Projet scolaire: qualité de l'air

La rentrée est le moment de parler de l'air dans les écoles. Une fois, dans le sillage de la nostalgie, nous avons rappelé nos années d'école. Cartables, uniforme, portrait de Pouchkine, rouleaux dans la salle à manger, discothèque dans le gymnase, «forêt des mains». Et aussi la congestion dans les salles de classe, la poussière sur les rebords de fenêtres, l'interdiction stricte d'ouvrir les fenêtres… Bref, la qualité de l'air est médiocre, sinon pire. Nous nous sommes demandé si quelque chose avait changé depuis que nous étions enfants. Ensuite, nous sommes allés dans huit écoles de Novossibirsk et avons mené une expérience à partir de laquelle nous avons appris beaucoup de choses importantes. Et maintenant, au début de l'année scolaire, ils se sont souvenus de lui et ont décidé de partager avec vous.



L'année dernière, nous avons déjà mené une étude du microclimat dans l'une des écoles et écrit un article à ce sujet. Ensuite, le capteur Testo 480 a été utilisé comme outil principal et seules les données sur le niveau de dioxyde de carbone ont été enregistrées dans une école de Moscou. Dans cette étude, nous avons augmenté le nombre d'écoles à huit et les paramètres mesurés à trois: le niveau de dioxyde de carbone, l'humidité et la température.

Avant de passer à l'expérience elle-même et à ses résultats, nous passons à la théorie. Quel devrait être le microclimat de l'école, quelles sont les normes et quelles recherches ont déjà été effectuées dans ce domaine? Si vous connaissez déjà ces données, passez immédiatement à une description de l'expérience et des résultats.

Théorie du climat: recherche existante

Nous n'avons pas été les premiers à être intrigués par la question du microclimat scolaire en général et ses effets sur l'homme. En 2015, l'Organisation mondiale de la santé a qualifié la qualité de l'air dans de nombreuses écoles et jardins d'enfants européens de défavorable (les informations peuvent être lues ici ) et a suggéré ses propres moyens de résoudre ce problème. En outre, plusieurs études intéressantes sur ce sujet ont déjà été menées dans le monde.

Union européenne. Les scientifiques ont enquêté sur l'état et le bien-être des élèves dans des pièces avec des niveaux de dioxyde de carbone de plus de 1 000 ppm. Résultats: les enfants dans ces pièces régulièrement et pendant longtemps sont 3,5 fois plus susceptibles de souffrir de toux sèche et 2 fois plus susceptibles de souffrir de rhinite.

Corée Dans 110 maisons de Séoul, les niveaux de CO, NO, allergènes des acariens, des cafards, des spores de moisissure et du CO2 ont été mesurés. Au total, 181 enfants de moins de 14 ans souffrant d'asthme diagnostiqué vivaient dans les salles d'examen. L'une des principales découvertes des Coréens: une augmentation des niveaux de dioxyde de carbone augmente la probabilité d'une crise d'asthme.

États-Unis Le Berkeley Institute a étudié la relation entre les niveaux de dioxyde de carbone et la productivité du travail. Objectif: évaluer l'impact du CO2 sur les mécanismes de décision. Les sujets expérimentaux étaient 22 personnes qui ont été soumises à 2,5 heures d'intoxication au dioxyde de carbone à des concentrations de 600, 1 000 et 2 500 ppm. Au cours de l'étude, les sujets ont réussi des tests informatiques nécessitant une prise de décision. Les résultats à un niveau de 600 ppm étaient considérés comme basiques, lorsque le niveau de 1000 ppm a été atteint, la productivité du travail a diminué de six indicateurs sur neuf, à un niveau de 2500 ppm - de sept. Ainsi, une relation directe entre la qualité de l'air et la productivité du travail a été prouvée. Bien que les conclusions des scientifiques doivent encore être confirmées, les données de cette expérience sont déjà assez suffisantes pour comprendre l'importance de l'air frais pour l'activité intellectuelle.

Qu'est-ce qui se passe en Russie? À ce jour, nous n'avons malheureusement pas pu trouver une seule étude scientifique sérieuse de la qualité de l'air dans les écoles russes. Si vous connaissez un travail similaire, nous serons heureux de le voir dans les commentaires.

Réalité: En Finlande, des niveaux élevés de dioxyde de carbone sont des motifs suffisants pour fermer l'école avant de résoudre le problème de ventilation.

