Projeto escolar: qualidade do ar

O início do ano letivo é o momento de falar sobre o ar nas escolas. Certa vez, após a nostalgia, relembramos nossos anos de escola. Mochilas, uniformes, retrato de Pushkin, rolam na sala de jantar, discoteca na academia, “floresta de mãos”. E também o abafamento nas salas de aula, a poeira no peitoril da janela, a proibição estrita de abrir a janela deixa ... Em suma, a qualidade do ar é medíocre, se não pior. Nós nos perguntamos se algo havia mudado desde que éramos crianças. Depois fomos a oito escolas de Novosibirsk e realizamos um experimento, com o qual aprendemos muitas coisas importantes. E agora, no início do ano letivo, eles se lembraram dele e decidiram compartilhar com você.



No ano passado, já realizamos um estudo do microclima em uma das escolas e escrevemos um artigo sobre esse assunto. Em seguida, o sensor Testo 480 foi usado como ferramenta principal e apenas dados sobre o nível de dióxido de carbono foram registrados em uma escola de Moscou. Neste estudo, aumentamos o número de escolas para oito e os parâmetros medidos para três: nível de dióxido de carbono, umidade e temperatura.

Antes de avançarmos para o experimento em si e seus resultados, passamos à teoria. Qual deve ser o microclima na escola, quais são os padrões e que pesquisa já foi feita nessa área? Se você já conhece esses dados, prossiga imediatamente para uma descrição da experiência e dos resultados.

Teoria do Clima: Pesquisa Existente

Não fomos os primeiros a ficar intrigados com a questão do microclima da escola em geral e seu efeito nos seres humanos. Em 2015, a Organização Mundial da Saúde classificou a qualidade do ar em muitas escolas e jardins de infância europeus desfavorável (as notícias podem ser lidas aqui ) e sugeriu suas próprias maneiras de resolver esse problema. Além disso, vários estudos interessantes sobre esse assunto já foram realizados em todo o mundo.

União Européia. Os cientistas investigaram a condição e o bem-estar dos estudantes em salas com níveis de dióxido de carbono acima de 1.000 ppm. Resultados: as crianças nessas salas regularmente e por muito tempo têm 3,5 vezes mais chances de sofrer de tosse seca e 2 vezes mais chances de sofrer de rinite.

Coreia do Sul Em 110 casas em Seul, foram medidos os níveis de CO, NO, alérgenos de ácaros, baratas, esporos de mofo e CO2. Um total de 181 crianças menores de 14 anos com diagnóstico de asma moravam nas salas de teste. Uma das principais conclusões dos coreanos: um aumento nos níveis de dióxido de carbono aumenta a probabilidade de um ataque de asma.

U.S. O Instituto Berkeley investigou a relação entre os níveis de dióxido de carbono e a produtividade do trabalho. Objetivo: avaliar o impacto do CO2 nos mecanismos de tomada de decisão. Os sujeitos experimentais foram 22 pessoas que foram submetidas a 2,5 horas de intoxicação por dióxido de carbono em concentrações de 600, 1.000 e 2.500 ppm. Durante o estudo, os sujeitos passaram em testes de computador que exigiam tomada de decisão. Os resultados no nível de 600 ppm foram considerados básicos; ao atingir o nível de 1.000 ppm, a produtividade do trabalho diminuiu em seis dos nove indicadores, em um nível de 2.500 ppm - em sete. Assim, foi comprovada uma relação direta entre qualidade do ar e produtividade do trabalho. Embora as conclusões dos cientistas ainda precisem de mais confirmação, os dados dessa experiência já são suficientes para entender a importância do ar fresco para a atividade intelectual.

O que há na Rússia? Até o momento, infelizmente, não conseguimos encontrar um único estudo científico sério sobre a qualidade do ar nas escolas russas. Se você conhece um trabalho semelhante, teremos o maior prazer em vê-lo nos comentários.

Fato: Na Finlândia, níveis elevados de dióxido de carbono são motivos suficientes para fechar a escola antes de resolver o problema de ventilação.

Teoria do microclima: normas e padrões

Na maioria dos países europeus, agora existem padrões claros de microclima para salas de aula, baseados, entre outros, em estudos preliminares do efeito do dióxido de carbono no corpo humano. Como tal, não existem padrões de microclima para escolas na Rússia. No entanto, em nosso país, há um documento muito interessante - “GOST 30494-2011. Edifícios residenciais e públicos. Parâmetros do microclima interno . ” Ele define as normas e padrões aos quais o ar interior deve estar em conformidade.

