Uticaj nivoa provetrenosti na kvalitet vazduha u …termotehnika.vinca.rs/content/files/uticaj-nivoa-provetrenosti-na...dve smene, kada je u~ionica uglavnom prazna, nivo koncentracije

Biqana S. Vu~i}evi}, Valentina M. Turawanin,Ma rina P. Jovanovi}, Nikola S. Mirkov, Ivan M. Lazovi}

Laboratorija za termotehniku i energetiku,Institut za nuklearne nauke „Vin~a”, Univerzitet u Beogradu, Beograd, Srbija

Uticaj nivoa provetrenosti na kvalitetvazduha u osnovnim {kolama u SrbijiStru~ni rad

Kvalitet unutra{weg vazduha u {kolama je veoma vaàn za zdravqeu~enika i nastavnika, kao i za kvalitet u~ewa. Glavni izvorstvarawa CO2 poti~e od metaboli~kih procesa prisutnih. Tako|e,koncentracija CO2 moè da raste usled difuzije iz spoqa{wesredine, kao rezultat sagorevawa fosilnih goriva u okolini.Koncentracija CO2 zavisi od nivoa provetrenosti, veli~ineu~ionice, broja u~enika i veli~ine perioda vremena koje oni proveduu zgradi. Nivo provetrenosti u {kolama se meri veoma retko, ~ak nikada lo{a provetrenost uzrokuje zdravstvene probleme i dovede doodsustva dece iz {kole. Podaci o koncentraciji CO2 ~esto sekoriste za ocenu kvaliteta vazduha, ~ime se izbegavaju skupa ikomplikovana merewa. U ovom radu su prikazana merewa koncen-tracije CO2 u unutra{wem i spoqa{wem vazduhu u pet {kola u tokugrejne sezone. Prikazani rezultati su upore|eni sa vaè}impropisima i standardima u ovoj oblasti.

Kqu~ne re~i: koncentracija CO2, {kole, kvalitet vazduha

Uvod

Kvalitet unutra{weg vazduha u u~ionicama moè zna~ajno da uti~e na rad

u~enika. Ovo je posebno va`no za decu od 7‡10 godina, jer je to uzrast kada je wihov

fizi~ki razvoj veoma intenzivan. Ova populacija je veoma sklona respiratornim

infekcijama {to dovodi do ~estog odsustva iz {kole [1, 2]. Tako|e, wihove

sposobnosti za u~ewe zavise od mogu}nosti koncentracije, {to je u direktnoj vezi sa

koli~inom sveèg vazduha u u~ionici.

Tokom boravka u {koli, deca su izloèna mnogim zaga|iva~ima vazduha,

kako onim koji se stvaraju unutar zgrade, tako i onim koji dolaze sa spoqa{wim

vazduhom. Iako CO2 ne spada u zaga|iva~e, porast koncentracije CO2 ukazuje na lo{u

ventilaciju. Koncentracija u spoqa{wem vazduhu je uobi~ajeno oko 350‡400 ppm [3],

a ukoliko se u okolini nalaze zna~ajniji industrijski objekti ili je visok nivo

saobra}aja, te vrednosti mogu biti i vi{e. Glavni izvor stvarawa CO2 u u~ionicama

B. Vu~i}evi} i dr.: Uticaj nivoa provetrenosti na kvalitet vazduha ..TERMOTEHNIKA, 2014, XL, 1‡2, 11-17 11

* Odgovorni autor; elektronska adresa: [email protected]

je disawe, a nivo koncentracije CO2 zavisi od broja u~enika, koliko dugo se boravi u

u~ionici, koli~ine sveèg vazduha koji ulazi spoqa, veli~ine u~ionice i

koncentracije CO2 u spoqa{wem vazduhu.

Koncentracija drugih zaga|iva~a koji se stvaraju unutar zgrade veoma zavisi

od razlike koncentracija CO2 u unutra{wem i spoqa{wem vazduhu [4]. Nivo CO2 u

unutra{wem vazduhu se koristi kao indikator kvaliteta unutra{weg vazduha i

zamewuje merewa broja izmena vazduha relativno jevtinom digitalnom opremom za

mon i tor ing koncentracije CO2 u vazduhu u realnom vremenu.

