Pilotní měření CO₂, relativní vlhkosti a dalších veličin v učebnách VOŠ Volyně

1. Úvod

Obr. 1. VOŠ a SPŠ Volyně

Střední průmyslová škola byla založena v roce 1864. Budova školy byla otevřena v roce 1933 (viz obr. č. 1). Ve škole byly od jejích počátků vyučovány obory zaměřené na zpracování dřeva a stavebnictví. V roce 1953 byl otevřen obor technická zařízení budov. Vyšší odborná škola (obor tvorba nábytku a dřevěné konstrukce) byla zřízena v devadesátých letech minulého století. Od školního roku 2006/2007 byly dřevozpracující obory nahrazeny školním vzdělávacím programem Interiérová tvorba, navrhování nábytku a dřevěné konstrukce s možností volby studijního zaměření po druhém ročníku studia. Ve školním roce 2009/2010 byla zavedena výuka v uměleckém oboru design interiéru.

2. Měření veličin vnitřního klima ve třídě

Komise Evropského společenství v roce 2009 rozhodla o finančním příspěvku na pilotní projekt v oblasti kvality ovzduší ve školách v ČR, protože v minulosti byla kvalitě vnitřního prostředí věnována menší pozornost než kvalitě ovzduší venku. Kromě toho byla kvalita ovzduší uvnitř škol zkoumána mnohem méně než kvalita ovzduší v jiných vnitřních prostorách. Důvodem pro zjištění kvality vnitřního ovzduší je, že zhruba 20 % obyvatelstva EU tráví každý den ve školních budovách hodně času a velmi rychle se zvyšuje výskyt onemocnění astmatem a jinými respiračními chorobami v Evropě. Zvláště se projevuje toto onemocnění u dětí a mládeže. Cílem projektu je identifikovat a analyzovat problémy týkající se ovzduší ve školních budovách.

Dle metodiky MZ, kdy cílem měření je hodnotit skutečnou expozici uživatelů vnitřního prostředí, je nutno před měřením a při měření zachovávat standardní režim v měřeném prostoru včetně větrání. Této metodiky bylo využito při měření přístroji TESTO 435 a DS 100. Měřeny byly hodnoty CO₂, relativní vlhkosti, teploty a tlaku.

Měření vnitřního klima ve třídě zohledňuje několik činitelů. Jedná se o dispozici, vybavení učebny, počet žáků, aktivitu žáků při výuce a použitou metodu měření ovlivněnou přístrojovým vybavením. Přístrojové vybavení zastupují měřicí přístroje TESTO 435 a DS 100. Vyzkoušeno bylo měření po 2 minutách, a to u podlahy 0–0,1 m, ve výšce 0,75–0,80 m a 2,25–2,30 m (viz tab. 1 vysvětlivky). Do knihy měření se uvádí veškeré změny počtu osob ve třídě, aktivity žáků, otevírání dveří, větrání okny apod.

Pilotní měření bylo na škole prováděno v druhé polovině roku 2012. Jako příklad měření a jeho vyhodnocení ve škole za daných podmínek uvádíme výsledky měření v učebně S1A, ze dne 6. 9. 2012, které proběhlo mezi 13:15–14:15 (viz tab. č. 1 a 2). V učebně probíhala výuka od ranních hodin. Ve třídě S1A bylo přístroji TESTO 435 a DS 100 měřen obsah CO₂, relativní vlhkost, teplota a tlak. Měření bylo započato po zahájení výuky odborného kreslení ve 13:15 hodin. Většinu vyučovací hodiny hovořila učitelka, která při výkladu chodila po třídě a komunikovala s jednotlivými žáky. Žáci v klidu pracovali. Měření provedla RNDr. Jana Krejsová za účasti RNDr. Jiřího Homolky – ředitele školy a Ing. Petra Červeného – zástupce ředitele.

