Dobra wentylacja w szkołach wcale nie jest droga

W naszych szkołach brakuje dobrej wentylacji. Jak wentyluje się obiekty edukacyjne w Danii i innych krajach skandynawskich? Czy wpływają na to przepisy dotyczące jakości powietrza w szkołach?

W krajach tych na szeroką skalę prowadzone są badania jakości powietrza w szkołach i klasach oparte na pomiarze dwutlenku węgla, który jest wyznacznikiem efektywności wentylacji i jakości powietrza wewnętrznego. Zacznijmy od Danii, gdzie sytuacja jest niestety najbardziej niekorzystna spośród czterech krajów skandynawskich. Dopiero od kilku lat duńskie prawo budowlane wymaga w nowo budowanych lub remontowanych budynkach szkolnych instalowania wentylacji – czyli, jak to ujmują przepisy, zapewnione powinno być wietrzenie klas. Wcześniej należało mieć możliwość wentylacji i to zalecenie było osiągane dzięki wietrzeniu poprzez otwieranie okien. Obecna interpretacja prawa budowlanego prowadzi do projektowania systemów wentylacji mechanicznej lub hybrydowej. Kiedy ponad 20 lat temu prowadziłem pierwsze badania jakości powietrza w szkołach, przepisy były interpretowane tak, że wystarczy, aby okna mogły być otwierane w celu przewietrzenia, obecnie w praktyce trzeba zainstalować wentylację mechaniczną, jak powyżej wspom­niałem. W nowych budynkach jest to już standard i stosowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła wynika także z wymagań dot. efektywności energetycznej budynków. A w budynkach remontowanych stosowane są różne systemy, ale zazwyczaj montuje się wentylację mechaniczną. Jest to jednak nadal za mało w odniesieniu do wymagań.

Niestety nie dysponuję danymi nt. liczby szkół i klas z instalacją wentylacji mechanicznej. Moi współpracownicy z naszego Centrum prowadzili 10 lat temu badania przesiewowe w ponad tysiącu klas, angażując również uczniów do pomiaru dwutlenku węgla, temperatury i wilgotności powietrza podczas różnych zajęć szkolnych. Dzieci dostawały bardzo proste urządzenie – rurkę Dräger, która po ­otwarciu zabarwiała się w zależności od poziomu dwutlenku węgla. Okazało się, że w połowie badanych klas poziom CO₂ przekraczał 1000 ppm, a jest to rekomendowana granica dla szkół. Były też klasy z 2000 ppm i więcej – powyżej tej wartości konieczne już są działania na gruncie prawa pracy, do czego wrócę później.

Badania przesiewowe przeprowadzone zostały ponownie po 5 latach i okazało się, że zmiana na lepsze nie nastąpiła. Co więcej, wzrosła liczba klas, w których poziom CO₂ przekraczał 1000 ppm. Podobne pomiary prowadzone były w Norwegii i w Szwecji i tam przekroczeń było „tylko” ok. 15%, a to wskazuje na stosowanie regularnej wentylacji klas i zazwyczaj jest to wentylacja mechaniczna. W przypadku wentylacji naturalnej dwutlenek węgla na poziomie poniżej 1000 ppm można utrzymać tylko wtedy, gdy w klasie liczącej 20–25 uczniów przebywa ich połowa, a lekcje nie trwają dłużej niż 35 minut, i to przy założeniu, że infiltracja jest większa niż 0,5 wymiany na godzinę.

Warunki w duńskich klasach nie są niestety tak dobre jak w Norwegii i Szwecji. W Szwecji wymagane jest min. 8,5 litra powietrza na sekundę na osobę, czyli 30 m³/h na osobę. Norwegia ma podobne wymagania jak Szwecja. W Finlandii natomiast na wymagania dot. wentylacji wpływają także kwestie efektywności energetycznej, czyli kontrolowanej wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła – taki mają klimat. Ponadto anegdota głosi, że gdy fiński rząd próbował rozwiązać kwestię wentylacji w szkołach, apelując do nauczycieli, by otwierali okna i wietrzyli klasy, ci się zbuntowali, twierdząc, że czynność ta nie leży w zakresie ich obowiązków zawodowych – oni mają uczyć dzieci, a wietrzyć powinny instalacje wentylacyjne.