Prema ASHRAE standardu minimalna vrednost nivoa provetrenosti je 8 l/s po

osobi, a preporu~ena iznosi 10 l/s [5]. Brzina stvarawa CO2 se uglavnom mewa u

zavisnosti od intenziteta i vremena trajawa fizi~kih aktivnosti. Kada prisutne

osobe sede (u kancelarijama, {kolama, stanovima, laboratorijama), brzina stvarawa

metaboli~kog CO2 je oko 0.3 l/s po osobi [6]. Na osnovu masenog bilansa i pretpostavke

da je koncentracija CO2 u spoqa{wem vazduhu 400 ppm, dobija se da je koncentracija

CO2 u unutra{wem vazduhu oko 900 ppm [7].

Metod

Broj izmena vazduha se, uz pretpostavku da je me{awe unutra{weg vazduha

dobro, ra~una na osnovu koncentracija CO2 u unutra{wem i spoqa{wem vazduhu

takozvanom de cay metodom ili metodom slabqewa. Izvod po vremenu koncentracije

nekog unutra{weg zaga|iva~a, uop{teno se defini{e prema izrazu [8]:

VC

tQC QC t S kC t

d

do= - + -( ) ( ) (1)

U jedna~ini (1), promena koncentracije je definisana prema dC/dt = ulaz ‡

izlaz + izvor ‡ raspadawe; pri ~emu su:

‡ Co, C(t) odnosne koncentracije zaga|iva~a spoqa i unutra,

‡ Q protok vazduha kroz omota~ zgrade,

‡ S unutra{wi izvori stvarawa zaga|iva~a, i

‡ k je konstanta raspada zaga|iva~a.

Kod zaga|iva~a kakav je CO2, nema raspada, pa je k = 0. Osim toga, ako

pretpostavimo da nema unutra{wih izvora CO2, moè se uzeti da je i S = 0. Tada se

jedna~ina (1) pojednostavquje:

VC

tQ C C t

d

do= -[ ( )]

(2)Ova pretpostavka moè da se primeni za pe riod vremena kada nije bilo

u~enika u u~ionicama. Na osnovu toga, integraqewem jedna~ine (2) dobija se izraz za

izra~unavawe unutra{we koncentracije CO2:

C t C C C

Q

Vt

( ) [ ( ) ]= + --

o o e0 (3)

gde je:

– C(0) koncentracija CO2 u unutra{wem vazduhu u trenutku t = 0, i

B. Vu~i}evi} i dr.: Uticaj nivoa provetrenosti na kvalitet vazduha ...12 TERMOTEHNIKA, 2014, XL, 1‡2, 11-17

‡ Q/V broj izmena vazduha (AER1).

Posle sre|ivawa, jedna~ina (3) postaje:

AERt

C C

C t C=

-

-

1 0ln

( )

( )o

o

(4)

Merewa

Mon i tor ing koncentracije CO2 je sproveden u 5 osnovnih {kola tokom

grejne sezone. Tri se nalaze u Boru i Zaje~aru, a po jedna u selu Zlot i Beogradu. U

svakoj {koli su merewa sprovedena u bar tri u~ionice tokom 5 radnih dana (od

ponedeqka do petka). Senzori za merewe koncentracije CO2 su postavqeni u

odabrane u~ionice na visinu od oko 1.1 m iznad poda, daleko od vrata i prozora i

najmawe 1 m od u~enika. Oprema je pode{ena da meri i beleì podatke na svakih 10

minuta. Tako|e, oprema je postavqena i izvan {kola, da bi se izmerili i parametri

spoqa{weg vazduha, sa istim vremenskim intervalom merewa.

Rezultati i analiza rezultata

Kvalitet unutra{weg vazduha veoma zavisi od broja zaga|iva~a (industrija,

saobra}aj, sagorevawe, itd.) i intenziteta emisije zaga|ewa u atmosferu. Osnovne

{kole, odabrane za ovu analizu, sme{tene su u razli~itim oblastima. [kole 2 ([2)

i 5 ([5) se nalaze u Zaje~aru u centru grada i predgra|u, respektivno, a {kola 1 ([1)

je udaqena oko deset kilometara od centra Zaje~ara, u selu Grqan. Grejawe u

{kolama 1 i 5 je iz individualnih kotlarnica na ugaq, dok je {kola 2 prikqu~ena na

sistem daqinskog grejawa. Grad ima oko 40000 stanovnika, pri ~emu je daqinsko

grejawe slabo zastupqeno (sa mawe od 20%). U grejnoj sezoni, najve}i broj

doma}instava u gradu i svako doma}instvo u selu se greje sagorevawem drva i ugqa u

individualnim pe}ima.