Obr. 2

Učebna byla vybavena klasickým školním nábytkem kombinace kovu a lisovaných dřevěných desek opatřených nátěrem. Měřicí místo bylo umístěno u okna v poslední lavici. Stěny i strop ve třídě jsou opatřeny klasickou vápennou omítkou. Třída S1A je umístěna ve druhém nadzemním podlaží. Okna učebny jsou orientována na východ. V době měření nesvítilo slunce, bylo zataženo V učebně jsou 3 třídílná okna viz obr. 2. Všechna tři křídla jsou otvíravá a vyklápěcí.

V době měření bylo přítomno v učebně 32 osob, z toho 28 studentů (2 děvčata a 26 chlapců) ve věku 16 let. Při našem vstupu do učebny byla otevřena okna výklopem. Po našem příchodu je učitelka uzavřela. Měření bylo provedeno až po zahájení hodiny. Tlak v učebně 966,0 hPa. Výuku lze hodnotit jako klidnou, žáci kreslili radnici ve Volyni dle předlohy a měli věrohodně zaznamenat architektonické prvky. Vyučující se věnovala jednotlivě všem žákům. Žáci byli oblečeni do triček s krátkým nebo dlouhým rukávem, dlouhých kalhot, někteří chlapci seděli v lavicích v mikinách.

3. Naměřené hodnoty v učebně SA1 VOŠ a SPŠ Volyně 6. 9. 2012

4. Grafické vyjádření naměřených hodnot, CO₂, teploty a relativní vlhkosti

Na základě prováděného měření CO₂ přístrojem TESTO 435, jeho statistického vyhodnocení a grafického vyjádření ve třech hladinách (A-C) ve třídě S1A bylo zjištěno, že naměřené hodnoty se prakticky významně neliší, a proto na základě nejen tohoto měření bylo stanoveno, že se bude měřit v budoucnosti v jedné měřicí hladině, a to 0,75 až 0,80 m.

Limit stanovený pro CO₂ v učebnách je 1500 ppm. Tento limit byl ve třídě překročen za 15 minut od počátku měření. Ve 13:54 hod. začali žáci odcházet ze třídy, otevřela se okna ve třídě a dveře na chodbu, kde bylo také otevřené okno. Hladina CO₂ klesla v učebně při intenzivním větrání za 7 minut na cca 975 ppm, což je velmi příznivé (viz graf č. 1). V exteriéru bylo naměřeno 425 ppm CO₂ .

Graf 1: naměření CO₂ v učebně ve třech výškových polohách

Graf 2: teplota ve °C naměřená v učebně v poloze B

Teplota v učebně na počátku měření byla již velmi vysoká, pohybovala se kolem 25 °C a během výuky stoupla na 27 °C měřená pomocí přístroje TESTO 435, který je přesnější a rychleji reaguje na změnu měřené veličiny než přístroj DS 100, který byl souběžně používán na měření teploty, který dosáhl maxima 28,2 °C. Měřilo se ve střední poloze B. Lze konstatovat, že teplota ve třídě stoupla od počátku měření cca o 2 °C. V tomto období se ještě ve škole netopilo, tudíž tuto teplotu vytvořili žáci, učitel a pracovníci, kteří měřili vnitřní klima. Při intenzivním větrání cca 7 minut klesla teplota ve třídě na 21 °C viz graf č. 2. Venkovní teplota byla naměřena 18,7 °C viz tab. č. 1.

Relativní vlhkost se také měřila ve střední poloze B. Relativní vlhkost měřená přístrojem TESTO 435 narůstala od počátku měření z 51 % na konci vyučovací hodiny bylo ve třídě naměřeno 59 %. Žáci, učitel a pracovníci, kteří měřili, vyprodukovali cca 8 % relativní vlhkosti za necelých 45 minut. Relativní vlhkost v rozmezí 50–60 % je pro člověka velmi příjemná, hlavně pro sliznice, které jsou velmi pěkně provlhčovány. Přístroj DS 100 při tomto měření vykazoval hodnoty relativní vlhkosti, kolem 50 %. Z grafu č. 3 je patrné, když se začalo větrat, poklesla i relativní vlhkost měřená přístrojem TESTO 435 na 40 %. Exteriérová relativní vlhkost byla naměřena kolem 50 %.