W badaniach jakości powietrza w szkołach Finlandia wypada najlepiej. Jednak na warunki nauki wpływają i inne parametry – takie jak zbyt wysoka temperatura, hałas czy złe światło. W Szwecji z kolei raz na rok dokonuje się przeglądów technicznych wentylacji w budynkach, podobnie jak stanu technicznego samochodów (jest to wymagane przez National Board of Housing, Building and Planning, Boverket). I przekłada się to na lepiej funkcjonującą wentylację.

Natomiast w Danii minimum to 6 litrów na sekundę na osobę, a właściwie 5 litrów (ok. 20 m³/h na osobę) plus 0,35 l/s na m2 klasy. W budynkach nowo wznoszonych i remontowanych warunki takie zapewnia głównie wentylacja mechaniczna. Są to przeważnie jednostki montowane w poszczególnych klasach lub obsługujące 2–3 pomieszczenia. Rzadko stosuje się rozwiązania, w których jedna duża jednostka obsługuje kilkanaście klas – jest to trudne do wykonania w budynkach remontowanych, w nowych oczywiście łatwiejsze, tym bardziej że są to przeważnie budynki parterowe lub jednopiętrowe. Stosuje się także systemy wentylacji hybrydowej lub wentylacji wyciągowej z naturalnym nawiewem, głównie poprzez automatycznie otwierane lub uchylane okna. Nadal otwiera się okna również tradycyjnie – czyli ręcznie.

W Danii oprócz prawa budowlanego obowiązują także wymagania prawa pracy, w tym dotyczące warunków pracy nauczycieli i mówią one o 1000 ppm jako zalecanej maksymalnej granicy oraz o 2000 ppm jako maksymalnym dopuszczalnym stężeniu. Powyżej tych wartości właściwie nie powinno się prowadzić zajęć. Prawo to nie wspomina, jaka powinna być wentylacja i jej wydajność, mówi jedynie o poziomach CO₂. Regulacje warunków pracy określają też wilgotność i temperaturę, ale to już inny temat. W stosunku do szkół obowiązują zatem dwa główne źródła przepisów – prawo budowlane i prawo pracy.

Powstają także, zwłaszcza w dobie pandemii, branżowe zalecenia i wytyczne dotyczące wentylacji.

Tak, i w Danii branża wentylacyjna zaczęła się szczególnie interesować także wymaganiami wobec jakości powietrza w klasach szkolnych. Obecnie tworzone są zalecenia dotyczące wentylacji, a właściwie całego klimatu wewnętrznego, bo np. także oświetlenia. Dokument taki tworzony jest przez wiele stron – branżę wentylacyjną wraz z inżynierami budownictwa i HVAC, ekspertami i firmami konsultingowymi. Będzie on wskazywał potencjalne szkody dla zdrowia i jakości procesu nauczania spowodowane niedostateczną wentylacją klas. Dostępna jest już pierwsza robocza wersja tego dokumentu i widać, że bardzo mocny akcent położono w nim na konieczność zmiany wymagań dotyczących wentylacji szkół.

Czy duński rząd przykłada wagę do jakości powietrza w szkołach?

Myślę, że tak, choć nasze dotychczasowe działania nie były niestety inicjatywą rządu, pomiary przeprowadzano w ramach dorocznych festiwali naukowych, jakie są organizowane w szkołach w celu promocji nauki. Dwukrotnie udało nam się wejść do klas z przesiewowymi badaniami na tak dużą skalę. Kolejne badania miały się odbyć w 2020 roku, ale z uwagi na epidemię ­Covid-19 zostały na razie odłożone.

Badania te na początku nie miały celu naukowego, a jedynie poznawczy. Stale pogłębiamy ich zakres i wprowadzamy kolejne parametry. Pierwsze badanie obejmowało tylko pomiar dwutlenku węgla w klasach podczas lekcji. W drugim też mierzyliśmy poziom CO₂, ale uczniowie mieli możliwość przewietrzenia klasy poprzez otwieranie okien w czasie przerw. Trzecie badanie będzie szersze – planujemy np. wykonanie pomiarów oświetlenia dziennego czy prostych testów psychologicznych, żeby sprawdzić wpływ jakości powietrza i oświetlenia na zdolności uczenia się itp. W badaniach będziemy uwzględniać także systemy wentylacyjne.

