Proyecto escolar: calidad del aire

El comienzo del año escolar es el momento de hablar sobre el aire en las escuelas. Una vez, a raíz de la nostalgia, recordamos nuestros años escolares. Carteras, uniforme, retrato de Pushkin, rollos en el comedor, discoteca en el gimnasio, "bosque de manos". Y también la congestión en las aulas, el polvo en los alféizares, la prohibición estricta de abrir las hojas de las ventanas ... En resumen, la calidad del aire es mediocre, si no peor. Nos preguntamos si algo había cambiado desde que éramos niños. Luego fuimos a ocho escuelas de Novosibirsk y realizamos un experimento, del cual aprendimos muchas cosas importantes. Y ahora, al comienzo del año escolar, lo recordaron y decidieron compartirlo contigo.



El año pasado, ya realizamos un estudio del microclima en una de las escuelas y escribimos un artículo sobre este tema. Luego, se utilizó el sensor Testo 480 como herramienta principal y solo se registraron datos sobre el nivel de dióxido de carbono en una escuela de Moscú. En este estudio, aumentamos el número de escuelas a ocho y los parámetros medidos a tres: nivel de dióxido de carbono, humedad y temperatura.

Antes de pasar al experimento en sí y a sus resultados, pasamos a la teoría. ¿Cuál debería ser el microclima en la escuela, cuáles son los estándares y qué investigación se ha realizado en esta área? Si ya conoce estos datos, proceda inmediatamente a una descripción de la experiencia y los resultados.

Teoría del clima: investigación existente

No fuimos los primeros en quedar perplejos por la cuestión del microclima escolar en general y su efecto en los humanos. En 2015, la Organización Mundial de la Salud calificó de desfavorable la calidad del aire en muchas escuelas y jardines de infancia europeos (las noticias se pueden leer aquí ) y sugirió sus propias formas de resolver este problema. Además, varios estudios interesantes sobre este tema ya se han llevado a cabo en todo el mundo.

Unión Europea Los científicos investigaron la condición y el bienestar de los estudiantes en habitaciones con niveles de dióxido de carbono de más de 1,000 ppm. Resultados: los niños en estas habitaciones regularmente y durante mucho tiempo tienen 3.5 veces más probabilidades de sufrir tos seca y 2 veces más probabilidades de sufrir rinitis.

Corea En 110 casas en Seúl, se midieron los niveles de CO, NO, alérgenos de los ácaros del polvo doméstico, cucarachas, esporas de moho y CO2. Un total de 181 niños menores de 14 años con asma diagnosticada vivían en las salas de prueba. Uno de los principales hallazgos de los coreanos: aumentar los niveles de dióxido de carbono aumenta la probabilidad de un ataque de asma.

Estados Unidos El Instituto Berkeley investigó la relación entre los niveles de dióxido de carbono y la productividad laboral. Objetivo: evaluar el impacto del CO2 en los mecanismos de toma de decisiones. Los sujetos experimentales fueron 22 personas que fueron sometidas a 2.5 horas de intoxicación por dióxido de carbono a concentraciones de 600, 1,000 y 2,500 ppm. Durante el estudio, los sujetos aprobaron pruebas informáticas que requieren la toma de decisiones. Los resultados a un nivel de 600 ppm se consideraron básicos, al alcanzar el nivel de 1,000 ppm, la productividad laboral disminuyó en seis de nueve indicadores, a un nivel de 2,500 ppm, en siete. Por lo tanto, se demostró una relación directa entre la calidad del aire y la productividad laboral. Aunque las conclusiones de los científicos aún necesitan más confirmación, los datos de esta experiencia ya son suficientes para comprender la importancia del aire fresco para la actividad intelectual.

¿Qué hay en Rusia? Hasta la fecha, lamentablemente, no hemos podido encontrar un solo estudio científico serio sobre la calidad del aire en las escuelas rusas. Si conoce un trabajo similar, estaremos encantados de verlo en los comentarios.

Hecho: en Finlandia, los niveles elevados de dióxido de carbono son motivos suficientes para cerrar la escuela antes de resolver el problema de ventilación.

Teoría del microclima: normas y estándares.

En la mayoría de los países europeos, ahora existen estándares claros de microclima para las aulas, basados, entre otros, en estudios preliminares del efecto del dióxido de carbono en el cuerpo humano. Como tal, no existen estándares de microclima para las escuelas en Rusia. Sin embargo, en nuestro país hay un documento muy interesante: "GOST 30494-2011. Edificios residenciales y públicos. Parámetros de microclima en interiores " . Explica las normas y estándares que debe cumplir el aire interior.

