego w Polsce, Warszawa 2009

 

Opracowanie redakcja na podstawie artykułu autorstwa dr inż. Katarzyny Gładyszewskiej-Fiedoruk.|

Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji.

Pierwotne źródło: www.energiaibudynek.pl (03/2011).

Foto: www.bartoszkrakow.pl