Dużą rolę odgrywa tu Realdania (stowarzyszenie filantropijne działające na zasadzie samofinansowania – zwrotu z prowadzonych inwestycji), któ­ra wspiera także inicjatywy dot. badań i poprawy ja­kości powietrza w klasach.

I jak politycy zareagowali na dotychczasowe wyniki badań powietrza w szkołach?

Kiedy przedstawiliśmy pierwsze wnioski z naszych badań, wskazujące, że dzieci w klasach bez dobrej wentylacji mogą osiągać gorsze wyniki w nauce, minister edukacji stwierdził: „niech otwierają okna”… Moi współpracownicy uczestniczyli w wielu przesłuchaniach parlamentarnych nt. jakości klimatu wewnętrznego w szkołach. Było to jednak wiele lat temu i z czasem zainteresowanie polityków tą tematyką rosło. Ale problem polega na tym, że usprawnienie wentylacji uważane jest za kosztowne i politycy nie chcą podejmować tej decyzji na szczeblu centralnym, jak też zrzucać jej na gminy, ponieważ szkoły podlegają bezpośrednio samorządom i z gminnych budżetów pochodzą środki przeznaczane na remonty szkół. A chodzi tu o bardzo duże kwoty, bo w ponad tysiącu szkół we wszystkich klasach trzeba zainstalować wentylację mechaniczną, mówimy więc o systemach wentylacyjnych do obsługi 20–30 tys. pomieszczeń.

Ale kiedy zaczęliśmy liczyć, okazało się, że koszt takiej renowacji wynosi w przeliczeniu na jednego ucznia ok. 3–4 zł dziennie – tyle, co drugie śniadanie. Zatem łącznie są to kwoty ogromne, ale jednostkowo i w zestawieniu z korzyściami, jakie te wydatki przyniosą, już takie wysokie nie są. Koszty wentylacji stanowią ok 2,5% całkowitych kosztów przypadających na jednego ucznia w 9-letnim okresie nauczania. Gdyby te koszty poniesiono wcześniej, w czasie pandemii dzieci mogłyby uczęszczać do szkoły z dobrą wentylacją, a bezpieczeństwo zwiększyłaby dodatkowo np. ich rotacyjna obecność – połowa uczniów przebywająca w klasie w maskach, a druga połowa ucząca się zdalnie. Przy takich założeniach ryzyko zarażenia się wirusem SARS-CoV-2 byłoby bardzo niskie. A gdyby zamontować jeszcze w klasach oczyszczacze z filtrami HEPA, szkoły mogłyby pozostać otwarte. Wentylacja naturalna i otwieranie okien to nie jest rozwiązanie optymalne, szczególnie w czasie pandemii. Nawet w okresie wyższych temperatur otwarcie okien w wielu miejscach nie wchodzi w grę z powodu hałasu z zewnątrz i zanieczyszczenia powietrza zewnętrznego pyłami i gazami. Systemy wentylacji mechanicznej umożliwiają filtrację pyłów, a nawet związków. W tej sytuacji te 3–4 zł na dziecko dziennie to nie jest duży koszt.

Wentylacja mechaniczna pociąga za sobą także nowe zadania. Wymaga dobrego serwisu tak jak samochód. Ale nie jest to duży problem – szkolny woźny po przejściu instruktażu jest w stanie samodzielnie wymienić filtr, a serwisant jest potrzebny co 2–3 lata. Takich rozwiązań jeszcze nie stosuje się w Europie, oprócz wspomnianych serwisów w Szwecji, ale pandemia powinna przyspieszyć zmiany.

Zmiany mogą też przyspieszyć wymagania, aby nowe i remontowane budynki były niemal zeroenergetyczne. Ale jak przekonać inwestorów – samorządowców, audytorów, projektantów i wykonawców, że termomodernizacja nie powinna polegać jedynie na dociepleniu ścian i wymianie okien, gdyż potęguje to tylko problem braku wentylacji i publiczne pieniądze wydawane są nieefektywnie?

