Η ανάγκη για την βελτίωση της εσωτερικής ποιότητας αέρα (IAQ) σε όλες τις κτηριακές υποδομές, οικιακές ή επαγγελματικές, είναι πλέον δεδομένη, γεγονός που καθιέρωσε τη θέσπιση νέων κανονισμών και την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών. Η ανάγκη αυτή εντείνεται στην περίπτωση των σχολικών αιθουσών καθώς ο συνωστισμός είναι μεγάλος με αποτέλεσμα την απότομη και συνεχή μόλυνση του αέρα αλλά και την συσχέτιση της ποιότητας αέρα με τη συγκέντρωση και την υγεία των μαθητών.
Γράφει ο Μαργαρίτης Ευάγγελος
Μηχανολόγος Μηχανικός
Consulting DPT Calda Energy
Με αφορμή την εξάπλωση τουιού SARS-Cov 2, το Υπουργείο Υγείας προχώρησε στην έκδοση της Εγκυκλίου υπ. Αριθμ. Δ1/ΓΠ οικ.986/8-1-2021, σύμφωνα με την οποία προβλέπεται, μεταξύ άλλων, πως οι αίθουσες θα πρέπει να αερίζονται πλήρως για 15 λεπτά πριν την έναρξη της λειτουργίας τους και κατά τη διάρκεια των διαλειμμάτων καθώς πως, κατά τη διάρκεια των μαθημάτων, τα παράθυρα θα πρέπει να παραμένουν ανοιχτά για τουλάχιστον 5 λεπτά ανά 20 λεπτά ή μία φορά κατά τη διάρκεια της 45λεπτης ώρας διδασκαλίας, ώστε να ανανεώνεται πλήρως ο εσωτερικός αέρας.
Αυτή η λύση, του φυσικού αερισμού, δεν είναι ενεργειακά και οικονομικά η βέλτιστη καθώς ο νωπός αέρας που εισέρχεται στις αίθουσες βρίσκεται σε συνθήκες περιβάλλοντος με αποτέλεσμα να αναγκάζει τα συστήματα θέρμανσης και κλιματισμού να λειτουργούν αδιάκοπτα καταναλώνοντας ενέργεια και επιβαρύνοντας οικονομικά τους φορείς. Παράλληλα, ο νωπός αέρας, ειδικά στις αστικές περιοχές, είναι επιβαρυμένος με επιβλαβή σωματίδια, όπως CO2, τα οποία μεταφέρονται στις αίθουσες και εισπνέονται από τους μαθητές. Τέλος, το άνοιγμα των παραθύρων συμβάλει στην αύξηση του θορύβου από τους εξωτερικούς παράγοντες δημιουργώντας ακατάλληλες συνθήκες για την ομαλή εξέλιξη της εκπαιδευτικής διαδικασίας.
Μηχανικός εξαερισμός με ανάκτηση θερμότητας:
Η βέλτιστη λύση για τη διασφάλιση της ποιότητας του αέρα στις αίθουσες είναι η εγκατάσταση μηχανικού εξαερισμού με ανάκτηση θερμότητας (MVHRV). Η βάση λειτουργίας του μηχανικού εξαερισμού με ανάκτηση θερμότητας είναι η παροχή νωπού αέρα στην αίθουσα σε συνθήκες κοντινές με αυτές του εσωτερικού αέρα, αφού ο νωπός και ο εσωτερικός αέρας διέρχονται μέσα από έναν εναλλάκτη θερμότητας, χωρίς παρόλα αυτά να διασταυρώνονται άμεσα, ώστε να μην υπάρχει μετάδοση των ρυπογόνων ουσιών, με αποτέλεσμα ο νωπός αέρας να ανακτά ένα ποσοστό της θερμότητας του εσωτερικού αέρα ο οποίος έχει θερμανθεί ή κλιματιστεί από την υπάρχουσα εγκατάσταση θέρμανσης-κλιματισμού ανάκτηση αυτή μπορεί να φτάσει ακόμα και το 90% καθώς, την τελευταία δεκαετία, ο κλάδος παρουσιάζει μεγάλη πρόοδο.
Στο εσωτερικό της αίθουσας, τα όρια λειτουργίας των μηχανημάτων φαίνονται στο παρακάτω διάγραμμα:
Ενώ για τις εξωτερικές συνθήκες φαίνονται στο παρακάτω διάγραμμα:
Όταν η εξωτερική θερμοκρασία είναι <0 oC, ο μικροεπεξεργαστής μειώνει την παροχή ώστε να αποφευχθεί η δημιουργία πάγου μέσα στο μηχάνημα ενώ όταν η θερμοκρασία είναι <-10 oC διακόπτεται η λειτουργία.
Παράλληλα, ο νωπός αέρα, που εισέρχεται στην αίθουσα, φιλτράρεται μέσα από μια σειρά ειδικών φίλτρων, απομακρύνοντας ρυπογόνες ουσίες που χωρίς αυτήν την επεξεργασία θα εισπνεόντουσαν από τους μαθητές.
Τόσο στην παροχή όσο και στην εξαγωγή του αέρα, τοποθετούνται ανεμιστήρες για τη σωστή ρύθμιση των ροών.
Αποκεντρωμένος μηχανικός εξαερισμός με ανάκτηση θερμότητας:
Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που αντιμετωπίζουν τα εκπαιδευτικά ιδρύματα όσον αφορά τον μηχανικό εξαερισμό είναι η δυσκολία εγκατάστασης σε υφιστάμενες υποδομές. Ο κλασσικός τρόπος κεντρικού εξαερισμού με μηχανήματα υψηλής παροχής αέρα που καλύπτουν τις ανάγκες πολλαπλών χώρων μέσω αεραγωγών, είναι σχεδόν αδύνατος λόγω χωροταξικών περιορισμών αλλά και του συνολικού κόστους.