Os padrões de concentração de CO2 contidos neste GOST indicam o teor permitido de dióxido de carbono em excesso de sua quantidade no ar externo. Para simplificar a percepção, recalculamos imediatamente os padrões, tomando 400 ppm de dióxido de carbono na rua como valor padrão (a propósito, o nível de CO2 atmosférico atingiu esse ponto no outono passado, o que foi discutido em um artigo separado no GeekTimes ). O conteúdo permitido de CO2, de acordo com o GOST, para salas nas quais as pessoas se envolvem em trabalho ou estudo intelectual (incluindo aulas) é de 400 a 600 ppm acima do nível de CO2 no ar da rua. Usando cálculos simples, calculamos que o conteúdo máximo permitido de dióxido de carbono nas salas de aula é de 800 a 1000 ppm. Fizemos uma “concessão” e assumimos o limite superior de 1.000 ppm como norma.

Quanto à temperatura, o mesmo GOST afirma que a temperatura nas salas para sessões de treinamento é de 20 a 22 ℃ na estação fria e 22 a 25 ℃ na estação quente. Os dados para o experimento foram coletados na estação fria, por isso adotamos o padrão de inverno de 22 ℃ como norma.

O nível de umidade é mais dependente do clima da cidade e em Novosibirsk o ar é seco. Portanto, como ponto de partida em nossos estudos, adotamos o mínimo permitido pelo GOST: a norma para a estação fria é de 30%, a quente é de 40% (focamos em 30%).

Todos os padrões acima mencionados durante o estudo foram considerados como norma e se tornaram o ponto de partida para discutir os resultados de nosso experimento.

Prática: nossa experiência

Oito escolas e ginásios em diferentes distritos de Novosibirsk foram escolhidos como campo de testes para a pesquisa. Os parâmetros do microclima escolar foram monitorados usando as estações base do sistema inteligente de microclima MagicAir com sensores embutidos para dióxido de carbono, temperatura e umidade. As estações base foram instaladas em 13 salas de aula, onde todas as aulas durante cinco dias letivos, de segunda a sexta-feira, eram realizadas de acordo com o horário usual. A ventilação central nas escolas estava ausente (5 escolas) ou foi desligada devido ao ruído alto que interfere com os alunos durante as aulas (2 escolas) ou ligada apenas durante os intervalos (1 escola). Todos os dados sobre o nível de dióxido de carbono, temperatura e umidade nos gabinetes chegaram ao servidor em nuvem online.

1. Um dia escolar, uma escola

A quantidade total de dados obtidos nos locais estudados é calculada em centenas de números e gráficos. Para maior clareza, começaremos a considerar os resultados no exemplo de um dia em um escritório de uma escola. Vamos designar como "Escola 1". Para entender a figura, combinamos gráficos de mudanças nos níveis de dióxido de carbono, umidade e temperatura e um horário escolar.

Nos gráficos 1-3 abaixo, os números em círculos indicam os números das lições, seis lições em cada um dos turnos. As aulas começam às 8:00 e duram 45 minutos, entre elas - intervalos de 10 ou 20 minutos. Entre turnos - um intervalo de 10 minutos. A linha verde nos gráficos indica os valores normativos dos parâmetros.

Todos os dados digitais são anexados no final do artigo, após a lista de referências (consulte o arquivo com o nome "Escola1_ gabinete1").

Dióxido de carbono


Horário 1. O nível de dióxido de carbono durante o dia escolar, Escola 1, sala 1

O gráfico 1 mostra a mudança na concentração de dióxido de carbono na sala de estudo 1 da escola 1 durante um dia escolar (das 8:00 às 20:00). O erro de medição é de ± 70 ppm em uma concentração não superior a 2300 ppm, ± 3% em uma concentração superior a 2300 ppm.

Antes do início das lições, o nível de CO2 ainda está em conformidade com os padrões, e parece, com uma grande “reserva”: às 7:30 no ar, apenas cerca de 430 ppm. Porém, mais perto das oito horas, as crianças vêm para a aula e os níveis de CO2 começam a crescer constantemente.

