Koncentrácia CO2 v univerzitnej učebni a jej vplyv na techniku prostredia

Článok je zameraný na preukázanie vysokej koncentrácie CO₂ v univerzitnej učebni a jej vplyvu na techniku prostredia. Zabezpečenie prípustnej koncentrácie CO₂ v interiéroch univerzity je pre študentov nesmierne dôležité, a to nielen z hľadiska ich fyziologických potrieb, ale aj ich požadovaného výkonu.

 V skúmanej univerzitnej učebni prebieha vyučovanie celý deň, no krátkodobé prirodzené vetranie počas prestávok je úplne nedostatočné. Študenti sa po začatí vyučovacej hodiny (už po 15 minútach) začali sťažovať na vnútornú klímu a mali potrebu otvoriť okná. Výsledky merania ukázali neudržateľný stav súvisiaci s nekvalitou vzduchu počas celodenného vyučovania a nevyhnutnosť vybudovať systém núteného vetrania alebo klimatizačný systém. 

Učebne na univerzitách sa musia z hygienických a zdravotných dôvodov pravidelne vetrať [1], [2]. V existujúcich starých univerzitných učebniach sa využíva len prirodzené vetranie, úplne chýba nútené vetranie. Nedostatočný prísun kyslíka, vysoká koncentrácia CO₂, nadmerná vlhkosť vzduchu, rôzne typy odorov, toxické škodliviny, aerosólové a mikrobiálne škodliviny ohrozujú študentov pri nedostatočnom vetraní učební [3], [4], [5]. Výsledkom je nesústredenosť a pocit únavy, rôzne kožné ochorenia, ochorenia dýchacích ciest, vznik alergií, vznik onkologických ochorení a pod. [6], [7]. Nové alebo rekonštruované univerzitné učebne by mali mať nútený systém vetrania s úsporným vykurovacím systémom alebo klimatizačný systém, ktorý by zabezpečil prípustné koncentrácie CO₂ [8].

Skúmaná univerzitná učebňa

V univerzitnej učebni, kde prebiehal výskum, sa staré netesné okná, ktoré zabezpečili časť prirodzeného vetrania, vymenili za moderné tesné okná. Nútený vetrací systém sa však nevybudoval, takže sa vetrá len otváraním okien cez krátke prestávky medzi vyučovacími hodinami. Vykurovacie telesá zostali staré a ich zbytočné prekrytie ani nepotrebný masívny parapet sa neodstránili. Vykurovací systém sa nanovo centrálne nevyreguloval.

V skúmanej univerzitnej učebni prebieha celý deň vyučovanie, krátkodobé prirodzené vetranie otváraním okien počas prestávok je výrazne nedostatočné. Študenti sa už krátko po začatí vyučovacej hodiny (po 15 minútach) začnú sťažovať na nekvalitný vzduch a majú potrebu otvoriť okná. Aby sa poukázalo na neudržateľný stav súvisiaci s nekvalitným vzduchom počas celodenného vyučovania a dokázala sa nevyhnutnosť vybudovať systém núteného vetrania alebo klimatizačný systém, bolo potrebné zistiť, do akej miery je prekročenie koncentrácie CO₂ závažné a aký je jej priebeh počas celodenného vyučovania. Výskum vychádzal z reálneho priebehu vyučovania, kde sa študenti a vyučujúci striedajú každé dve hodiny alebo každú hodinu, a zaoberal sa analýzou zväčšujúceho sa problému koncentrácie CO₂ počas dňa.

Na merania sa použil prístroj Testo 480, získané hodnoty koncentrácie CO₂ sú uvedené v grafoch. Ukázalo sa, že výmena okien výrazne zhoršila kvalitu vzduchu. Už po prvých hodinách vyučovania sú prekročené prípustné hodnoty koncentrácie CO₂, ktoré sa každou ďalšou hodinou zhoršujú, preto sa vyžaduje prechod z prirodzeného vetrania na nútené. V závere článku sú uvedené zásady, podľa ktorých treba navrhnúť nové univerzitné učebne. Ďalej sú uvedené odporúčania, týkajúce sa prevádzky existujúcich univerzitných učební.

