Wentylacja sali gimnastycznej i dwutlenek węgla

Wentylacja sali gimnastycznej w szkołach jest świetnym przykładem do omówienia metod wyznaczania niezbędnej ilości powietrza wentylacyjnego. Jest to związane między innymi z charakterem użytkowania takiego pomieszczenia. Zauważ, że jednego dnia, na sali mogą być przeprowadzane zajęcia wychowania fizycznego dla jednej lub dwóch klas, a innego – apel dla całej szkoły. Dostrzegasz problem? 🙂

Co więcej, zgodnie z § 147. 1. Warunków Technicznych^[1]Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. 2002 nr 75 poz. 690)., instalacje wentylacji i klimatyzacji powinny zapewniać odpowiednią jakość środowiska wewnętrznego, w tym wielkość wymiany powietrza, jego czystość, temperaturę, wilgotność względną oraz prędkość ruchu w pomieszczeniu przy zachowaniu pozostałych, obowiązujących przepisów odrębnych.

Zatem tak jak widać, wyżej wymieniony paragraf jest bardzo jasny i klarowny. 🙂 Dlatego właśnie, w tym artykule postaram Ci się nieco przybliżyć problem związany z wentylacją sal gimnastycznych uwzględniając zawartość dwutlenku węgla w powietrzu. Co więcej, określimy sobie tutaj również wymaganą ilość powietrza wentylacyjnego, która powinna być dostarczana do takiego pomieszczenia w zależności od stężenia dwutlenku węgla, a następnie porównamy ze sobą wszystkie wyniki i zobaczymy co na ten temat mówią obowiązujące przepisy oraz badania naukowe.

Ale to jeszcze nie wszystko… Chciałbym, abyśmy odpowiedzieli sobie w tym artykule również na jedno, bardzo ważne pytanie. Jak powinna działać wentylacja sali gimnastycznej, skoro ilość jednocześnie przebywających w niej osób może się od siebie różnić. I nie mówimy tutaj o znikomej różnicy, ale o różnicy sięgającej nawet kilkuset ludzi.

Jak obliczyć ilość powietrza wentylacyjnego?

Wentylacja sali gimnastycznej powinna zapewniać odpowiednią jakość środowiska wewnętrznego. Tak właśnie zaczyna się paragraf, o którym pisałem nieco wyżej. Ale co to dokładnie oznacza? Najprościej rzecz ujmując oznacza to, że powietrze wewnętrzne powinno posiadać m.in. odpowiednią temperaturę, wilgotność, powinno być pozbawione wszelkiego rodzaju zanieczyszczeń oraz stężenia poszczególnych substancji nie powinny przekraczać wartości określonych w Rozporządzeniu Ministra Rodziny, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 12 czerwca 2018 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (Dz. U. 2018 poz. 1286).

W tym artykule zajmiemy się przede wszystkim tematem związanym z maksymalną zawartością zanieczyszczeń w powietrzu wewnętrznym, a konkretnie, z maksymalnym stężeniem dwutlenku węgla. Ale jaka jest wymagana wartość takiego stężenia? Oczywiście wartość ta została określona w Rozporządzeniu Ministra Rodziny, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 12 czerwca 2018 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy. Zgodnie z nim, najwyższe dopuszczalne stężenie dwutlenku węgla w środowisku pracy wynosi 9000 mg/m³, a najwyższe dopuszczalne stężenie chwilowe wynosi 27000 mg/m³.

Od razu mogę Ci powiedzieć, że badania naukowe sugerują nieco inne wartości niż te, które zostały podane w Rozporządzeniu, ale do tego przejdziemy sobie w dalszej części artykułu. Teraz zastanówmy się wspólnie, w jaki sposób możemy w ogóle obliczyć niezbędną ilość powietrza nawiewanego dla instalacji wentylacji mechanicznej sali gimnastycznej jeżeli chcemy, aby stężenie dwutlenku węgla w powietrzu wewnętrznym nie przekraczało zadanej wartości?

Aby było to możliwe, musimy skorzystać z wzoru przedstawionego poniżej zakładając, że stężenie zanieczyszczeń rozprzestrzenia się równomiernie w całym pomieszczeniu.

• V_min – minimalny objętościowy strumień powietrza wentylacyjnego, m³/h
• ϕ – współczynnik jednoczesności
• Z – ilość zanieczyszczenia wydzielanego w pomieszczeniu, g/h
• C_max – dopuszczalne stężenie zanieczyszczenia w powietrzu, g/m³
• C_s – stężenie zanieczyszczenia w powietrzu nawiewanym, g/m³

Ile jest dwutlenku węgla w powietrzu?

No dobra, skoro tak, to abyśmy mogli przejść dalej musimy odpowiedzieć sobie na dwa, kolejne pytania. Jaka będzie wartość dwutlenku węgla wydzielana przez ludzi w sali gimnastycznej oraz jakie będzie stężenie tego gazu w powietrzu atmosferycznym.

