Badanie mikroklimatu w salach dydaktycznych

Mikroklimat pomieszczeń to zespół różnorodnych parametrów fizycznych i chemicznych powietrza, najczęściej zmiennych w czasie, w stosunkowo niewielkiej przestrzeni zamkniętej, mającej wpływ na istoty żywe i przedmioty martwe [2]. Określenie warunków komfortu termicznego w pomieszczeniu, w którym przebywa duża grupa osób, jest trudne – komfort cieplny jest bowiem odczuciem indywidualnym i subiektywnym [1].

Komfort termiczny w obiektach dydaktycznych omówiono w normach PN-EN ISO 7730:2006 [3] i PN-EN 15251:2007 [4] oraz publikacjach [5, 6].

Badania eksperymentalne i ankietowe w tym samym budynku przed modernizacją opisano w publikacjach [5, 7]. Podobne badania prowadzono w pomieszczeniach biurowych i opisano w publikacji [8], choć oparto się jedynie na normie PN-EN 15251 [4].

Dopuszczalne stężenie dwutlenku węgla w pomieszczeniach zamkniętych wynosi 1000 ppm [9], temperatura powietrza powinna się zawierać w zakresie 20–26°C, a wilgotność względna powietrza przy zalecanej temperaturze to 40–60% [10, 11].

Opis budynku

Budynek został oddany do użytku w 1988 r. Część starsza ma trzy kondygnacje nadziemne i jest w całości podpiwniczona, a nowsza jest parterowa i podpiwniczona.

W latach 2014–2015 przeprowadzona została kompleksowa termomodernizacja obiektu z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii, obejmująca modernizację systemu centralnego ogrzewania wraz ze źródłem ciepła i układami wentylacji i klimatyzacji, jak również docieplenie bryły budynku. Zakres prac omówiono w [12, 13, 14, 15].

Prowadzone badania i ich wyniki

Badania prowadzono przed i po częściowej termomodernizacji, przy czym w momencie prowadzenia pomiarów nie zakończono jeszcze modernizacji instalacji wentylacyjnej, a jedynie docieplono przegrody zewnętrzne i wymieniono instalację grzewczą.

W artykule zaprezentowano wyniki uzyskane w sali przeznaczonej na jednorazowy pobyt maksymalnie 40 osób, znajdującej się na parterze budynku niskiego (obiektu parterowego). Badania ankietowe i eksperymentalne przeprowadzono przy użyciu miernika jakości powietrza z czujnikami temperatury, wilgotności względnej i stężenia CO2. Mierzono również parametry powietrza zewnętrznego.

Badania przed i po termomodernizacji przeprowadzono o tej samej porze roku. Posłużono się miernikiem Testo435-4 z sondą do pomiaru jakości powietrza z dokładnością: temperatura w zakresie 0–50°C ±0,3°C; wilgotność względna w zakresie 2–98%RH ±2%RH; stężenie dwutlenku węgla w zakresie 0–10 000 ppm CO2 ±100 ppm CO2, ±3%; ciśnienie atmosferyczne w zakresie 600–1150 hPa ±5 hPa. Temperaturę ścian zewnętrznych mierzono sondą do powierzchni w zakresie: od –60 do 300°C, Ø = 5 mm, L = 115 mm, T99 = 3 s, typ K ±0,3°C. Badania ankietowe przeprowadzono przy użyciu autorskiej ankiety zaprezentowanej w publikacji [5].

Odpowiedzi ankietowanych na temat temperatury odczuwalnej podczas badań prowadzonych przed i po termomodernizacji zamieszczono w tabeli 1.

Na rys. 1, rys. 2, rys 3 i rys. 4 przedstawiono odpowiedzi dotyczące odczuwalnego zapachu i wilgotności względnej.

Zmierzone podczas badań parametry powietrza wewnętrznego zobrazowano na rys. 5, rys. 6 i rys. 7.

Parametry powietrza zewnętrznego podaje tabela 2.