[kola 3 ([3) nalazi se u Boru, koji je industrijski grad sa pribli`no istim

brojem stanovnika kao Zaje~ar, ali glavna razlika je u broju doma}instava

prikqu~enih na sistem daqinskog grejawa. Osnovna karakteristika stambenog

fonda Bora je da se uglavnom sastoji od zgrada, umesto individualnih ku}a. Broj

korisnika daqinskog grejawa je veliki, a samim tim je i broj individualnih

kotlarnica mali. [kola 4 ([4) se nalazi u Beogradu, u bloku zgrada uglavnom

povezanih na sistem daqinskog grejawa.

Slika 1 prikazuje kontinualna merewa unutra{we koncentracije CO2 u

u~ionici II ([3) i spoqa{we koncentracije CO2 tokom pet dana merewa u grejnoj

sezoni. Od momenta kada u~enici ulaze u u~ionicu ujutru (oko 8 h), nivo

koncentracije CO2 se pove}ava i dostiè maksimum na kraju jutarwe smene. Izme|u

dve smene, kada je u~ionica uglavnom prazna, nivo koncentracije CO2 se smawuje i

ponovo po~iwe da raste na po~etku popodnevne smene (oko 14 h). Nakon zavr{etka

druge smene, koncentracija opada i dostiè min i mum u toku no}i kao posledica

tendencije da se uravnoteì sa spoqa{wim CO2.


1Air ex change rate – broj izmena vazduha

Za sve odabrane {kole, ka-

rakter grafika, koji prikazuju

koncentraciju CO2, je sli~an.

Postoje razlike u veli~ini

maksimuma i minimuma izme-

renih vrednosti. Tabela 1

pokazuje maksimalne i mini-

malne vrednosti koncentra-

cije CO2 za svaku {kolu i svaku

u~ionicu u posmatranom peri-

odu. Te vrednosti poti~u od

vrednosti merenih samo tokom

radnih dana (u periodu od 8‡12

~asova, vreme uzorkovawa 10

minuta), {to pribli`no odgo-

vara vremenu koje u~enici

provode u {koli.

Rezultati pokazuju da su prose~ne vrednosti koncentracije CO2 u

u~ionicama, kada su deca prisutna, ~esto prelazi 1000 ppm, a u nekim u~ionicama ~ak

i 1500 ppm, {to ukazuje na neadekvatnu ventilaciju.

Na osnovu evropskog standarda EN15251 (Ulazni parametri unutra{we

sredine za projektovawe i procenu energetskih karakteristika zgrada, kvaliteta

unutra{weg vazduha, toplotnog okruèwa, osvetqewa i akustika) usvojenog u

Srbiji, kvalitet unutra{weg vazduha se kategori{e na osnovu razlika izme|u

unutra{we i spoqa{we koncentracije CO2. Postoje ~etiri kategorije kvaliteta

vazduha koje su prikazane u tab. 2.


Slika 1. Koncentracija CO2 ([3, u~ionica II)

Tabela 1. Koncentracija CO2 u ppm ( 8 h – 12 h)

[kola [1 [2 [3 [4 [5

I u~ionica

Sredwe 1727 1242 1182 1150 1167

Minimum 714 561 472 491 449

Maksimum 2928 2410 1732 2021 2376

II u~ionica

Sredwe 1628 887 1250 1039 1019

Minimum 630 536 532 549 420

Maksimum 3045 1606 2190 1775 1604

III u~ionica

Sredwe 1142 2015 990 1327 1209

Minimum 535 670 427 601 659

Maksimum 1902 3614 1502 2231 2253

Tablica 3 prikazuje kategorije kvali-

teta unutra{weg vazduha u u~ionicama

definisane u tab. 2, razlike izme|u pro-

se~ne unutra{we (tab. 1) i spoqa{we

koncentracije CO2. Prema srpskom stan-

dardu, II kategorija se preporu~uje za

{kolske zgrade, a tab. 3 pokazuje da je kva-

litet vazduha u ispitivanim u~ionicama

uglavnom III i IV kategorije.