Los estándares de concentración de CO2 en este GOST indican el contenido permisible de dióxido de carbono en exceso de su cantidad en el aire exterior. Para simplificar la percepción, recalculamos de inmediato los estándares, tomando 400 ppm de dióxido de carbono en la calle como el valor predeterminado (por cierto, el nivel de CO2 atmosférico alcanzó este punto el otoño pasado, que se discutió en un artículo separado en GeekTimes ). El contenido de CO2 permisible de acuerdo con GOST para habitaciones en las que las personas se dedican al trabajo intelectual o al estudio (esto incluye clases escolares) es de 400 a 600 ppm por encima del nivel de CO2 en el aire de la calle. Usando cálculos simples, calculamos que el contenido máximo permitido de dióxido de carbono en las aulas es de 800–1000 ppm. Hicimos una "concesión" y tomamos el límite superior de 1,000 ppm como norma.

En cuanto a la temperatura, el mismo GOST indica que la temperatura en las habitaciones para las sesiones de entrenamiento es de 20–22 ℃ en la estación fría y 22–25 ℃ en la estación cálida. Los datos para el experimento se recopilaron en la estación fría, por lo que tomamos como norma el estándar de "invierno" de 22 ℃.

El nivel de humedad depende en gran medida del clima de la ciudad, y en Novosibirsk el aire es seco. Por lo tanto, como punto de partida en nuestros estudios, tomamos el mínimo permitido por GOST: la norma para la estación fría es del 30%, la cálida es del 40% (nos centramos en el 30%).

Todos los estándares anteriores durante el estudio fueron considerados como la norma y se convirtieron en el punto de partida para discutir los resultados de nuestro experimento.

Practica: nuestra experiencia

Se eligieron ocho escuelas y gimnasios en diferentes distritos de Novosibirsk como campo de pruebas para la investigación. Los parámetros del microclima escolar se monitorearon utilizando las estaciones base del sistema inteligente de microclima MagicAir con sensores incorporados para el dióxido de carbono, la temperatura y la humedad. Las estaciones base se instalaron en 13 aulas, donde todas las clases durante cinco días escolares de lunes a viernes se llevaron a cabo de acuerdo con el horario habitual. La ventilación central en las escuelas estaba ausente (5 escuelas), o se apagaba debido al ruido fuerte que interfiere con los estudiantes durante las lecciones (2 escuelas), o se enciende solo durante los descansos (1 escuela). Todos los datos sobre el nivel de dióxido de carbono, temperatura y humedad en los gabinetes llegaron al servidor en la nube en línea.

1. Un día escolar, una escuela

La cantidad total de datos obtenidos de los sitios estudiados se calcula en cientos de números y gráficos. Para mayor claridad, comenzaremos a considerar los resultados en el ejemplo de un día en una oficina de una escuela. Vamos a designarlo como "Escuela 1". Para comprender la imagen, combinamos gráficos de cambios en los niveles de dióxido de carbono, humedad y temperatura y un horario escolar.

En las tablas 1-3 a continuación, los números en círculos indican los números de las lecciones, seis lecciones en cada uno de los dos turnos. Las lecciones comienzan a las 8:00 y duran 45 minutos, entre ellas, descansos de 10 o 20 minutos. Entre turnos: un descanso de 10 minutos. La línea verde en los gráficos indica los valores normativos de los parámetros.

Todos los datos digitales se adjuntan al final del artículo, después de la lista de referencias (vea el archivo con el nombre "School1_ cabinet1").

Dióxido de carbono


Horario 1. El nivel de dióxido de carbono durante el día escolar, escuela 1, sala 1

El gráfico 1 muestra el cambio en la concentración de dióxido de carbono en la sala de estudio 1 de la escuela 1 durante un día escolar (de 8:00 a 20:00). El error de medición es ± 70 ppm a una concentración de no más de 2300 ppm, ± 3% a una concentración de más de 2300 ppm.

Antes del comienzo de las lecciones, el nivel de CO2 aún cumple con los estándares, y parecería, con una gran "reserva": a las 7:30 en el aire solo alrededor de 430 ppm. Pero más cerca de las 8 en punto, los niños llegan a clase y los niveles de CO2 comienzan a crecer de manera constante.