Możliwości techniczne są, barierą jest być może złe szacowanie kosztów. Widać teraz, jaką płacimy lekcję za „oszczędzanie” na dobrych rozwiązaniach, nie przewidując jego konsekwencji. Niedawno nasunęła mi się taka myśl – w nowych budynkach biurowych i publicznych wymagana jest instalacja tryskaczowa na wypadek pożaru, by wydzielić strefy i drogi ewakuacji ludzi. Statystyki mówią, że przypadki aktywacji tych systemów stanowią promile w trakcie całej żywotności budynków. Ale koszt takiej instalacji jest ogromny i nie jest to instalacja prosta – musi być wykonana i serwisowana przez specjalistów itd., jednak na nią środków nie żałujemy. A dlaczego nie zabezpieczamy się przed ryzykiem kolejnej pandemii oraz innymi konsekwencjami np. zanieczyszczenia powietrza zewnętrznego?

Systemy wentylacyjne nie są tak złożone jak przeciwpożarowe i w eksploatacji coraz tańsze – wentylatory zużywają mniej energii, odzyskujemy ciepło i chłód. W ciepłe zimy można wręcz do minimum ograniczyć ogrzewanie dzięki odzyskowi ciepła. Rozwijają się systemy zdecentralizowane, które można zainstalować w klasie i sterować poziomem _CO2. Pandemia uczy nas każdego dnia coraz lepiej szacować koszty braku dobrej wentylacji.

Już samo obniżenie zachorowalności w czasie epidemii przyniosłoby ogromne oszczędności. Po powrocie dzieci do szkół pojawiłyby się kolejne oszczędności, które z zyskiem opłaciłyby nakłady na wentylację, wynikające ze zmniejszenia ryzyka innych infekcji i przewlekłych schorzeń układu oddechowego, nie tylko dzieci, ale i nauczycieli, oraz poprawy efektywności nauki i pracy. Z licznych badań, a także analiz, które przeprowadziłem niedawno wraz z zespołem, wynika wyraźny związek między stężeniem CO₂ (przypominam traktowanym jako wskaźnik wentylacji i jakości powietrza) i wynikami dzieci w zadaniach matematycznych i językowych, w tym na egzaminach końcowych. Symulacje wskazują, że obniżenie stężenia CO₂ z 2100 do 900 ppm o 12% zwiększyłoby szybkość rozwiązywania zadań, a o 2% zmniejszyło liczbę popełnianych błędów. Oszacowano także, że obniżenie stężenia z 2300 do 900 ppm poprawiłoby wyniki testów i sprawdzianów o 5%.

Reasumując, mówimy o bardzo dużych zyskach, a jednocześnie wysokich kosztach zaniechania montażu wentylacji. Przecież jeżeli przestaje działać hamulec w samochodzie, wymieniamy go. Jeśli nie działa wentylacja, także należy zainstalować działającą. Inwestycja w dobrą wentylację szybko się zwraca, zadziwia mnie wręcz, że wciąż trzeba o tym mówić i przypominać.

Może do tych, którzy decydują, trzeba przemawiać jak do inwestorów budujących nowoczesne biurowce – owszem, trzeba trzymać w ryzach energię, ale nie za wszelką cenę, bo jeśli przyjrzymy się kosztom całkowitym funkcjonowania budynku w ciągu 20–30 lat, okaże się, że na kosztach energii można zaoszczędzić 1%, ale dzięki dobrej wentylacji zyskać 10% na wydajności pracowników.

Dokładnie o to chodzi. Podzielę się własnym doświadczeniem – w swoim domu, o powierzchni ok. 150 m², zainstalowałem system wentylacji z odzyskiem ciepła. Zastanawiałem się wówczas, o ile więcej będę płacił za prąd, a w praktyce nawet nie zauważyłem, że rachunek wzrósł – to są minimalne koszty, bo silniki wentylatorów są bardzo wydajne. Zauważalnym wydatkiem może być praca nagrzewnicy w okresie zimowym, ale jest to koszt ogrzewania, tak samo znikomy w całkowitym bilansie.