Po termomodernizacji większa liczba studentów określała temperaturę w pomieszczeniu jako dobrą oraz wskazywała na jej wyższe wartości. Powodem takich odczuć była zarówno wyższa rzeczywista temperatura w pomieszczeniu, jak i wyższa temperatura ścian zewnętrznych. Podczas badań ankietowych temperaturę powietrza o wartości 19,1°C definiowano w zakresie od mniej niż 19 do 22°C, natomiast temperaturę o wartości 21,5°C definiowano w zakresie 19–23°C.

Zanim przeprowadzono termomodernizację, większość studentów określała zapach w badanej sali dydaktycznej przed zajęciami jako neutralny, po termomodernizacji już niecała połowa miała takie zdanie (rys. 1). Przed termomodernizacją neutralny zapach w sali po zajęciach stwierdziło już tylko 45% studentów, natomiast po termomodernizacji już tylko 9%, natomiast aż 55% ankietowanych nie potrafiło określić swoich odczuć (rys. 2).

Przed zajęciami większość ankietowanych była zadowolona z wilgotności względnej w pomieszczeniu (rys 3). Po zajęciach w sali przed termomodernizacją ankietowani również byli zadowoleni z panujących w niej warunków, natomiast po modernizacji zadowolonych było tylko 18% ankietowanych (rys. 4). 73% respondentów nie było w stanie określić wilgotności względnej, mimo że jej wartość mieściła się w zakresie zalecanym przez normy. Tylko na początku zajęć wilgotność względna była niższa od zalecanych wartości.

Analizując rys. 5, rys. 6 i rys. 7, można stwierdzić, że po termomodernizacji wzrosła temperatura w pomieszczeniu. Badania były wykonywane bezpośrednio po ociepleniu ścian i wymianie instalacji c.o. łącznie z węzłem cieplnym, ale przed regulacją układu grzewczego, dlatego temperatura wzrosła powyżej wartości zalecanych dla sal szkolnych (do 22,8°C – rys. 6). Ponadto w sali wzrosło stężenie CO2 w powietrzu (do 1842 ppm – rys. 5) w porównaniu do pomiarów wykonanych przed termomodernizacją i znacząco przekroczyło normy (1000 ppm wg [11]). Spowodowane jest to brakiem działającej instalacji wentylacyjnej, a z powodu niskich temperatur zewnętrznych i wysokiej szczelności stolarki okiennej również brakiem wentylacji naturalnej, w tym przypadku przewietrzania. Wzrosła również wartość wilgotności względnej powietrza wewnętrznego (do 46,7% – rys. 7) mieszcząca się obecnie w zalecanym zakresie wartości (40–60% wg [11]).

Podsumowanie

Badania przeprowadzone w tej samej sali lekcyjnej przed i po częściowej termomodernizacji obiektu pokazały wzrost temperatury wewnętrznej. Ankietowani studenci temperaturę, która przed modernizacją wynosiła 19,1–20,5°C określali w przedziale 19–22°C, natomiast po modernizacji w zakresie 19–23°C, choć w rzeczywistości wynosiła ona 19,8–21,5°C. Pokazuje to, jak trudno zaprojektować i wykonać instalacje wewnętrzne (c.o. i wentylację), żeby jak najwięcej przebywających w pomieszczeniu osób odczuwało komfort.

Po termomodernizacji ankietowani zauważali pogorszenie warunków wewnętrznych w pomieszczeniu. Pomiary pokazały szybszy przyrost stężenia dwutlenku węgla w czasie zajęć, choć liczba osób była stała, wynikało to zatem ze zmniejszenia krotności wymiany powietrza wentylacyjnego.

Badania pokazały, że w wyniku docieplenia przegród zewnętrznych, wymiany stolarki okiennej i modernizacji systemu grzewczego wzrosła temperatura wewnętrzna w pomieszczeniach, natomiast pogorszyła się jakość powietrza wewnętrznego (znacznie szybszy przyrost stężenia dwutlenku węgla w czasie zajęć). Kolejny cykl pomiarów będzie obejmował analogiczne badania po zakończeniu pełnej termomodernizacji, czyli po uruchomieniu systemu wentylacji mechanicznej oraz wyregulowaniu instalacji grzewczej, dopiero wówczas bowiem będzie można ocenić wpływ poszczególnych usprawnień na mikroklimat w pomieszczeniach.