La segunda lección comienza a las 8:55 a 770 ppm, y en quince minutos, el nivel de CO2 excede la marca estándar, superando las 1,000 ppm. En general, como es fácil de ver, la concentración de CO2 excede la norma la mayor parte del tiempo (8,3 horas para el período de tiempo estudiado, es decir, el 69% del tiempo).

El exceso más significativo, 3,170 ppm, se registra durante la quinta lección del primer turno.

De acuerdo con el programa 2, que muestra los cambios en la temperatura del aire en el aula (ver más abajo), puede rastrear cuándo se abrieron las ventanas: hacía frío afuera, por lo que una ventana abierta invariablemente condujo a una disminución de la temperatura. Puede, por ejemplo, notar que el día descrito durante el descanso antes de la tercera lección del primer turno, la oficina estaba bien ventilada: la temperatura bajó casi 3 grados y el nivel de CO2 bajó a 660 ppm. Pero al comienzo de la tercera lección, las ventanas se cerraron y la concentración de dióxido de carbono comenzó a aumentar nuevamente (temperatura también), hasta que alcanzó los 3.169 ppm críticos en la quinta lección. Esto es más de tres veces mayor de lo normal. La temperatura del aire alcanzó 29 ℃.

El efecto de transmitirse en una clase completa de 20-30 personas se redujo en unos 15-20 minutos.

Se produjo un período favorable de CO2 en la segunda lección del segundo turno. La explicación de tal "suerte" es simple: en primer lugar, la oficina se emitió abriendo las ventanas. Y en segundo lugar, no había estudiantes, la clase estaba vacía. Tan pronto como los estudiantes regresaron en la tercera lección, la concentración de CO2 volvió a aumentar y alcanzó 2.630 ppm (máximo en el segundo turno).

Temperatura del aire



Horario 2. Temperatura del aire durante el día escolar, escuela 1, sala 1

El cuadro 2 muestra el cambio en la temperatura del aire en la sala de estudio 1 de la escuela 1 durante un día escolar (de 8:00 a 20:00). El error de medición es ± 1.5 ° C (límites de medición -10 ... + 85 ° C).

La temperatura del aire durante todo el día escolar excede lo normal, llegando a casi 30 ° C. El "mejor" resultado es 23 ° C, pero se logró solo por cortos períodos de tiempo. Al cambiar la temperatura, puede establecer los períodos en que se abrieron las ventanas en la oficina. Debido al hecho de que el estudio se realizó en la estación fría, una ventana abierta invariablemente condujo a una disminución de la temperatura en la oficina. Al configurar los períodos de ventilación, puede compararlos con el gráfico de CO2. Una vez que se cierra la ventana, tanto la temperatura como el nivel de CO2 reanudan su crecimiento.

Humedad del aire



Horario 3. Humedad durante el día escolar, escuela 1, sala 1

El cuadro 3 muestra el cambio en la humedad del aire en la sala de estudio 1 de la escuela 1 durante un día escolar (de 8:00 a 20:00). El error de medición es ± 4% (límites de medición 0 ... 95%).

Como puede ver, la humedad también está lejos de ser deseada. La mayoría de las veces se baja y rara vez alcanza la marca normativa: en total, la humedad normal (30% y superior) duró solo 2.8 horas por día escolar (23% del tiempo). Y esto a pesar del hecho de que tomamos GOST 30% como norma, y ​​no 40-60% recomendado por muchos fisiólogos.

Tampoco podemos dejar de notar que los períodos de humedad normal fueron acompañados por un exceso significativo de temperatura del aire (28–29 ° ) y nivel de CO2 (2 3770 - 3 170 ppm).

Conclusiones
Entonces, en el día escolar observado en la sala de estudio, según nuestros datos, el nivel promedio de CO2 durante las lecciones fue de 1,250 ppm, el valor máximo máximo fue de 3,170 ppm. El nivel de humedad promedio fue de 19%, y la temperatura promedio fue de 27 ℃.

La temperatura del aire durante todo el día escolar está por encima de lo normal. La humedad, por el contrario, se reduce críticamente. El nivel de dióxido de carbono en el aire muestra una gran amplitud de oscilaciones en comparación con otros parámetros, pero básicamente excede la norma, y ​​a veces se mueve incluso más allá de 3.000 ppm.
En general, los parámetros microclimáticos que son más importantes para la comodidad, el bienestar y el funcionamiento completo del cerebro no cumplen con los estándares ni durante todo el período de estudio ni durante la mayor parte del período de estudio. No se ha registrado una sola brecha cuando los tres parámetros del microclima cumplirían con los estándares al mismo tiempo.