Może warto stworzyć specjalną aplikację dla burmistrzów, wójtów i dyrektorów szkół, która po wprowadzeniu informacji o danym obiekcie pokaże spodziewany zysk wynikający np. z mniejszej absencji nauczycieli i dzieci dzięki lepszej wentylacji w perspektywie 4 lat – co odpowiada długości kadencji.

Powstało wiele prac naukowych wskazujących na związek jakości środowiska wewnętrznego z absencją nie tylko dzieci w szkołach, ale i opiekujących się nimi rodziców w zakładach pracy. Koszty te są bardzo wysokie i łatwo to policzyć.

W jednym z badań stwierdzono np., że zwiększenie poziomu CO₂ o 1000 ppm odpowiada za zwiększenie absencji uczniów o ok. 10–20% w skali roku. W ramach innego z kolei określono, że poprawienie intensywności wentylacji o 1 l/s zmniejsza wskaźnik nieobecności o 1,4–1,8%. Do tego dochodzą wspomniane wcześniej liczne dowody na zależność między wentylacją a postępami w nauce oraz koszty dla rodziców i opiekunów, którzy muszą brać wolny dzień w pracy.

Tymi ogromnymi kosztami zaczynają się wreszcie interesować politycy, staramy się również przyciągnąć uwagę rodziców, którzy chętnie widzieliby jakieś rozwiązanie tego problemu, ale płacą tak wysokie podatki, że są niechętni kolejnym obciążeniom i uważają, że wprowadzenie zmian powinno być obowiązkiem gmin. Dlatego ostatnio cieszy mnie praca nad wspomnianymi wcześniej wytycznymi branżowymi dot. wentylacji w szkołach – to moim zdaniem najskuteczniejsza i najszybsza droga do zmian. Jeżeli branża przyjmie te wytyczne i staną się one standardem, według nich projektowane będą szkoły i klasy. Prace nad wytycznymi weszły w fazę końcową i myślę, że uda się je przyjąć jeszcze przed wakacjami.

Jak ważna jest popularyzacja problemu, pokazał w Polsce Alarm Smogowy – oddolna inicjatywa, która krok po kroku sprawiła, że jako obywatele powszechnie uznaliśmy, iż mamy prawo do oddychania czystym powietrzem, a władze mają obowiązek o to dbać.

Ważne, by nie poprzestać na doraźnych rozwiązaniach. Byliśmy jedną z pierwszych grup naukowców badających skutki braku wentylacji w szkołach. Na początku był to prosty system wizualizacji wyników pomiarów stężenia CO₂ – jak światła na skrzyżowaniu, dzieci były informowane, że jak światło jest zielone, to jest OK, jak żółte, to trzeba uchylić okno, a jak czerwone, to najlepiej wyjść i przewietrzyć klasę. Takie rozwiązania testowane były także we Włoszech, Belgii i w innych krajach, budziły duże zainteresowanie mediów, bo były łatwą do zrozumienia nowinką, jednak szybko ono mijało. Systemy te nie przyjęły się choćby ze względu na koszt detektorów CO₂, które teraz są już 4–5-krotnie tańsze. Szkoły nadal stoją przed alternatywą – czy wydać 500 zł na detektor na klasę, czy na dziesiątki innych również potrzebnych rzeczy. Ale gdyby policzyć, jakie straty energii powoduje samo otwieranie okien na każdej przerwie w celu przewietrzenia, taki argument mógłby być przekonujący. Doświadczenia pokazują, że półśrodki, takie jak te kolorowe detektory, nie rozwiążą problemu – musi działać automatyczna wentylacja, reagująca na zmienne warunki w pomieszczeniach i zapobiegająca stratom energii, odzyskująca ciepło lub chłód.