A segunda lição começa às 8:55 às 770 ppm e, em quinze minutos, o nível de CO2 excede a marca padrão, excedendo 1.000 ppm. Em geral, como é fácil ver, a concentração de CO2 excede a norma na maior parte do tempo (8,3 horas para o período estudado, ou seja, 69% das vezes).

O excesso mais significativo, 3.170 ppm, é registrado durante a quinta lição do primeiro turno.

De acordo com o cronograma 2, que mostra as mudanças na temperatura do ar na sala de aula (veja abaixo), você pode acompanhar quando as janelas foram abertas: fazia frio lá fora, portanto, invariavelmente, uma janela aberta levava a uma diminuição da temperatura. Você pode, por exemplo, notar que no dia descrito durante o intervalo antes da terceira lição do primeiro turno, o escritório estava bem ventilado: a temperatura caiu quase 3 graus e o nível de CO2 caiu para 660 ppm. Porém, no início da terceira lição, as janelas foram fechadas e a concentração de dióxido de carbono começou a aumentar novamente (temperatura também), até atingir 3.169 ppm críticos na quinta lição. Isso é mais de três vezes maior que o normal. A temperatura do ar atingiu 29 ℃.

O efeito de ir ao ar em uma classe completa de 20 a 30 pessoas chegou a nada em 15 a 20 minutos.

Um período favorável de CO2 ocorreu na segunda lição do segundo turno. A explicação para essa "sorte" é simples: primeiro, o escritório foi ao ar abrindo as janelas. E segundo, não havia alunos, a aula estava vazia. Assim que os alunos retornaram na terceira aula, a concentração de CO2 subiu novamente e atingiu 2.630 ppm (máximo no segundo turno).

Temperatura do ar



Horário 2. Temperatura do ar durante o dia escolar, Escola 1, sala 1

O Gráfico 2 mostra a mudança de temperatura do ar na sala de estudo 1 da Escola 1 durante um dia escolar (das 8:00 às 20:00). O erro de medição é de ± 1,5 ° C (limites de medição -10 ... + 85 ° C).

A temperatura do ar durante o dia escolar excede o normal, chegando a quase 30 ° C. O "melhor" resultado é 23 ° C, mas foi alcançado apenas por curtos períodos de tempo. Alterando a temperatura, você pode definir os períodos em que as janelas foram abertas no escritório. Devido ao fato de o estudo ter sido realizado na estação fria, uma janela aberta invariavelmente levou a uma diminuição da temperatura no escritório. Ao definir os períodos de ventilação, você pode compará-los com o gráfico de CO2. Uma vez fechada a janela, a temperatura e o nível de CO2 retomam seu crescimento.

Humidade do ar



Horário 3. Umidade durante o dia escolar, Escola 1, sala 1

O Gráfico 3 mostra a mudança na umidade do ar na sala de estudo 1 da Escola 1 durante um dia escolar (das 8:00 às 20:00). O erro de medição é de ± 4% (limites de medição de 0 a 95%).

Como você pode ver, a umidade também está longe de ser desejada. Na maioria das vezes, é reduzida e raramente atinge a marca normativa - no total, a umidade normal (30% e superior) durava apenas 2,8 horas por dia escolar (23% das vezes). E isso apesar do fato de termos adotado GOST 30% como norma, e não 40-60% recomendado por muitos fisiologistas.

Também não podemos deixar de notar que os períodos de umidade normal foram acompanhados por um excesso significativo de temperatura do ar (28–29 ° C) e nível de CO2 (2 3770 - 3 170 ppm).

Conclusões
Assim, no dia escolar observado na sala de estudo, de acordo com nossos dados, o nível médio de CO2 durante as aulas foi de 1.250 ppm, e o valor máximo de pico foi de 3.170 ppm. O nível médio de umidade foi de 19% e a temperatura média foi de 27 ℃.

A temperatura do ar durante o dia escolar está acima do normal. A umidade, por outro lado, é criticamente reduzida. O nível de dióxido de carbono no ar mostra uma grande amplitude de oscilações em comparação com outros parâmetros, mas basicamente excede a norma, às vezes indo além de 3.000 ppm.
Em geral, os parâmetros microclimáticos mais importantes para o conforto, o bem-estar e o pleno funcionamento do cérebro não atendem aos padrões durante todo o período do estudo ou na maior parte do período do estudo. Nem uma única lacuna foi registrada quando todos os três parâmetros do microclima atenderiam aos padrões ao mesmo tempo.