Théorie du microclimat: normes et standards

Dans la plupart des pays européens, il existe désormais des normes microclimatiques claires pour les salles de classe, basées, entre autres, sur des études préliminaires de l'effet du dioxyde de carbone sur le corps humain. En tant que tel, les normes de microclimat pour les écoles en Russie n'existent pas. Cependant, dans notre pays, il existe un document très intéressant - «GOST 30494-2011. Bâtiments résidentiels et publics. Paramètres du microclimat intérieur . » Il énonce les normes et standards auxquels l'air intérieur doit se conformer.

Les normes de concentration de CO2 dans ce GOST indiquent la teneur autorisée en dioxyde de carbone supérieure à sa quantité dans l'air extérieur. Pour simplifier la perception, nous avons immédiatement recalculé les normes, en prenant 400 ppm de dioxyde de carbone dans la rue comme valeur par défaut (en passant, le niveau de CO2 atmosphérique a atteint ce point l'automne dernier, ce qui a été discuté dans un article séparé dans GeekTimes ). La teneur en CO2 autorisée conformément à GOST pour les pièces dans lesquelles les personnes sont engagées dans un travail intellectuel ou des études (y compris les classes scolaires) est de 400 à 600 ppm au-dessus du niveau de CO2 dans l'air ambiant. À l'aide de calculs simples, nous calculons que la teneur maximale autorisée en dioxyde de carbone dans les salles de classe est de 800 à 1 000 ppm. Nous avons fait une «concession» et pris la limite supérieure de 1 000 ppm comme norme.

Quant à la température, le même GOST indique que la température dans les salles pour les séances d'entraînement est de 20–22 – en saison froide et de 22–25 ℃ en saison chaude. Les données de l'expérience ont été collectées pendant la saison froide, nous avons donc pris la norme «hiver» de 22 ℃ comme norme.

Le taux d'humidité dépend le plus du climat de la ville et à Novossibirsk, l'air est sec. Par conséquent, dans nos études, nous prenons le minimum autorisé par GOST comme point de départ: la norme pour la saison froide est de 30%, la saison chaude est de 40% (nous nous sommes concentrés sur 30%).

Toutes les normes ci-dessus pendant l'étude ont été considérées comme la norme et sont devenues le point de départ pour discuter des résultats de notre expérience.

Pratique: notre expérience

Huit écoles et gymnases dans différents quartiers de Novossibirsk ont ​​été choisis comme terrains d'essai pour la recherche. Les paramètres du microclimat de l'école ont été contrôlés à l'aide des stations de base du système de microclimat intelligent MagicAir avec des capteurs intégrés de dioxyde de carbone, de température et d'humidité. Des stations de base ont été installées dans 13 salles de classe, où toutes les classes pendant cinq jours d'école du lundi au vendredi ont eu lieu selon le calendrier habituel. La ventilation centrale dans les écoles était soit absente (5 écoles), soit arrêtée en raison du bruit fort qui interfère avec les élèves pendant les cours (2 écoles), ou activée uniquement pendant les pauses (1 école). Toutes les données sur le niveau de dioxyde de carbone, la température et l'humidité dans les armoires sont arrivées en ligne sur le serveur cloud.

1. Un jour d'école, une école

La quantité totale de données obtenues des sites étudiés est calculée en centaines de nombres et de graphiques. Pour plus de clarté, nous allons commencer à considérer les résultats sur l'exemple d'une journée dans un bureau d'une école. Désignons-le comme «école 1». Pour comprendre l'image, nous avons combiné des graphiques des changements dans les niveaux de dioxyde de carbone, l'humidité et la température et un horaire scolaire.

Sur les graphiques 1-3 ci-dessous, les nombres dans les cercles indiquent les numéros de leçon, six leçons dans chacun des deux quarts de travail. Les cours commencent à 8h00 et durent 45 minutes entre eux - des pauses de 10 ou 20 minutes. Entre les quarts de travail - une pause de 10 minutes. La ligne verte dans les graphiques indique les valeurs normatives des paramètres.

Toutes les données numériques sont jointes à la fin de l'article, après la liste des références (voir le fichier avec le nom "School1_ cabinet1").

Dioxyde de carbone


Annexe 1. Le niveau de dioxyde de carbone pendant la journée scolaire, école 1, salle 1

Le graphique 1 montre l'évolution de la concentration de dioxyde de carbone dans la salle d'étude 1 de l'école 1 pendant une journée d'école (de 8h00 à 20h00). L'erreur de mesure est de ± 70 ppm à une concentration ne dépassant pas 2300 ppm, ± 3% à une concentration supérieure à 2300 ppm.

Avant le début des cours, le niveau de CO2 est toujours conforme aux normes, et il semblerait, avec une grande «réserve»: à 7h30 dans l'air seulement environ 430 ppm. Mais plus près de 8 heures, les enfants viennent en classe et les niveaux de CO2 commencent à augmenter régulièrement.