Badania zrealizowano i sfinansowano w ramach prac statutowych Politechniki Białostockiej S/WBIŚ/4/2014 (80%) i S/WBIŚ/3/2014 (20%) oraz programu „Badanie skuteczności aktywnych i pasywnych metod poprawy efektywności energetycznej infrastruktury z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii” w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Podlaskiego na lata 2007–2013 Osi Priorytetowej I. Wzrost innowacyjności i wspierania przedsiębiorczości w regionie Działania 1.1 Tworzenie warunków dla rozwoju innowacyjności B-DO-120.362/40/14

Literatura

1. Wasilczuk J., Sobiech M., Problemy techniczne występujące w budynkach o niskiej pojemności cieplnej ścian zewnętrznych, „Instal” nr 2/2009, s. 8–11.
2. Gładyszewska-Fiedoruk K., Krawczyk D.A., Mikroklimat pomieszczeń biurowych” badania empiryczne i ankietowe – studium przypadku, monografia, Politechnika Białostocka, Białystok 2015.
3. PN-EN ISO 7730:2006 Ergonomia środowiska termicznego. Analityczne wyznaczanie i interpretacja komfortu termicznego z zastosowaniem obliczenia wskaźników PMV i PPD oraz kryteriów lokalnego komfortu termicznego.
4. PN-EN 15251:2007 Kryteria środowiska wewnętrznego, obejmujące warunki cieplne, jakość powietrza wewnętrznego, oświetlenie i hałas.
5. Gładyszewska-Fiedoruk K., Krawczyk D.A., Gajewski A., Wiater J. Badanie komfortu cieplnego w salach dydaktycznych przed modernizacją – Cz. 1. Badania ankietowe, „Rynek Instalacyjny” nr 10/2013, s. 64–66.
6. Nowak B., Kryteria środowiska wewnętrznego wg PN-EN 15251, „Rynek Instalacyjny” nr 3/2008, s. 32–38.
7. Gładyszewska-Fiedoruk K., Krawczyk D.A., Gajewski A., Wiater J., Badanie komfortu cieplnego w salach dydaktycznych przed modernizacją – Cz. 2. Eksperyment, „Rynek Instalacyjny” nr 11/2013, s. 52–54.
8. Geryło R., Bekierski D., Deptuła H., Pykacz S., Badania parametrów środowiska wewnętrznego w celu jego oceny zgodnie z PN-EN 15251, „Instal” nr 4/2014, s. 31–39.
9. WHO (2000), Air Quality Guidelines for Europe, Second Edition, WHO Regional Office for Europe Copenhagen, European Series, No. 91.
10. Recknagel H., Sprenger E., Hönmann W., Schramek E.R., Poradnik Ogrzewnictwo + Klimatyzacja z uwzględnieniem chłodnictwa i zaopatrzenia w ciepłą wodę, EWFE, Gdańsk 1999.
11. PN-EN 13779:2008 Wentylacja budynków niemieszkalnych. Wymagania dotyczące właściwości instalacji wentylacji i klimatyzacji.
12. Krawczyk D.A., Gładyszewska-Fiedoruk K., Kompleksowa termomodernizacja budynku WBiIŚ. Stan techniczny instalacji grzewczo-wentylacyjnych przed termomodernizacją i możliwości poprawy ich efektywności, „Rynek Instalacyjny” nr 12/2014, s. 31–33.
13. Piotrowska-Woroniak J., Kompleksowa termomodernizacja budynku WBiIŚ. Modernizacja źródła ciepła, „Rynek Instalacyjny” nr 1–2/2015, s. 59–62.
14. Sadowska B., Święcicki A., Sarosiek W., Kompleksowa termomodernizacja budynku WBiŚ. Cz. 1. Stan istniejący na podstawie dokumentacji archiwalnej i pomiarów, „Rynek Instalacyjny” nr 10/2014, s. 36–38.
15. Święcicki A., Sadowska B., Sarosiek W., Kompleksowa termomodernizacja budynku WBiIŚ. Cz. 2. Plan inwestycji z analizą potencjału efektów termomodernizacji, „Rynek Instalacyjny” nr 11/2014, s. 21–25.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!