V bodovém grafu č. 4 jsou zobrazeny naměřené hodnoty v pozici B přístrojem TESTO 435 měřené v pozici B a je zde vyznačena závislost stoupající teploty, relativní vlhkosti a produkce CO₂.

Graf 3: relativní vlhkost v % naměřená v učebně v poloze B

Graf 4: tři proměnné měřené v pozici B: závislost stoupající teploty, CO₂ a vlhkosti

5. Dýchací soustava a termoregulační systém člověka v souvislostech s vnitřním prostředím

Zásadní význam dýchacího ústrojí člověka spočívá v zabezpečování kyslík pro lidské tělo, který odebírá z ovzduší a předává do krevního oběhu. Z krve dýchací systém odstraňuje nepotřebné látky jako je CO₂ a voda, které vrací zpět do ovzduší viz, obrázek č. 2. Při klidném dýchání vdechne člověk asi 500–600 ml vzduchu. Počet vdechů v klidu za minutu se pohybuje v rozmezí 14–16. Z vdechnutého vzduchu spotřebuje tělo v klidu cca 5 % kyslíku. Maximální množství vzduchu, které můžeme vdechnout, se nazývá vitální kapacita plic. Vitální kapacita plic je cca 5–6 l, ale závisí na trénovanosti člověka.

Zdravý člověk má téměř konstantní tělesnou teplotu 36,5 °C, která se nemění ani při velkých změnách teploty okolí ani při velmi diferencované svalové činnosti. V těle člověka při látkových přeměnách dochází k pomalé oxidaci uhlovodanů, tuků a bílkovin z potravy. Tyto biochemické reakce jsou zdrojem energie pro činnost svalů, vnitřních orgánů a pro činnost člověka. Tyto procesy jsou provázeny vývinem tepla tzv. tepelnou produkcí člověka, která závisí především na intenzitě činnosti člověka a na jeho hmotnosti. Vzniklé teplo člověk odvádí do prostředí, které jej obklopuje. Cílem je dosažení tepelné rovnováhy mezi produkcí tepla tělem a jeho odvodem okolním prostředím. Tělo udržuje stejnoměrnou teplotu krevním oběhem. Krví se teplo přivádí ke kůži. Krev se ohřívá ve vnitřních orgánech. Stálou teplotu, nezávisle na vnějších i vnitřních podmínkách, si udržuje tělo vlastní termoregulací, řízenou podvěskem mozkovým. Za přirozený člověku je považován stav tepelné rovnováhy, kdy prostředí odebírá lidskému tělu tolik tepla, kolik se v lidském těle právě tvoří.

6. Závěr

Limit stanovený pro CO₂ v učebnách je 1500 ppm. Tento limit byl ve třídě překročen za 15 minut od počátku měření, když byla okna uzavřena a nevětralo se během výuky. Ve 13:54 hodin začali žáci odcházet ze třídy, byla otevřena okna ve třídě a k větrání byly také využity dveře na chodbu s otevřeným oknem. Hladina CO₂ klesla v učebně při intenzivním větrání za 7 minut na cca 975 ppm, což je velmi příznivé. V exteriéru bylo naměřeno 425 ppm CO₂. Teplota ve třídě stoupla za vyučovací hodinu cca o 2 °C. V tomto období se ještě ve škole netopilo, tudíž tuto teplotu vytvořili žáci, učitel a pracovníci, kteří měřili vnitřní klima. Při intenzivním větrání, které trvalo cca 7 minut, klesla teplota ve třídě na 21 °C, což je velmi příjemné a osvěžující pro člověka. Venkovní teplota byla naměřena 18,7 °C.