2. Una semana escolar, todas las escuelas

Luego, tomamos datos de todas las escuelas, identificamos los intervalos de 8:00 a 19:00 (las clases se imparten en la mayoría de las escuelas durante este horario) de lunes a viernes de lunes a viernes y calculamos los parámetros promedio del microclima.

La imagen es la siguiente:



En las columnas “Nivel promedio de CO2”, “Humedad promedio” y “Temperatura promedio” colocamos los indicadores promediados de concentración de dióxido de carbono, humedad y temperatura del aire, respectivamente, en cada escuela estudiada durante todo el período de observación. Para el nivel promedio de 2, también indicamos la dispersión de valores: la desviación estándar promedio (dispersión) con un nivel de confiabilidad del 95%.

La columna "Valor pico de CO2 promedio" contiene los valores máximos promedio del nivel de dióxido de carbono en cada una de las escuelas durante todo el período de observación (cinco días escolares de lunes a viernes, de 8:00 a 19:00).

Como puede ver, la temperatura promedio corresponde a la norma (20–22 ℃) en solo tres escuelas. La humedad promedio es de cuatro. Pero ninguna escuela aprobaría el examen de CO2: en los ocho casos, supera la marca estándar de 1,000 ppm, a menudo una vez y media o dos veces.

El gráfico 4 muestra el valor promedio de CO2 en el aire (se tomaron datos de las trece aulas en ocho escuelas), así como el promedio máximo y mínimo promedio durante el día escolar.


Cuadro 4. Resumen de los niveles de CO2 en el aire para todas las escuelas

Cabe señalar, sin embargo, que la duración del día escolar difiere según la escuela. En algún lugar, los niños participan en dos turnos, y en algún lugar solo en uno, el primero, de modo que por la tarde las aulas están vacías. Esto explica la trayectoria de las líneas en el lado derecho del gráfico. Por ejemplo, la línea del mínimo promedio durante el segundo turno se mantiene estable dentro del rango normal. Pero no debe equivocarse: no es cuestión de airearse en absoluto. Es solo que las fuentes de CO2 se fueron a casa. En el primer turno (cuando las clases se imparten en todas las salas sin excepción), incluso el mínimo promedio básicamente excede la norma.

En la línea "Promedio" puede navegar para imaginar un estado típico del aire en un día escolar típico de una escuela típica. La mayoría de las veces, los niveles de CO2 están por encima de lo normal. Es notable cómo la concentración de CO2 muestra un rápido crecimiento con el comienzo de las lecciones. Incluso una clase "fresca" en la madrugada se vuelve cargada al final de la primera clase (alrededor de las 9:00).

Adjuntamos datos digitales para todas las escuelas al final de este artículo, después de la lista de referencias.

Conclusiones

Con base en nuestros datos, llegamos a la conclusión general de que en las escuelas estudiadas de Novosibirsk hay un exceso de dióxido de carbono durante las clases, un promedio de 500 ppm, humedad insuficiente y una temperatura demasiado alta. En otras palabras, el microclima en las escuelas no cumple con los requisitos reglamentarios. La condición del aire en las aulas no solo no contribuye al trabajo intelectual efectivo, sino que a menudo impide el aprendizaje.

En términos de niveles promedio de dióxido de carbono, ninguna escuela mostró un nivel por debajo de 1,000 ppm. ¡Y el valor máximo de CO2 que registramos durante el experimento fue de 4.230 ppm! Este exceso ya representa un grave peligro para la salud.

Según los investigadores de la Universidad de Middlesex, quienes obtuvieron el resultado de un experimento con un grupo de estudio de 300 adultos, la atención se reduce en un 30% cuando los niveles de dióxido de carbono alcanzan 800 ppm, y en una concentración de más de 1,500 ppm, el 79% de los participantes experimentaron una sensación de fatiga y dolor de cabeza. Además, en un estudio realizado por otro científico del Reino Unido, D.S.

Roberts, la fatiga y la pérdida de concentración ya se observan a un nivel de dióxido de carbono de 600 ppm y aumentan a medida que aumenta la cantidad de CO2. Con base en los resultados de estos experimentos y otros estudios, podemos decir que el dióxido de carbono afecta directamente el bienestar (más aquí ), así como en el rendimiento académico del estudiante, evitando que se concentre y aprenda información en la lección.