Metodológia experimentálnych meraní

Experimentálne merania sa realizovali v univerzitnej učebni Fakulty architektúry Slovenskej technickej univerzity v Bratislave vo vykurovacej sezóne 2016. Cieľom meraní bolo zaznamenať parametre koncentrácie CO₂. Merania prebiehali v univerzitnej učebni s rozmermi 6,6 × 14,5 m, v strede miestnosti, vo výške 1,10 m nad podlahou. V obvodovej stene je umiestnených päť okien s rozmermi 2,3 × 2,3 m. Pod každým oknom je konvekčné vykurovacie teleso. Nad vykurovacími telesami sú súvislé masívne parapety. Štyri konvekčné vykurovacie telesá sú prekryté ozdobnými lištami.

Pred meraniami v daný deň prebiehala výučba v univerzitnej učebni štyri hodiny, v učebni bolo 36 študentov. Experimentálne merania sa realizovali v troch za sebou idúcich etapách, tzn. počas troch cvičení. Každá etapa trvala 60 minút, posledných 7 až 10 minút bola prestávka. Jednotlivých etáp (I, II, III) sa zúčastnili iní študenti. V prvej etape bolo 38 študentov, v druhej 29 a v tretej etape 37 študentov. Počas prestávky sa študenti vymenili, otvorili sa dvere a odklopili sa spodné krídla všetkých okien na zabezpečenie prirodzeného vetrania. Vonkajšia teplota vzduchu sa zaznamenala ďalším prístrojom a pohybovala sa v intervale od 9,1 do 10,3 °C.

Výsledky a analýza experimentálnych meraní

Hodnoty koncentrácie CO₂ namerané v prvej etape sú znázornené na obr. 1, v druhej etape na obr. 2 a v tretej etape na obr. 3. Prirodzené vetranie, ktoré sa realizovalo počas prestávok, bolo nedostatočné, čo preukazuje hodnota koncentrácie CO₂ 1 327 ppm, nameraná hneď na začiatku prvej etapy (podľa STN EN 15251 sú odporúčané limity na koncentráciu CO₂ nad vonkajšou koncentráciou v rámci kategórií I až III na úrovniach 350, 500 a 800 ppm). Merania sa zámerne začali po štyroch vyučovacích hodinách, aby sa zachytila realita priebehu vyučovania, kde sa študenti a vyučujúci striedajú každé dve hodiny alebo každú hodinu, a aby bolo možné analyzovať postupne sa zväčšujúci problém koncentrácie CO₂ počas dňa.

V priebehu krátkej prestávky sa vyučujúci a študenti musia premiestniť vždy do iných učební, sú vystresovaní a nie je časový priestor na zabezpečenie dostatočného prirodzeného vetrania. Hodnoty koncentrácie CO₂ v prvej etape priamočiaro narastali z hodnoty 1 327 ppm na hodnotu 2 739 ppm, čo je neprípustné pri práci študentov v univerzitnej učebni. Počas krátkej prestávky medzi vyučovacími hodinami boli dvere a malé časti okien otvorené. Toto prirodzené vetranie prispelo k zníženiu koncentrácie CO₂ na hodnotu 2 530 ppm, čo sa dá hodnotiť ako veľmi nedostatočné. Hodnoty koncentrácie CO₂ v druhej etape stúpali ďalej do mimoriadne neprípustných hodnôt 3 628 ppm.

Študenti sa veľmi sťažovali na kvalitu vzduchu v univerzitnej učebni, mali sťažené dýchanie a žiadali vetranie počas vyučovacej hodiny. Prirodzené vetranie počas ďalšej prestávky znížilo koncentráciu CO₂ na hodnotu 2 673 ppm, táto hodnota však bola stále veľmi vysoká. Hodnoty koncentrácie CO₂ v tretej etape stúpali ďalej do mimoriadne neprípustných hodnôt až 3 838 ppm. Zvýšenie hodnôt koncentrácie CO₂ v tretej etape však už nebolo také dramatické ako v predchádzajúcich dvoch fázach. V tretej etape sa študenti najviac sťažovali na kvalitu vzduchu v univerzitnej učebni, vyjadrili najväčšiu nespokojnosť, mali problémy s dýchaním a základnou koncentráciou. 