Zacznijmy od odpowiedzi na drugi pytanie. Dwutlenek węgla stanowi ok. 0,0411% składu powietrza atmosferycznego. Gęstość powietrza w temperaturze +24°C (na potrzeby naszego przykładu weźmiemy pod uwagę okres zimowy i nawiew powietrza wentylacyjnego o takiej właśnie temperaturze) wynosi 1,17 kg/m³. W związku z powyższym, 0,0411% tej masy będzie stanowił właśnie dwutlenek węgla, czyli innymi słowy będzie on równy 0,48 g/m³.

Teraz przejdźmy do ilości dwutlenku węgla, która jest wydzielana przez ludzi w pomieszczeniu. Wartość ta zależy od aktywności fizycznej poszczególnych osób, co zostało przedstawione w poniższej tabeli^[2]Recknagel, Sprenger, Hönmann, Schramek, Poradnik – Ogrzewanie i klimatyzacja z uwzględnieniem chłodnictwa i zaopatrzenia w ciepłą wodę, wydawnictwo EWFE, rok 1994..

Zanim przejdziemy do samych obliczeń, to chciałbym, abyśmy najpierw przyjęli sobie pewne założenia. Załóżmy, że wszystkie obliczenia będą przeprowadzane dla szkoły podstawowej, w której jest 8 klas. Dodatkowo załóżmy jeszcze, że każda klasa będzie występować w 4 grupach, czyli łącznie w całej szkole będzie 32 grupy uczniów. Co więcej przyjmijmy, że w każdej grupie będzie znajdować się średnio 24 uczniów, a w całej szkole będzie pracować 24 nauczycieli.

Wentylacja sali gimnastycznej podczas zajęć wychowania fizycznego

Określenie ilości zanieczyszczeń w sali gimnastycznej

Skoro wiemy już ile dwutlenku węgla wytwarza człowiek, obliczmy sobie jakie będzie stężenie tego gazu podczas zajęć wychowania fizycznego. Do obliczeń przyjmijmy, że lekcje takie są prowadzone maksymalnie dla dwóch klas, a ilość nieobecnych uczniów stanowi 15% całej klasy.

Dodatkowo, aby było nieco ciekawiej, rozważymy sobie sytuację, kiedy na lekcji takiej uczniowie grają w koszykówkę. Czyli innymi słowy, 10 uczniów będzie grało, nauczyciel będzie sędziował mecz, a reszta osób będzie spokojnie siedziała na ławce. Zatem na początek obliczmy sobie ile osób w ogóle będzie obecnych na takich zajęciach z uwzględnieniem nauczyciela.

Teraz policzmy sobie ile dwutlenku węgla będzie wytwarzać 10 uczniów, grających w koszykówkę na boisku. W tym celu, mając na uwadze powyższą tabelę załóżmy, że każda taka osoba będzie wytwarzać ok. 60 l/h dwutlenku węgla. Oczywiście w tym celu zakładamy, że każdy taki uczeń będzie wykonywał pracę ciężką.

Nauczyciel, który sędziuje mecz będzie produkował ok. 20 l/h, ponieważ jego pracę można uznać jako pracę lekką.

Na samym końcu zostali nam jeszcze uczniowie, którzy siedzą na ławkach w sali i obserwują mecz bądź są pogrążeni w ciekawą dyskusję. Każda taka osoba będzie produkować ok. 15 l/h. Ponieważ łączna liczba osób w sali wynosi 42, z czego 10 osób gra w koszykówkę, jeden nauczyciel sędziuje mecz, to oczywiście liczba 31 będzie odpowiadać odpoczywającym uczniom.

Zatem łączna ilość dwutlenku węgla, produkowana przez wszystkie osoby w sali będzie równa:

Sala gimnastyczna jest pomieszczeniem, w którym temperatura wewnętrzna w okresie zimowym powinna być utrzymywana w granicach +16°C. Gęstość dwutlenku węgla w takich warunkach wynosi ok. 1,84 kg/m³. W związku z powyższym możemy sobie teraz obliczyć strumień masowy dla wydzielanego dwutlenku węgla w pomieszczeniu.

Określenie wymaganej ilości powietrza świeżego, jaką powinna zapewniać wentylacja sali gimnastycznej

Skoro wiemy już jaka będzie ilość zanieczyszczeń powstająca w pomieszczeniu, możemy sobie obliczyć wymagany, minimalny strumień powietrza wentylacyjnego dla wentylacji sali gimnastycznej. Oczywiście w tym celu skorzystamy z Rozporządzenia Ministra Rodziny, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 12 czerwca 2018 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy, wg którego, najwyższe dopuszczalne stężenie dwutlenku węgla w środowisku pracy wynosi 9000 mg/m³. Jeżeli wartość tą zamienimy z miligramów na gramy to otrzymamy 9 g/m³. Zatem teraz przejdźmy do obliczeń.