Izra~unata je sredwa vrednostizmene vazduha (AER) za svaku u~ionicu u svim {kolama na osnovu smawewa kon-centracije CO2 (metoda opadawa). Pro-ra~un se obavqa pomo}u jedna~ine (4) iizmerenih podataka u odabranim u~i-onicama u periodu kada nema u~enika (utrajawu od 3 sata). Slika 2 pokazuje sma-wewe unutra{we koncentracije CO2 odtrenutka kada su u~enici napustiliu~ionicu.

Zapremina posmatranih u~ionica,prose~an broj u~enika u posmatranomperiodu, izra~unata vrednost AER inivo ventilacije prikazani su u tab. 4.


Tabela 2. Preporu~ene razlike izme|uunutra{we i spoqa{we koncentracije CO2

KategorijaOdgovaraju}a

koncentracija CO2 [ppm]

I 350

II 500

III 800

IV >800

Tabela 3. Kategorije kvaliteta vazduha u u~ionicama

[kola [1 [2 [3 [4 [5

Spoqa{wi CO2[ppm]

522 460 424 408 420

I u~ionica

Sredwe 1727 1242 1182 1150 1167

Razlika 1205 782 758 742 747

Kategorija IV III III III III

II u~ionica

Sredwe 1628 887 1250 1039 1019

Razlika 1106 427 826 631 599

Kategorija IV II IV III III

III u~ionica

Sredwe 1142 2015 990 1327 1209

Razlika 620 1555 566 919 789

Kategorija III IV III IV III

Slika 2. Smawewe koncentracije CO2 upraznim u~ionicama

Vrednosti broja izmena vazduha su u rasponu od 0,475‡1,451 h‡1.Ove vrednosti su veoma male u pore|ewu sa preporu~enim vrednostima za

{kolske u~ionice koje su u opsegu 4‡12 h‡1. Shodno tome, vrednosti nivoaventilacije su male i nalaze se u opsegu od 0,826‡4,146 l/s po osobi.

Zakqu~ak

Ova studija je sprovedena u pet osnovnih {kola u Srbiji tokom grejne sezone. Sve {kole imaju prirodnu ventilaciju i nalaze se i u seoskim i u gradskimsredinama. Merewe unutra{we i spoqa{we koncentracije CO2 je ura|eno kako bi seutvrdilo koliki je broj izmena vazduha i nivo ventilacije, koji predstavqaju merukvaliteta vazduha u u~ionicama u kojima borave deca uzrasta od 7‡10 godina.

Rezultati dobijeni u ovoj studiji pokazuju da su prose~ne koncentracije CO2

veoma visoke kada su deca u prostorijama i ~esto prelaze 1000 ppm. Pri kraju smene,koncentracija CO2 dostiè maksimalne vrednosti, koje idu i do 3600 ppm. Kvalitetunutra{weg vazduha je nizak i uglavnom pripada III i IV kategoriji.

Glavni razlog za visoke unutra{we koncentracije CO2 i nizak kvalitetunutra{weg vazduha je nedovoqna ventilacija u~ionica. Ovi rezultati ukazuju napotrebu ozbiqnog pristupa ovom problemu, odnosno neophodnost izrade strategijeza kontrolu ventilacije u {kolama.

Zahvalnost

Ovaj rad je rezultat rada postignut u okviru istraìva~kog projekta"Unapre|ewe energetskih karakteristika i kvaliteta unutra{weg prostora u


Tabela 4. Izra~unate vrednosti AER i nivoa ventilacije u {kolama

[kola [1 [2 [3 [4 [5

I u~ionica

Zapremina [m3] 216 182 210 288 204

Broj u~enika 25 29 20 24 22

AER [1/h] 1,057 0,474 1,142 0,475 0,92

Nivo ventilacije (1/s po osobi) 2,537 0,826 3,331 1,583 2,37

II u~ionica

Zapremina [m3] 216 205 210 272 204

Broj u~enika 22 18 28 28 20

AER [1/h] 1,322 1,014 1,218 0,66 0,584


III u~ionica

Zapremina [m3] 216 195 210 288 204

Broj u~enika 21 31 16 21 19

AER [1/h] 1,451 0,795 0,886 0,64 0,721


zgradama obrazovnih ustanova u Srbiji sa uticajem na zdravqe", broj projekta:III42008, finansiran od strane Ministarstvo prosvete, nauke i tehnolo{kog razvojaRepublike Srbije (januar 2011. ‡ decembar 2014.).