2. Uma semana escolar, todas as escolas

Em seguida, coletamos dados para todas as escolas, identificamos os intervalos das 8:00 às 19:00 (as aulas são realizadas na maioria das escolas durante esse horário) nos dias úteis de segunda a sexta-feira e calculamos os parâmetros médios do microclima.

A imagem é a seguinte:



Nas colunas "Nível médio de CO2", "Umidade média" e "Temperatura média", colocamos os indicadores médios de concentração de dióxido de carbono, umidade e temperatura do ar, respectivamente, em cada escola estudada durante todo o período de observação. Para o nível médio de 2, também indicamos a dispersão dos valores - o desvio padrão médio (dispersão) com um nível de confiabilidade de 95%.

A coluna “Valor médio de pico de CO2” contém os valores máximos médios do nível de dióxido de carbono em cada uma das escolas durante todo o período de observação (cinco dias letivos de segunda a sexta-feira, das 8:00 às 19:00).

Como você pode ver, a temperatura média corresponde à norma (20–22 ℃) em apenas três escolas. A umidade média é quatro. Mas nenhuma escola passaria no exame de CO2: nos oito casos, excede a marca padrão de 1.000 ppm, geralmente uma vez e meia ou duas vezes.

O gráfico 4 mostra o valor médio de CO2 no ar (foram coletados dados de todas as treze salas de aula de oito escolas), bem como a média máxima e mínima média durante o dia escolar.


Quadro 4. Resumo dos níveis de CO2 no ar para todas as escolas

Note-se, no entanto, que a duração do dia escolar varia de acordo com a escola. Em algum lugar, as crianças estão envolvidas em dois turnos, e em algum lugar apenas em um, o primeiro, para que à tarde as salas de aula estejam vazias. Isso explica a trajetória das linhas no lado direito do gráfico. Por exemplo, a linha do mínimo médio durante o segundo turno permanece estável dentro da faixa normal. Mas você não deve estar enganado: não se trata de ir ao ar. É que as fontes de CO2 foram para casa. No primeiro turno (quando as aulas são realizadas em todas as salas, sem exceção), mesmo o mínimo médio excede basicamente a norma.

Na linha "Média", você pode navegar para imaginar um estado típico do ar em um dia escolar típico de uma escola típica. Na maioria das vezes, os níveis de CO2 estão acima do normal. É notável como a concentração de CO2 mostra um crescimento rápido com o início das lições. Até uma aula “fresca” no início da manhã fica abafada no final da primeira aula (por volta das 9:00).

Anexamos dados digitais para todas as escolas no final deste artigo, após a lista de referências.

Conclusões

Com base em nossos dados, concluímos geral que nas escolas estudadas de Novosibirsk há excesso de dióxido de carbono durante as aulas, uma média de 500 ppm, umidade insuficiente e temperatura muito alta. Em outras palavras, o microclima nas escolas não atende aos requisitos regulamentares. A condição do ar nas salas de aula não apenas não contribui para o trabalho intelectual efetivo, mas também muitas vezes impede o aprendizado.

Em termos de níveis médios de dióxido de carbono, nenhuma escola apresentou um nível abaixo de 1.000 ppm. E o valor máximo de CO2 que registramos durante o experimento foi de 4.230 ppm! Esse excesso já representa um sério risco à saúde.

De acordo com pesquisadores da Universidade de Middlesex, que obtiveram o resultado de um experimento com um grupo de estudo de 300 adultos, a atenção é reduzida em 30% quando os níveis de dióxido de carbono atingem 800 ppm, e em uma concentração de mais de 1.500 ppm, 79% dos participantes experimentaram uma sensação de fadiga e dor de cabeça. Além disso, em um estudo de outro cientista do Reino Unido, o D.S.

Roberts, fadiga e perda de concentração já são observadas em um nível de dióxido de carbono de 600 ppm e aumentam à medida que a quantidade de CO2 aumenta. Com base nos resultados dessas experiências e de outros estudos, podemos dizer que o dióxido de carbono afeta diretamente o bem-estar (mais detalhes aqui ), bem como o desempenho acadêmico do aluno, impedindo-o de concentrar e aprender as informações da lição.