Zatem tak jak widzisz, aby stężenie dwutlenku węgla w pomieszczeniu nie przekroczyło wartości dopuszczalnych, w naszym przypadku wystarczy jedynie nieco poniżej 250 m³/h powietrza świeżego. Prawda, że mało? W przeliczeniu na jedną osobę, daje to wynik 5,59 m³/h!

No dobra, zatem skąd bierze się taka wartość? Zauważ, że do powyższych obliczeń wzięliśmy pod uwagę wartość dotyczącą najwyższego dopuszczalnego stężenie dwutlenku węgla w środowisku pracy. Przejdźmy zatem teraz… do lekcji historii. 🙂

Zastanawiam się, czy kojarzy Ci się z czymś postać Maxa Pettenkofera? Był to lekarz, który w przeszłości badał przyczyny złego samopoczucia osób przebywających w danym pomieszczeniu. Na podstawie przeprowadzonych badań, określił on, że większość osób zaczyna odczuwać dyskomfort, kiedy stężenie dwutlenku węgla w powietrzu wewnętrznym przekracza 1000 ppm^[3]S. Łęcki, Stała naturalna wentylacja mieszkań, wydawnictwo Instytut Budownictwa KBUiA, rok 1961.. Czyli innymi słowy w momencie, kiedy dwutlenek węgla stanowi więcej niż 0,1% składu powietrza wewnętrznego.

Skoro tak, to powróćmy teraz do naszych obliczeń. Gęstość powietrza w temperaturze +16°C wynosi 1,2 kg/m³. Zatem, aby wszystkie osoby przebywające pomieszczeniu nie odczuwały dyskomfortu, wentylacja sali gimnastycznej powinna utrzymywać zawartość dwutlenku węgla w powietrzu wewnętrznym poniżej wartości 1,20 g/m³.

Zatem obliczmy sobie teraz jaki strumień powietrza świeżego powinna zapewniać wentylacja sali gimnastycznej, zgodnie z badaniami przeprowadzonymi przez Maxa Pettenkofera.

Tak jak widzisz, strumień ten jest ponad 10 razy większy od poprzedniego wyniku. Co więcej, jeżeli przeliczymy sobie tą wartość w odniesieniu do pojedynczej osoby to dostaniemy wynik na poziomie 66,14 m³/h! Dostrzegasz różnicę? 🙂

Jeżeli interesują Cię tematy związane z ilością powietrza wentylacyjnego, przypadającą na jedną osobę wg różnych kryteriów, to informacje takie prześlę Ci na maila. Oczywiście jeżeli jesteś już zapisany na moją listę mailingową, to w ciągu najbliższych dni otrzymasz takie materiały. Jeżeli natomiast jeszcze się do niej nie zapisałeś to możesz to zrobić poniżej.

CHCESZ WIEDZIEĆ WIĘCEJ?

Już teraz zapisz się do darmowego newslettera i odbierz zestaw materiałów premium oraz dowiedz się o rzeczach, które niekoniecznie publikuję na stronie.

Chcę zapisać się do newslettera, a co za tym idzie wyrażam zgodę na otrzymanie na mój adres e-mail informacji o nowościach, promocjach, produktach i usługach oferowanych przez serwis swiadomyprojektant.pl oraz informuję, że zapoznałem się z treścią regulaminu i akceptuję jego treść. Wiem, że w każdej chwili mogę wycofać zgodę.

Pamiętaj, że lista ta służy mi tylko po to, aby dostarczyć Ci maksymalną ilość dodatkowej wiedzy i materiałów, których nie publikuję na stronie. Nie wysyłam na maila żadnych reklam, i nikomu nie udostępniam Twojego adresu e-mail więc możesz być o jego bezpieczeństwo całkowicie spokojny.

Wentylacja sali gimnastycznej podczas apeli

Określenie ilości zanieczyszczeń w sali gimnastycznej

Skoro wyznaczyliśmy sobie już minimalny strumień powietrza wentylacyjnego podczas zajęć wychowania fizycznego, przejdźmy teraz do innej sytuacji. Przejdźmy do sytuacji, kiedy na sali gimnastycznej gromadzi się cała szkoła. Oczywiście zdarzenie takie będzie miało miejsce podczas wszelkiego rodzaju apeli, itp.

Na początek przyjmijmy, że 10% wszystkich osób na sali będzie wykonywać pracę lekką, podczas której każda taka osoba będzie wytwarzać ok. 20 l/h dwutlenku węgla. Pozostałe 90% osób będzie słuchać przemówień, przez co ich produkcja dwutlenku węgla będzie wynosić ok. 15 l/h. Zatem obliczmy sobie teraz całkowitą wartość dwutlenku węgla, która będzie powstawać w sali gimnastycznej.