La deuxième leçon commence à 8h55 à 770 ppm, et en quinze minutes, le niveau de CO2 dépasse la marque standard, dépassant 1000 ppm. En général, comme il est facile de le voir, la concentration de CO2 dépasse la norme la majeure partie du temps (8,3 heures pour la période étudiée, soit 69% du temps).

L'excès le plus important, 3 170 ppm, est enregistré au cours de la cinquième leçon du premier quart de travail.

Selon le calendrier 2, qui montre les changements de température de l'air dans la salle de classe (voir ci-dessous), vous pouvez suivre quand les fenêtres ont été ouvertes: il faisait froid dehors, donc une fenêtre ouverte entraînait invariablement une baisse de température. Vous pouvez, par exemple, remarquer que le jour décrit pendant la pause avant la troisième leçon du premier quart de travail, le bureau était bien ventilé: la température a chuté de près de 3 degrés et le niveau de CO2 a chuté à 660 ppm. Mais au début de la troisième leçon, les fenêtres étaient fermées, et la concentration de dioxyde de carbone a recommencé à augmenter (la température aussi), jusqu'à atteindre un niveau critique de 3169 ppm dans la cinquième leçon. C'est plus de trois fois supérieur à la normale. La température de l'air a atteint 29 ℃.

L'effet de la diffusion dans une classe complète de 20 à 30 personnes a été annulé en 15 à 20 minutes.

Une période de CO2 favorable s'est produite dans la deuxième leçon du deuxième quart de travail. L'explication d'une telle «chance» est simple: tout d'abord, le bureau a été aéré en ouvrant les fenêtres. Et deuxièmement, il n'y avait pas d'élèves, la classe était vide. Dès le retour des élèves dans la troisième leçon, la concentration de CO2 a de nouveau augmenté et atteint 2 630 ppm (maximum au deuxième quart).

Température de l'air



Horaire 2. Température de l'air pendant la journée scolaire, école 1, salle 1

Le graphique 2 montre la variation de la température de l'air dans la salle d'étude 1 de l'école 1 pendant une journée d'école (de 8h00 à 20h00). L'erreur de mesure est de ± 1,5 ° C (limites de mesure -10 ... + 85 ° C).

La température de l'air tout au long de la journée scolaire dépasse la normale, atteignant presque 30 ° C. Le «meilleur» résultat est 23 ° C, mais il n'a été obtenu que pendant de courtes périodes. En modifiant la température, vous pouvez définir les périodes d'ouverture des fenêtres dans le bureau. Étant donné que l'étude a été réalisée pendant la saison froide, une fenêtre ouverte a invariablement entraîné une baisse de la température dans le bureau. En définissant les périodes de ventilation, vous pouvez les comparer avec le graphique CO2. Une fois la fenêtre fermée, la température et le niveau de CO2 reprennent leur croissance.

Humidité de l'air



Annexe 3. Humidité pendant la journée scolaire, école 1, salle 1

Le graphique 3 montre le changement d'humidité de l'air dans la salle d'étude 1 de l'école 1 pendant une journée d'école (de 8h00 à 20h00). L'erreur de mesure est de ± 4% (limites de mesure 0 ... 95%).

Comme vous pouvez le voir, l'humidité est également loin d'être souhaitée. La plupart du temps, elle est abaissée et atteint rarement la marque normative - au total, l'humidité normale (30% et plus) n'a duré que 2,8 heures par jour d'école (23% du temps). Et cela malgré le fait que nous avons pris GOST 30% comme norme, et non 40-60% recommandé par de nombreux physiologistes.

Nous ne pouvons pas non plus manquer de noter que les périodes d'humidité normale étaient accompagnées d'un excès significatif de la température de l'air (28-29 ° ) et du niveau de CO2 (2 3770 - 3 170 ppm).

Conclusions
Ainsi, le jour d'école observé dans la salle d'étude, selon nos données, le niveau moyen de CO2 pendant les cours était de 1250 ppm, la valeur maximale maximale était de 3170 ppm. Le taux d'humidité moyen était de 19% et la température moyenne était de 27 ℃.

La température de l'air tout au long de la journée scolaire est supérieure à la normale. L'humidité, en revanche, est considérablement réduite. Le niveau de dioxyde de carbone dans l'air montre une grande amplitude d'oscillations par rapport à d'autres paramètres, mais dépasse fondamentalement la norme, dépassant parfois même les 3000 ppm.
En général, les paramètres microclimatiques les plus importants pour le confort, le bien-être et le fonctionnement complet du cerveau ne répondent aux normes ni pendant toute la période d'étude ni pendant la majeure partie de la période d'étude. Aucun écart n'a été enregistré lorsque les trois paramètres du microclimat répondraient aux normes en même temps.