Inny przykład stosowania półśrodków pochodzi z Japonii, gdzie kilka lat temu próbowano zaoszczędzić energię na chłodzenie poprzez podwyższenie temperatury powietrza nawiewanego latem. Pozwolono na swobodne ubieranie się oraz stosowanie wentylatorów nabiurkowych do lokalnego chłodzenia. Badania wykazały, że koszty pracy tych wentylatorów były wyższe niż oszczędności wynikające z redukcji o parę stopni pracy centralnego schładzania. A w czasach epidemii praca wentylatorów powodujących powstawanie mocnej strugi mieszającej powietrze w pomieszczeniu może dodatkowo przenosić kropelki, które zawierają wirusa, na zdecydowanie większe odległości. Stosowanie doraźnych rozwiązań nie ma zatem sensu.

Czy oczyszczacze powietrza – przed pandemią zyskujące popularność jako środek „antysmogowy” w polskich żłobkach czy przedszkolach – też są takim rozwiązaniem doraźnym?

Tak, stosowanie oczyszczaczy zamiast wentylacji to nie jest optymalne rozwiązanie, tak samo jak stosowanie wentylatorków zamiast dobrego chłodzenia. Owszem, większość oczyszczaczy usunie pyły, ale nie gazy, w tym kancerogenne. Ponadto hałasują, a na niskich strumieniach powietrza ich wydajność spada i do cichego przefiltrowania klasy potrzeba paru urządzeń. Nawiewanie powietrza oczyszczanego centralnie jest po prostu efektywniejsze. Oczywiście jeśli nie ma innych rozwiązań, należy stosować oczyszczacze powietrza. Obecnie pracujemy nad różnego rodzaju oczyszczaczami pyłów i gazów oraz rozwiązaniami do ich testowania. Polecam też przeczytać dokument prezentujący stanowisko ASHRAE nt. oczyszczaczy powietrza. Miałem zaszczyt kierować grupą opracowującą ten dokument.

A jak jest ze stosowaniem oczyszczaczy w Danii?

Powietrze zewnętrzne jest tu wysokiej jakości, nie ma zatem bezpośredniej potrzeby stosowania oczyszczaczy. Ponadto w krajach skandynawskich stosuje się wentylację z odzyskiem ciepła i bez recyrkulacji – mogą to być systemy wentylacji zdecentralizowanej i centralnej. W budynkach modernizowanych przeważają te zdecentralizowane, choć zdarzają się rozwiązania na maksymalnie dwie/trzy klasy z jednej jednostki. W budynkach nowych stosuje się małe jednostki dachowe, a w klasach jednostki zdecentralizowane. Projektowane są też klasy z wentylacją naturalną albo hybrydową z systemem automatycznego otwierania okien sterowanym pomiarem jakości powietrza w pomieszczeniu, czyli dwutlenkiem węgla, oraz pomiarem temperatury powietrza zewnętrznego i prędkości wiatru. Program oblicza, kiedy należy otworzyć lub zamknąć okno i kiedy uruchomić wentylator, który wymusi przepływ powietrza przez klasę. W systemach odzysku ciepła z powietrza wentylacyjnego trend jest taki, aby w budynkach użyteczności publicznej nie stosować wymienników obrotowych, w których dochodzi do mieszania się powietrza. Również w systemach zdecentralizowanych nie zaleca się wymienników obrotowych.

A jakie są oczekiwania dyrektorów szkół i rodziców? W Polsce nawet otwieranie okien jest problematyczne, bo „dzieci się poprzeziębiają”.

Nie spotkałem się z takimi obawami, a podczas badań doświadczaliśmy raczej zainteresowania i życzliwości. Dyrektorzy szkół są bardzo otwarci na tego typu rozwiązania, oczywiście w ramach ich możliwości finansowych. Mieliśmy do czynienia z wysoką świadomością problemu jakości powietrza w klasach.

A co jest głównym powodem remontu szkół, czy bywa nim troska o lepszą wentylację? W Polsce dominuje chęć obniżenia kosztów energii oraz odnowienia elewacji.

Nie znam takich danych, ale gdy mówimy o modernizacji szkół, to jest to termomodernizacja do takich wymagań, jakie stawiane są budynkom nowym. Są ponadto plany, by wszystkie budynki publiczne w Danii stały się z czasem niskoenergetyczne. Rząd tworzy również projekty szybkiej termomodernizacji – prace można w nich wykonywać praktycznie tylko przez dwa miesiące w roku, podczas wakacji.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!