Além disso, em muitos casos, o problema do excesso de dióxido de carbono no ar não é reconhecido ou ignorado por várias razões (geralmente financeiras). Agora, entre as aulas, é realizada a ventilação “micro-arejamento” ou a ventilação pelo corredor; no entanto, o efeito de seu uso desaparece quase instantaneamente com o surgimento de crianças na sala de aula. Note-se também que a ventilação das janelas não é realizada em todos os escritórios, pois os peitoris das janelas costumam ser alinhados com livros, flores ou materiais visuais necessários para o treinamento. De qualquer forma, agora nas aulas não há troca aérea suficiente.

Alta temperatura e umidade insuficiente também são consideradas condições desfavoráveis ​​para o trabalho intelectual. A alta temperatura reduz o nível de saturação de oxigênio no sangue, que, por sua vez, se traduz em uma sensação de fraqueza, letargia, tontura e falta de ar também são possíveis. A uma temperatura do ar de cerca de 30 ℃, a transpiração aumenta e o equilíbrio de água e sal do corpo é perturbado. Quanto ao ar seco, atua sobre os olhos, causando vermelhidão, secura e contribuindo para a fadiga.

Como escolas em diferentes áreas da cidade foram consideradas, presumimos que as conclusões de um experimento com suposições conhecidas possam ser extrapoladas para todas as escolas do Distrito Federal da Sibéria, bem como para regiões com clima semelhante.No entanto, a diferença climática entre as regiões pode afetar apenas a temperatura e a umidade, mas não o nível de CO2. Portanto, assumimos que as conclusões sobre o estado de ventilação e a concentração de dióxido de carbono nas escolas são válidas para a maioria das escolas em toda a Rússia (e talvez até em todo o mundo: não é sem razão que os pesquisadores ocidentais também estão preocupados com esse problema).



Você pode realizar de maneira independente um experimento semelhante em sua cidade instalando a estação base MagicAir na escola. Talvez você compartilhe os resultados aqui no GeekTimes.

Conclusão

Realizamos um estudo da qualidade do ar em oito escolas de Novosibirsk, durante cinco dias letivos a cada cinco minutos, medindo três parâmetros principais do microclima: temperatura, umidade do ar e nível de CO2. Como resultado, descobrimos que em todas as escolas estudadas, um ou mais desses parâmetros não correspondem à norma (GOST 30494-2011). Nesse caso, a concentração média de CO2 em nenhuma das oito escolas não é normal.

O problema do microclima é relevante não apenas para as escolas, mas também para jardins de infância, seções esportivas e vários círculos - em geral, para todos os quartos onde muitas crianças se reúnem ao mesmo tempo. Ao mesmo tempo, numerosos estudos provam que o microclima nessas salas, e especialmente o nível de dióxido de carbono, afeta diretamente o bem-estar, a concentração e o desempenho acadêmico dos estudantes.

Ninguém argumentará que em instituições de ensino e de educação são necessárias boas condições para que essa mesma educação e treinamento prossiga de maneira eficiente e confortável. Infelizmente, porém, poucas pessoas ainda entendem que “boas condições” não são apenas novas mesas, um projetor e janelas de plástico, é também um microclima confortável: ar fresco com temperatura e umidade normais.

Referências:

1. DS Robertson Efeitos na saúde de aumento da concentração de dióxido de carbono na atmosfera // Ciência atual. 2006. Vol. 90, N 12.
2. KE Schaefer. Efeito do aumento dos níveis de CO2 no ambiente em humanos e animais // Experientia. 1982. Vol. 38
3. I.V. Gurina. Quem é responsável pelo abafamento na sala? // Química e vida. 2010. No2.
4. Condições adversas do ambiente interno das instalações da escola
5. Quando o dióxido de carbono se torna veneno
6. À procura de ar abafado, parte 1. Quanto CO2 em Moscou?
7. EXECUÇÃO DE VENTILAÇÃO EM LES ECOLES
8. O CO2 é um poluente interno? Efeitos diretos de CO2 baixo a moderado.
9. Concentrações no desempenho da tomada de decisão humana. Perspectivas de Saúde Ambiental, dezembro de 2012, N 12.
10. GOST 30494-2011. Edifícios residenciais e públicos. Parâmetros do microclima interno.

→ Dados da experiência