Además, el problema del exceso de dióxido de carbono en el aire en muchos casos no se reconoce o se ignora por varias razones (a menudo financieras). Ahora, entre las lecciones, se lleva a cabo la ventilación "micro-ventilación" o la ventilación a través del corredor, sin embargo, el efecto de su uso desaparece casi instantáneamente con la aparición de niños en el aula. También se debe tener en cuenta que la ventilación de la ventana no se realiza en todas las oficinas, ya que los alféizares de las ventanas a menudo están forrados con libros de texto, flores o materiales visuales que son necesarios para la capacitación. En cualquier caso, ahora en las clases hay intercambio de aire insuficiente.

La temperatura alta y la humedad insuficiente también se consideran condiciones desfavorables para el trabajo intelectual. La temperatura alta reduce el nivel de saturación de oxígeno en la sangre, lo que, a su vez, se traduce en una sensación de debilidad, letargo, mareos y falta de aliento. A una temperatura del aire de aproximadamente 30 ℃, la transpiración aumenta y se altera el equilibrio agua-sal del cuerpo. En cuanto al aire seco, actúa sobre los ojos, causando enrojecimiento, sequedad y contribuyendo a su fatiga.

Dado que se consideraron las escuelas en diferentes distritos de la ciudad, asumimos que las conclusiones del experimento con supuestos bien conocidos se pueden extrapolar a todas las escuelas del Distrito Federal de Siberia, así como a regiones con un clima similar.Sin embargo, la diferencia climática entre las regiones puede afectar solo la temperatura y la humedad, pero no el nivel de CO2. Por lo tanto, suponemos que las conclusiones con respecto al estado de la ventilación y la concentración de dióxido de carbono en las escuelas son válidas para la mayoría de las escuelas en toda Rusia (y tal vez incluso en todo el mundo: no sin razón los investigadores occidentales también están preocupados por este problema).



Puede realizar de forma independiente un experimento similar en su ciudad instalando la estación base MagicAir en la escuela. Quizás comparta los resultados aquí en GeekTimes.

Conclusión

Realizamos un estudio de calidad del aire en ocho escuelas de Novosibirsk, durante cinco días escolares cada cinco minutos, midiendo tres parámetros principales del microclima: temperatura, humedad del aire y nivel de CO2. Como resultado, encontramos que en todas las escuelas estudiadas, uno o más de estos parámetros no corresponden a la norma (GOST 30494-2011). En este caso, la concentración promedio de CO2 en ninguna de las ocho escuelas no es normal.

El problema del microclima es relevante no solo para las escuelas, sino también para jardines de infantes, secciones deportivas y diversos círculos, en general, para todas las salas donde se reúnen muchos niños al mismo tiempo. Al mismo tiempo, numerosos estudios demuestran que el microclima en estas habitaciones, y especialmente el nivel de dióxido de carbono, afecta directamente el bienestar, la concentración y el rendimiento académico de los estudiantes.

Nadie argumentará que en las instituciones educativas y educativas se necesitan buenas condiciones para que esta educación y capacitación se desarrollen de manera eficiente y cómoda. Pero, desafortunadamente, pocas personas todavía entienden que las "buenas condiciones" no son solo escritorios nuevos, un proyector y ventanas de plástico, sino también un microclima cómodo: aire fresco de temperatura y humedad normales.

Referencias

1. DS Robertson Efectos sobre la salud del aumento de la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera // Ciencia actual. 2006. vol. 90, N 12.
2. KE Schaefer. Efecto del aumento de los niveles ambientales de CO2 en humanos y animales // Experientia. 1982. vol. 38)
3. I.V. Gurina. ¿Quién es responsable de la congestión en la habitación? // Química y vida. 2010. No2.
4. Condiciones adversas del entorno interno de las instalaciones escolares.
5. Cuando el dióxido de carbono se convierte en veneno
6. La caza del aire cargado, parte 1. ¿Cuánto CO2 hay en Moscú?
7. VENTILACIÓN PERFORMANTE DANS LES ECOLES
8. ¿Es el CO2 un contaminante interior? Efectos directos del CO2 bajo a moderado.
9. Concentraciones en el desempeño humano en la toma de decisiones. Perspectivas de salud ambiental, diciembre de 2012, N 12.
10. GOST 30494-2011. Edificios residenciales y públicos. Parámetros de microclima interior.

→ Datos del experimento