Výsledky meraní preukázali, že prirodzené vetranie dverami a oknami počas prestávok je úplne nedostatočné. Koncentrácia CO₂ sa počas vyučovacieho dňa postupne stále zvyšovala, takže kvalita vzduchu sa postupne znižovala. Reálne sa preukázalo, že nie je časový priestor na dostatočné prirodzené vetranie, preto je nereálne spoľahnúť sa na toto vetranie. Navyše, výmena okien paradoxne výrazne zhoršila kvalitu vzduchu, už po prvých hodinách vyučovania boli prekročené prípustné hodnoty koncentrácie CO₂, ktoré sa každou ďalšou hodinou vyučovania zhoršovali. Sťažnosti študentov počas vyučovacích hodín boli postupom času čoraz výraznejšie. Mať otvorené okná cez celú vyučovaciu hodinu však nie je možné, lebo študenti sediaci pri nich by sa sťažovali na chlad a enormné tepelné straty by spôsobili vysokú energetickú spotrebu. Z experimentálnych meraní je zrejmý neudržateľný stav spôsobený nekvalitným vzduchom počas celodenného vyučovania. Preukázalo sa, že je nevyhnutné vybudovať systém núteného vetrania alebo klimatizačný systém.

Obr. 1 Hodnoty koncentrácie CO2 v prvej etape

Obr. 2 Hodnoty koncentrácie CO2 v druhej etape

Obr. 3 Hodnoty koncentrácie CO2 v tretej etape

Závery

Z experimentálnych meraní je zrejmý neudržateľný stav, ktorý súvisí s nekvalitným vzduchom počas celodenného vyučovania. Už po prvých hodinách vyučovania boli prekročené prípustné hodnoty koncentrácie CO₂, ktoré sa každou ďalšou hodinou vyučovania zhoršovali. Z energetického hľadiska však nie je možné mať okná otvorené cez celú vyučovaciu hodinu. Merania tak potvrdili, že je nevyhnutné vybudovať systém núteného vetrania alebo klimatizačný systém. Tento problém treba urýchlene riešiť. Ďalší problém spôsobuje masívny parapet a dekoratívne prekrytie stĺpových radiátorov, ktoré sa pri výmenách okien neodstránili. V neposlednom rade nedošlo ani k novému vyregulovaniu vykurovacieho systému.

doc. Ing. Mária Budiaková, PhD. 
Autorka pôsobí na Fakulte architektúry Slovenskej technickej univerzity v Bratislave.
Recenzoval: doc. Ing. Michal Krajčík, PhD.

Obrázky: autorka

Literatúra

1. Awbi , B. H.: Ventilation of Buildings. E & FN Spon, London, 1991. 
2. Etheridge, D.: Natural Ventilation of Buildings. John Wiley & Sons, Chichester, 2011.
3. Bánhidi, L. – Kajtár, L.: Komfortelmélet (Comfort Theory). Muegyetemi kiadó, Budapest, 2000. 
4. Jokl, M.: Zdravé obytné a pracovní prostředí (Healthy Living and Working Environment). Academia, Praha, 2002.
5. Jokl, M.: Microenvironment: The Theory and Practice of Indoor Climate. Thomas, Illinois, 1989.
6. Seppänen, O.: The Effect of Ventilation on Health. Earthscan, London, 2006. 
7. Hall, E. J.: Textbook of Medical Physiology. Elsevier, Philadelphia, 2016.
8. Chybík, J.: Carbon Dioxide as Indicator of Quality of Indoor Environment. In: Proceedings of Architecture in Perspective 2015, Technical University of Ostrava, Ostrava, 2015, pp. 118 – 121.
9. STN EN 15251 Vstupné údaje o vnútornom prostredí budov na navrhovanie a hodnotenie energetickej hospodárnosti budov – kvalita vzduchu, tepelný stav prostredia, osvetlenie a akustika.

Článok bol uverejnený v časopise TZB Haustechnik 2/2018.