Žáci, učitel a pracovníci, kteří měřili vnitřní klima, vyprodukovali cca 8 % relativní vlhkosti za necelých 45 minut. Relativní vlhkost se pohybovala v rozmezí 50–60 %. Tyto hodnoty jsou pro člověka velmi příjemné a zdravé.

Závěrem je potřeba shrnout získané informace z měření vnitřního klima ve třídě vzhledem dýchací soustavě a termoregulačnímu systému člověka jako velmi potřebné. Je nutné větrat i během výuky, aby se snížila koncentrace CO₂, snížila teplota v prostoru na teplotu kolem 22 °C. Jako vyhovující byla stanovena jen relativní vlhkost v učebně.

7. Zdroje informací a literatura

• [1] Metodický návod MZ – hlavní hygienik ČR Čj. OVZ-32.0-08.3.07/8559 ze dne 23. 3. 2007 pro měření a stanovení chemických, fyzikálních a biologických ukazatelů kvality vnitřního prostředí podle vyhlášky č. 6/2003 Sb. vydává podle § 80 odst. 1 písm. a) zákona č. 258/2000 Sb., o ochraně veřejného zdraví a o změně některých souvisejících zákonů, ve znění pozdějších předpisů
• [2] ROZHODNUTÍ KOMISE ze dne 7. srpna 2009 o finančním příspěvku Společenství v roce 2009 na dvouletý pilotní projekt v oblasti kvality ovzduší ve školách (2009/604/ES)
• [3] Vyhláška č. 410/2005 Sb., o hygienických požadavcích na prostory a provoz zařízení a provozoven pro výchovu a vzdělávání dětí a mladistvých
• [4] Vyhláška č. 6/2003 Sb., kterou se stanoví hygienické limity chemických, fyzikálních a biologických ukazatelů pro vnitřní prostředí pobytových místností některých staveb
• [5] http://www.biomach.cz/biologie-cloveka/dychaci-system
• [6] http://www.strakonice.cz/vos_sps_volyne/page9.htm

Apendix

CO₂ – oxid uhličitý je bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, který je tvořen jedním atomem uhlíku a dvěmi atomy kyslíku. Při ochlazení pod −80 °C plynný CO₂ mění své skupenství za vzniku tuhé látky. Oxid uhličitý má asi 1,5× vyšší hustotu než vzduch, ve vyšších koncentracích tendenci hromadit se při zemi. Je dobře rozpustný ve vodě, přičemž se zčásti (asi z 0,003 %) slučuje s vodou na kyselinu uhličitou. Je nehořlavý a z chemického hlediska se jedná o velmi stabilní látku. Je nejběžnější škodlivinou uvnitř bytových domů a budov. Zdrojem této látky je především člověk, jeho metabolismus, dýchací a termoregulační pochody. Počet přítomných osob, velikost prostoru a nedostatečné větrání jsou hlavní příčinou zvyšování koncentrace oxidu uhličitého.

Teplota je veličina, která charakterizuje, zda látka při tepelném kontaktu s jinou látkou bude či nebude v tepelné rovnováze. Zda bude či nebude přijímat nebo předávat teplo. Teplota je velmi důležitou veličinou užívanou v technice prostředí. Používá se při mikroklimatickém hodnocení prostředí. Při měření teploty se používají teplotní stupnice. V běžné praxi se používá Celsiova teplotní stupnice, která má jednotku °C.

Relativní vlhkost vzduchu udává poměr mezi okamžitým množstvím vodních par ve vzduchu a množstvím par, které by měl vzduch o stejném tlaku a teplotě při plném nasycení. Udává se v procentech (%).

Atmosférický tlak – atmosféra Země je vzdušný obal Země a má svoji hmotnost. Hmotnost zemské atmosféry je přibližně 5,157 tisíců tun. Hmotnost vzduchu působí svou tíhovou silou kolmo na libovolně orientovanou plochu na Zemi a způsobuje tak tlak. Tento tlak označujeme jako atmosférický tlak. Jednotkou tlaku je pascal (Pa), častěji se používá hektopascal (hPa = 100 Pa).