Literatura

[1] Shendell, D. G., et al., As so ci a tions be tween Class room CO2 Con cen tra tions and Stu dent At -ten dance in Wash ing ton and Idaho, In door Air, 14 (2004), 5, 333-341

[2] Daisey, J. M., Angell, W. J., Apte, M.G., In door Air Qual ity, Ven ti la tion and Health Symp -toms in Schools: An Anal y sis of Ex ist ing In for ma tion, In door Air, 13 (2003), 1, 53-64

[3] Apte, M. G., Fisk, W. J., Daisey, J. M., As so ci a tions be tween In door CO2 Con cen tra tions andSick Build ing Syn drome Symp toms in U.S. Of fice Build ings: An Anal y sis of the 1994-1996BASE Study Data, In door Air, 10 (2000), 4, 246-257

[4] Bluyssen, P. M., et al., Eu ro pean In door Air Qual ity Au dit Pro ject in 56 Of fice Build ings, In -door Air, 6 (1996), 4, 221-238

[5] ***, ASHRAE, Ven ti la tion for Ac cept able In door Air Qual ity, in: ASHRAE Stan dard62-1999, Amer i can So ci ety of Heat ing, Re frig er a tion and Air Con di tion ing En gi neers, 1999

[6] ***, ISO:7730, Mod er ate Ther mal En vi ron ments – De ter mi na tion of the PMV and PPD In -di ces and Spec i fi ca tion of the Con di tions for Ther mal Com fort, 1994

[7] ***, Us ing CO2 for De mand-Con trolled Ven ti la tion, Trane En gi neers News let ter, 31 (2002), 3[8] You, Y., et al., Mea sur ing Air Ex changes Rates Us ing Con tin u ous CO2 Sen sors, in: Clima 2007

WellBeing In doors, (Eds. O. Seppänen, J. Säteri), Hel sinki, Fin land, 2007

Ab stract

Ven ti la tion Rate in Schools in Ser bia

by

Biljana S. VUÎ]EVI], Valentina M. TURANJANIN, Ma rina P. JOVANOVI],Nikola S. MIRKOV, and Ivan M. LAZOVI]

Lab o ra tory for Ther mal En gi neer ing and En ergy,Vin~a In sti tute of Nu clear Sci ences, Uni ver sity of Bel grade, Bel grade, Ser bia

The qual ity of in door school air is very im por tant for health and learn ing per for -mance of chil dren and teach ers. The pri mary in door CO2 source in class rooms is the res -pi ra tion of school build ing oc cu pants. Also, CO2 co mes from out side as a re sult of fos silfu els com bus tion. CO2 con cen tra tion de pends on a ven ti la tion rate, size of the class roomand num ber of oc cu pants and time they spend in school build ing. Un for tu nately, ven ti la -tion rate in schools was not mea sured very of ten, even in cases when in ad e quate ven ti la -tion caused health prob lems and the ab sence of pu pils from school. Car bon di ox idecon cen tra tion is used as a sur ro gate of the out door sup ply air rate per oc cu pant in stead ofex pen sive and po ten tially com pli cated mea sure ments. In this pa per, the CO2 con cen tra -tion mea sure ments at the in door and out door en vi ron ment were per formed in fiveschools in ur ban and ru ral ar eas in Ser bia dur ing heat ing sea son. Ven ti la tion rates werecal cu lated and pre sented in com par i son with cur rent reg u la tions.

Key words: ven ti la tion rate, schools, car bon di ox ide, IAQ

* Cor re spond ing au thor: e-mail: [email protected]

Rad primqen: 21. jula 2014Rad revidiran: 9. decembra 2014Rad prihva}en: 19. avgusta 2014


Documents

Uticaj nivoa provetrenosti na kvalitet vazduha u …termotehnika.vinca.rs/content/files/uticaj-nivoa-provetrenosti-na...dve smene, kada je u~ionica uglavnom prazna, nivo koncentracije