2. Une semaine scolaire, toutes les écoles

Ensuite, nous avons pris des données pour toutes les écoles, identifié les intervalles de 8h00 à 19h00 (les cours ont lieu dans la plupart des écoles pendant ces heures) en semaine du lundi au vendredi et calculé les paramètres microclimatiques moyens.

L'image est la suivante:



Dans les colonnes «Niveau moyen de CO2», «Humidité moyenne» et «Température moyenne», nous avons placé les indicateurs moyens de concentration de dioxyde de carbone, d'humidité et de température de l'air, respectivement, dans chaque école étudiée pour toute la période d'observation. Pour le niveau moyen de 2, nous avons également indiqué la dispersion des valeurs - l'écart type moyen (dispersion) avec un niveau de fiabilité de 95%.

La colonne «Valeur moyenne du pic de CO2» contient les valeurs maximales moyennes du niveau de dioxyde de carbone dans chacune des écoles pour toute la période d'observation (cinq jours d'école du lundi au vendredi, de 8h00 à 19h00).

Comme vous pouvez le voir, la température moyenne correspond à la norme (20–22 ℃) dans seulement trois écoles. L'humidité moyenne est de quatre. Mais aucune école ne réussirait l'examen du CO2: dans les huit cas, il dépasse la norme de 1000 ppm, souvent une fois et demie à deux fois.

Le graphique 4 montre la valeur moyenne du CO2 dans l'air (des données ont été prises pour les treize classes de huit écoles), ainsi que le maximum et le minimum moyens pendant la journée scolaire.


Graphique 4. Résumé des niveaux de CO2 dans l'air pour toutes les écoles

Il convient toutefois de noter que la durée de la journée scolaire varie en fonction de l'école. Quelque part, les enfants sont engagés dans deux équipes, et quelque part dans une seule, la première, de sorte que l'après-midi, les salles de classe sont vides. Cela explique la trajectoire des lignes sur le côté droit du graphique. Par exemple, la ligne du minimum moyen pendant le deuxième décalage reste stable dans la plage normale. Mais il ne faut pas se tromper: il ne s'agit pas du tout de diffuser. C'est juste que les sources de CO2 sont rentrées chez elles. Dans le premier quart (lorsque les cours ont lieu dans toutes les salles sans exception), même le minimum moyen dépasse fondamentalement la norme.

Sur la ligne "Moyenne", vous pouvez naviguer pour imaginer un état d'air typique un jour d'école typique d'une école typique. La plupart du temps, les niveaux de CO2 sont supérieurs à la normale. On voit comment la concentration de CO2 montre une croissance rapide avec le début des leçons. Même un cours «frais» au petit matin devient étouffant à la fin du premier cours (vers 9h00).

Nous avons joint les données numériques de toutes les écoles à la fin de cet article, après la liste des références.

Conclusions

Sur la base de nos données, nous concluons généralement que dans les écoles étudiées de Novossibirsk, il y a un excès de dioxyde de carbone pendant les cours, une moyenne de 500 ppm, une humidité insuffisante et une température trop élevée. En d'autres termes, le microclimat dans les écoles ne répond pas aux exigences réglementaires. La climatisation des salles de classe non seulement ne contribue pas à un travail intellectuel efficace, mais empêche souvent l'apprentissage.

En termes de niveaux moyens de dioxyde de carbone, aucune école n'a montré un niveau inférieur à 1 000 ppm. Et la valeur maximale de CO2 que nous avons enregistrée pendant l'expérience était de 4 230 ppm! Cet excès pose déjà un grave danger pour la santé.

Selon des chercheurs de l'Université de Middlesex, qui ont obtenu le résultat d'une expérience avec un groupe d'étude de 300 adultes, l'attention est réduite de 30% lorsque les niveaux de dioxyde de carbone atteignent 800 ppm, et à une concentration de plus de 1500 ppm, 79% des participants ont ressenti une sensation de fatigue et de maux de tête. De plus, dans une étude d'un autre scientifique du Royaume-Uni, D.S.

Roberts, la fatigue et la perte de concentration sont déjà observées à un niveau de dioxyde de carbone de 600 ppm et augmentent à mesure que la quantité de CO2 augmente. Sur la base des résultats de ces expériences et d'autres études, nous pouvons dire que le dioxyde de carbone affecte directement le bien-être (plus ici ), ainsi que les résultats scolaires de l'élève, l'empêchant de se concentrer et d'apprendre des informations dans la leçon.

