Drzewo Franciska, nr 2 - okładkaCel, który postawił sobie Rząd Premiera Mateusza Morawieckiego to 1000 zeroemisyjnych szkół na terenie Polski do 2025 r. Pierwszą potrzebą i kluczową na tej drodze, choć jedną z wielu koniecznych, jest modernizacja systemów wentylacyjnych placówek oświatowych, aby poziom stężenia CO2 i innych zanieczyszczeń w salach lekcyjnych pozwalał na efektywne prowadzenie procesów edukacyjnych. Ale nie są to jedyne korzyści.

 

 

 Potrzebny jak powietrze

Polski idiom: „potrzebujemy czegoś, jak powietrza” oznacza coś niezbędnego. Każdy z nas wie, że ludzie do życia potrzebują powietrza, ale warto też wiedzieć dlaczego. Przede wszystkim tlen, wchodzący w skład powietrza, jest nam niezbędny do wszystkich procesów energetycznych, zachodzących w organizmie. W przybliżeniu ten mechanizm działa w następujący sposób. Jesteśmy napędzani paliwem w postaci węglowodanów, które w reakcji z tlenem dają nam energię potrzebną do życia. Ten złożony cykl reakcji chemicznych opisał Hans Krebs i odtąd zwany jest cyklem Krebsa.

W tym cyklu, jak w silniku spalinowym, paliwo, czyli glukoza + tlen = energia + CO2. Wiemy, że jeśli zatkamy rurę wydechową w samochodzie, jego silnik straci moc. Podobnie w ludzkim organizmie, jeśli krew nie usunie CO2 z komórek, proces wytwarzania energii zostanie zatrzymany. Oddychając „produkujemy” CO2. Jeśli nie będziemy go usuwać z powietrza, którym oddychamy, wzrośnie jego stężenie również w naszym organizmie, który w końcu nie poradzi sobie z jego nadmiarem, czyli jak w silniku samochodowym – wydech nie będzie drożny. Wszyscy znamy uczucie senności, ogarniające nas w niewentylowanych pomieszczeniach, szczególnie gdy przebywa w nich wiele osób, które oddychając uwalniają CO2 do powietrza, ciągle podwyższając jego poziom.

Jakość powietrza a jakość nauki

Jak pokazały dotychczasowe badania naukowe, gdy stężenia CO2 w powietrzu przekracza 1000ppm spada nasza sprawność umysłowa. Przy 2500ppm przechodzimy w stan, w którym bardzo trudno o jakiekolwiek skupienie1 . W badanych szkołach w Polsce poziom 2500ppm osiągamy w klasach po 15 minutach od przewietrzenia na przewie, a pod koniec lekcji stężenie CO2 dochodzi już do 4000ppm2 . Za taki stan odpowiedzialny jest sposób wentylacji szkół. Zaledwie kilkadziesiąt szkół w Polsce jest wyposażonych w prawidłowo funkcjonującą wentylację mechaniczną wywiewną lub mechaniczną nawiewno-wywiewną, pozostałe placówki są wentylowane grawitacyjnie i przez przewietrzanie na przerwach. Taki sposób wentylacji teoretycznie może zapewnić strumień powietrza wentylacyjnego na poziomie 20m3 /h na ucznia i poziom stężenia CO2 1650ppm, czyli daleki od zalecanych 1000ppm. Tyle mówi teoria. Z faktu, że przeciętne stężenie CO2 w klasie wynosi 2500ppm można wyliczyć rzeczywisty strumień powietrza wentylacyjnego. Dla obliczenia na tej podstawie realnej liczby wymian powietrza w salach szkolnych skorzystamy ze wzoru V = Z / (kw  - kz), gdzie: V – objętość wymienianego powietrza w [m3/h], Z – ilość CO2 produkowana przez człowieka na poziomie 25 [g/h], kw – stężenie CO2 w klasie w [g/m3], przyjęto średnio 2500ppm, a kz – stężenie CO2 zewnętrzne w [g/m3], przyjęto średnio 400ppm.

V = 25 [g/h] / 2,5 [g/m3 ] - 0,4 [g/m3 ] = 12 [m3 /h]

Zakładamy 2m2 na ucznia, co daje strumień powietrza 6 [m3 /m2 / h]. Należy przyjąć, że stężenie CO2 utrzymuje się na średnim poziomie 2500ppm, w wyniku działania dwóch mechanizmów wymiany powietrza: z działania kanałów wentylacyjnych i nieszczelności lub nawiewników w oknach oraz z wietrzenia klas podczas przerw. Oznacza to, że w sposób ciągły wymieniane jest 3,5 [m3 / m2 /h] i 2,5 [m3 /m2 /h] w czasie przerw między lekcjami.