Czyli w tym przypadku, tak jak widzisz, na sali gimnastycznej będzie powstawać 12,28 m³/h dwutlenku węgla. Ponownie uwzględniając gęstość powietrza dla temperatury +16°C na poziomie 1,84 kg/m³, strumień masowy zanieczyszczeń będzie wynosił 22 600 g/h.

Określenie wymaganej ilości powietrza świeżego, jaką powinna zapewniać wentylacja sali gimnastycznej

Zatem przejdźmy teraz do obliczenia wymaganej, minimalnej ilości powietrza nawiewanego, jaką powinna zapewniać wentylacja sali gimnastycznej. Na początek obliczmy sobie tą wartość na podstawie wskaźników podanych w Rozporządzeniu, przyjmując współczynnik jednoczesności równy 0,9. Oczywiście współczynnik ten będzie oznaczał 10% nieobecności wszystkich osób w szkole.

Teraz obliczmy sobie tą samą wartość, ale z uwzględnieniem badań przeprowadzonych przez naszego przyjaciela Maxa Pettenkofera.

I ponownie mamy wynik ponad 10 razy większy od poprzedniej wartości. Zatem tak jak widzisz, wentylacja sali gimnastycznej, chociaż tak naprawdę również i innych obiektów jest tematem ciekawym. Zwłaszcza jeżeli będziemy ją rozpatrywać pod kątem stężenia dwutlenku węgla, obowiązujących wymagań oraz wszelkiego rodzaju wytycznych, które powstały dzięki badaniom przeprowadzonym w przeszłości.

Podsumowanie

Przejdźmy teraz do podsumowań, opartych oczywiście na naszych obliczeniach. Tak jak widzisz, wartości dla wentylacji sali gimnastycznej, obliczone jedynie na podstawie obowiązujących przepisów są wartościami znacznie zaniżonymi. Jeżeli zależy nam na dobrym samopoczuciu osób, przebywających w pomieszczeniu to powinniśmy kierować się tutaj przede wszystkim wszelkiego rodzaju wytycznymi. Oczywiście muszę tutaj zaznaczyć, że wyniki obliczone na podstawie wytycznych, w żadnym razie nie mogą być mniejsze od wartości podanych w Rozporządzeniu. Ale to jest chyba jasne? 🙂

Dodatkowo, musimy zadać sobie jeszcze jedno pytanie. Czy wentylacja sali gimnastycznej powinna być liczona jedynie dla zajęć wychowania fizycznego czy też dla sytuacji, kiedy na sali takiej będą przebywać osoby z całej szkoły? Tutaj niestety nie ma jednoznacznej odpowiedzi…

Osobiście jednak uważam, że w tym przypadku powinniśmy kierować się dwoma kryteriami. Przede wszystkim, powinniśmy zapewnić dobre samopoczucie dla wszystkich osób podczas lekcji wychowania fizycznego. A po drugie, powinniśmy zadbać również o to, aby stężenie dwutlenku węgla nie przekraczało maksymalnych wartości podczas wszelkiego rodzaju apeli szkolnych.

Dlaczego tak uważam? Zauważ, że jeżeli chcielibyśmy zaprojektować instalację wentylacji mechanicznej, która zapewniałaby dobre samopoczucie dla wszystkich osób podczas zgromadzeń całej szkoły to centrala wentylacyjna musiałaby zapewniać nawiew powietrza wynoszący nieco ponad 20 000 m³/h. Podczas zajęć wychowania fizycznego wystarczy, aby ilość powietrza wentylacyjnego wynosiła niecałe 3 000 m³/h.

Zatem jeżeli rozważymy koszty takiej instalacji oraz częstotliwość apeli w szkole to możemy dojść do wniosku, że projekt aż tak przewymiarowanej instalacji po prostu mija się z celem. Oczywiście zawsze powinniśmy dążyć do zapewnienia jak najlepszych parametrów powietrza wentylacyjnego, ale czasem musimy pomyśleć również nad zasadnością naszych wyborów. 🙂 Takie jest przynajmniej moje zdanie w tym temacie.

PODOBAŁ CI SIĘ ARTYKUŁ?

Już teraz odbierz zestaw darmowych materiałów premium, które pomogą Ci zwiększyć wiedzę oraz poprawić finanse

Chcę zapisać się do newslettera, a co za tym idzie wyrażam zgodę na otrzymanie na mój adres e-mail informacji o nowościach, promocjach, produktach i usługach oferowanych przez serwis swiadomyprojektant.pl oraz informuję, że zapoznałem się z treścią regulaminu i akceptuję jego treść. Wiem, że w każdej chwili mogę wycofać zgodę.