De plus, le problème de l'excès de dioxyde de carbone dans l'air dans de nombreux cas n'est pas reconnu ou ignoré pour diverses raisons (souvent financières). Maintenant, entre les leçons, la ventilation «micro-aération» ou l'aération à travers le couloir a lieu, cependant, l'effet de leur utilisation disparaît presque instantanément avec l'apparition d'enfants dans la salle de classe. Il convient également de noter que la ventilation des fenêtres n'est pas effectuée dans tous les bureaux, car les rebords de fenêtre sont souvent tapissés de manuels, de fleurs ou de matériel visuel nécessaires à la formation. En tout cas, maintenant dans les classes il y a un échange d'air insuffisant.

Une température élevée et une humidité insuffisante sont également considérées comme des conditions défavorables au travail intellectuel. Une température élevée réduit le niveau de saturation en oxygène du sang, ce qui, à son tour, se traduit par une sensation de faiblesse, une léthargie, des étourdissements et un essoufflement sont également possibles. À une température de l'air d'environ 30 ℃, la transpiration augmente et l'équilibre eau-sel du corps est perturbé. Quant à l'air sec, il agit sur les yeux, provoquant des rougeurs, de la sécheresse et contribuant à leur fatigue.

Étant donné que les écoles de différents quartiers de la ville ont été prises en compte, nous supposons que les conclusions de l'expérience avec des hypothèses bien connues peuvent être extrapolées à toutes les écoles du district fédéral sibérien, ainsi qu'aux régions ayant un climat similaire.Cependant, la différence climatique entre les régions ne peut affecter que la température et l'humidité, mais pas le niveau de CO2. Par conséquent, nous supposons que les conclusions concernant l'état de la ventilation et la concentration de dioxyde de carbone dans les écoles sont valables pour la plupart des écoles à travers la Russie (et peut-être même dans le monde: ce n'est pas sans raison que les chercheurs occidentaux sont également préoccupés par ce problème).



Vous pouvez mener indépendamment une expérience similaire dans votre ville en installant la station de base MagicAir dans l'école. Vous partagerez peut-être les résultats ici à GeekTimes.

Conclusion

Nous avons mené une étude sur la qualité de l'air dans huit écoles de Novossibirsk, mesurant cinq paramètres microclimatiques de base toutes les cinq minutes pendant cinq jours d'école: la température, l'humidité de l'air et le niveau de CO2. En conséquence, nous avons constaté que dans toutes les écoles étudiées, un ou plusieurs de ces paramètres ne correspondent pas à la norme (GOST 30494-2011). Dans ce cas, la concentration moyenne de CO2 dans aucune des huit écoles n'est pas normale.

Le problème du microclimat est pertinent non seulement pour les écoles, mais aussi pour les jardins d'enfants, les sections sportives et divers cercles - en général, pour toutes les salles où de nombreux enfants se réunissent en même temps. Dans le même temps, de nombreuses études prouvent que le microclimat de ces pièces, et notamment le niveau de dioxyde de carbone, affecte directement le bien-être, la concentration et la performance académique des étudiants.

Personne ne prétendra que, dans les établissements d'enseignement et les établissements d'enseignement, de bonnes conditions sont nécessaires pour que cette éducation et cette formation se déroulent de manière efficace et confortable. Mais, malheureusement, peu de gens comprennent encore que les «bonnes conditions» ne sont pas seulement de nouveaux bureaux, un projecteur et des fenêtres en plastique, c'est aussi un microclimat confortable: de l'air frais à température et humidité normales.

Références:

1. DS Robertson Effets sur la santé de l'augmentation de la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère // Science actuelle. 2006. Vol. 90, N 12.
2. KE Schaefer. Effet de l'augmentation des niveaux de CO2 ambiant sur l'homme et les animaux // Experientia. 1982. Vol. 38.
3. I.V. Gurina. Qui est responsable de la congestion dans la pièce? // Chimie et vie. 2010. No2.
4. Conditions défavorables de l'environnement interne des locaux de l'école
5. Quand le dioxyde de carbone devient poison
6. Chasse à l'air bouché, partie 1. Combien de CO2 à Moscou?
7. VENTILATION PERFORMANTE DANS LES ECOLES
8. Le CO2 est-il un polluant intérieur? Effets directs du CO2 faible à modéré.
9. Concentrations sur la performance décisionnelle humaine. Perspectives de la santé environnementale, décembre 2012, N 12.
10. GOST 30494-2011. Bâtiments résidentiels et publics. Paramètres du microclimat intérieur.

→ Données d'expérimentation