Ile kosztuje powietrze w polskiej szkole?

Poza niedostatecznym poziomem wentylacji pomieszczeń dodatkowo generują się inne, istotne koszty energii. Dla pierwszego rodzaju wymiany będziemy mieli poziom zużycia energii 106 [kWh/m2/rok] – na podstawie poniższego wzoru: Hv1 = 0,00097 [m3 /s/m2 ] * 1200 [J/m3 /K] = 1,17 [W/K/m2 ] Dla drugiego typu wymiany powietrza, ze względu na okresowy charakter działania, musimy przyjąć inny sposób oszacowania zapotrzebowania na ciepło. Załóżmy, że średnia liczba dni pracy szkoły w sezonie grzewczym wynosi 160, a średnia temperatura zewnętrzna dla tego okresu to 5°C, a szkoła pracuje 10 h dziennie. Zużycie kształtuje się wówczas na poziomie 20 [kWh/m2 /rok]. Hv2 = 0,00069 [m3 /s/m2 ] * 1200 [J/m3 /K] = 0,83 [W/K/m2 ] Zatem rzeczywiste zapotrzebowanie na ciepło do ogrzania powietrza wentylacyjnego wyniesie: Q0went = Q0went1+Q0went2 =106 [kWh/m2 /rok] +20 [kWh/ m2 /rok]=126 [kWh/m2 /rok] Przyjmując średni koszt kWh ciepła na poziomie 0,25 zł, koszt ogrzania powietrza wyniesie O=126 [kWh/m2 /rok] * 0,25 [zł/kWh]=31,5 [zł/m2 /rok] powierzchni szkoły. Jak z tego wynika mimo znikomej skuteczności system wentylacyjny generuje znaczne koszty energetyczne.

Poprawa jakości powietrza a obniżenie kosztów

Obecnie system wentylacji nie chroni uczniów i nauczy[1]cieli przed katastrofalną jakością powietrza w Polsce w sezonie grzewczym. Sposób wentylacji polegający na otwieraniu okien podczas przerw, nie zapewnia obniżenia stężenia CO2 do zalecanego poziomu 1000ppm. Sprawia za to, że stężenie zanieczyszczeń powietrza w klasie jest większe, niż na zewnątrz budynku. Dzieje się tak, ponieważ otwierając okna wpuszczamy za[1]nieczyszczone powietrze z zewnątrz. Następnie po zamknięciu okien część pyłów (m.in. PM 2.5 i PM 10) osiada na wszystkich powierzchniach, a także jest za[1]trzymywana w pęcherzykach płucnych. Przy kolejnym wietrzeniu częściowo oczyszczone z pyłów powietrze jest usuwane i kolejna „porcja” zanieczyszczonego zewnętrznego powietrza wprowadzana jest do klasy. Przy intensywniejszym ruchu uczniów pyły dodatkowo podnoszą się i zapylenie wewnętrzne może nawet kilkukrotnie przewyższyć zapylenie zewnętrzne.

Ta sytuacja w znaczący sposób wpływa na stan psychofizyczny uczniów i nauczycieli podczas zajęć lekcyjnych, co ma daleko idące skutki dla ich osiągnięć edukacyjnych, realizacji programu szkolnego, ale również fatalnie wpływa na ich stan zdrowia.

Trudno oszacować wszystkie koszty dramatycznie złej jakości powietrza w szkołach. Jest to na pewno kilkadziesiąt mld zł/rocznie w skali kraju zarówno z tytułu obniżenia efektywności nauczania jak i fatalnych skutków zdrowotnych dla społeczności szkolnej i w konsekwencji dla całej gospodarki. Na pewno znaczna część z szacowanych 111 mld zł rocznych strat ponoszonych przez Polskę, w wyniku zanieczyszczenia powietrza, ma swoje źródło również w złej jakości powietrza w polskich szkołach. Trudno zatem przecenić rządową inicjatywę „1000 polskich szkół – wysp klimatycznych do 2025 r.” dla zmiany tej sytuacji. W związku z tym warto zadbać o jakość powietrza w polskich szkołach w sposób kompleksowy.

Skomentuj. Jesteśmy ciekawi Twojej opinii!