Τη λύση σε αυτό το πρόβλημα έρχονται να δώσουν τα μηχανήματα αποκεντρωμένου μηχανικού εξαερισμού τα οποία καλύπτουν τις ανάγκες μίας αίθουσας με τη μόνη απαίτηση, όσον αφορά την εγκατάσταση, την δημιουργία δύο οπών σε εξωτερικό τοίχο, ώστε να είναι δυνατή η προσαγωγή και η απόρριψη του αέρα. Στο εσωτερικό της αίθουσας, είτε κάθετα στο δάπεδο είτε οριζόντια στην οροφή, τοποθετείται το μηχάνημα το οποίο δεν έχει διαστάσεις μεγαλύτερο από ένα κλασσικό fan coil. Στην εξωτερική πλευρά του τοίχου το μόνο που είναι εμφανές είναι οι δύο περσίδες που καλύπτουν τις οπές.
Επιλογή του σωστού εξοπλισμού:
Παροχή νωπού αέρα:
Σύμφωνα με τον ΚΕΝΑΚ 2017 άρθρο 3.4.3, για τη διασφάλιση της απαραίτητης ποιότητας εσωτερικού αέρα και λαμβάνοντας υπόψιν τα πρότυπα ΕΛΟΤ ΕΝ 15251:2007, ASHRAE 62.1-2010 και Τ.Ο.Τ.Ε.Ε. 2425/86, για τις περιπτώσεις των εκπαιδευτικών κτηρίων, οι απαιτούμενες τιμές παροχής αέρα έχουν ως εξής:
| Χρήση Κτηρίων | Άτομα/100m2 επιφ. δαπέδου |
Νωπός αέρας [m3/h/άτομο] |
Νωπός αέρας [m3/h/ m2] |
| Νηπιαγωγείο | 50 | 22 | 11 |
| Πρωτοβάθμια/Δευτεροβάθμια εκπαίδευση | 50 | 22 | 11 |
| Τριτοβάθμια εκπαίδευση | 50 | 22 | 11 |
| Φροντιστήριο/Ωδείο | 55 | 22 | 12 |
Αυτό σημαίνει ότι σε μια αίθουσα τριτοβάθμιας εκπαίδευσης 60m2 με 30 μαθητές η παροχή νωπού αέρα θα πρέπει να είναι 660m3/h.
Φίλτρα:
Όπως αναφέρθηκε, στον νωπό αέρα, ειδικά στις αστικές περιοχές, το ποσοστό των ρυπογόνων ουσιών μπορεί να είναι αρκετά υψηλό. Για αυτό το λόγο τα μηχανήματα εξαερισμού οφείλουν να έχουν τα απαραίτητα φίλτρα τα οποία ανάλογα την ποιότητά τους μπορούν να συγκρατούν ένα ποσοστό σωματιδίων που μπορεί να είναι επιβλαβή για τον άνθρωπο.
Έτσι, στην παροχή νωπού αέρα είναι απαραίτητα η τοποθέτηση φίλτρου τουλάχιστον ePM1 50% κατά ISO16890 ή F7 κατά EN 779, ενώ στην απόρριψη τα απαραίτητα φίλτρα είναι ePM10 50% κατά ISO16890 ή Μ5κατά EN 779. Παράλληλα, μπορούν να τοποθετηθούν και επιπλέον φίλτρα για την εξασφάλιση καλύτερης ποιότητας αέρα ενώ είναι αναγκαίο όλα τα φίλτρα να είναι εύκολα προσβάσιμα ώστε να μπορούν να καθαριστούν.
Χειρισμός μέσω αισθητηρίων CO2 και VOC:
Η κύρια ένδειξη ρύπανσης της ατμόσφαιρας είναι η συγκέντρωση σωματιδίων διοξειδίου του άνθρακα CO2. Όπως μπορούμε να δούμε στο παρακάτω διάγραμμα, η μέγιστη τιμή σωματιδίων CO2 είναι 1.000 ppmώστε να μην υπάρχουν ανεπιθύμητες επιπτώσεις στους μαθητές.
Σύμφωνα με μελέτες, επίπεδαCO2πάνω από 1.000 ppmμπορεί να προκαλέσουν ζαλάδα και μειωμένη συγκέντρωση, πάνω από 2.000 ppmμπορεί να προκαλέσουν πονοκεφάλους ενώ πάνω από τα 3.000 ppm προκαλούν ναυτία και σοβαρότερες επιπλοκές στην υγεία.
Παράλληλα στο διάγραμμα βλέπουμε ότι ο φυσικός αερισμός με άνοιγμα παραθύρων, δημιουργεί μεγάλες διακυμάνσεις στα επίπεδα CO2και δεν εξασφαλίζει τη σωστή ποιότητα αέρα.
Τα σωματίδια CO2, δεν είναι οι μόνες ρυπογόνες ουσίες που επηρεάζουν την ανθρώπινη υγεία. Άλλες πτητικές οργανικές ουσίες (VOC) που προέρχονται κυρίως από ποικιλία καθημερινών προϊόντων όπως μπογιές, κόλλες, καθαριστικά, έπιπλα, αρωματικά κτλ. μπορούν να προκαλέσουν σημαντικά προβλήματα στην υγεία των μαθητών και εκπαιδευτικών όπως ερεθισμό στα μάτια και το λαιμό, ζημιές στα νεφρά και το συκώτι, ακόμα και καρκίνο ανάλογα με τα επίπεδά τους στην ατμόσφαιρα.
Για αυτόν τον λόγο, τα μηχανήματα εξαερισμού πρέπει να ελέγχουν τη λειτουργία τους μέσω αισθητηρίου ποιότητας αέρα(CO2και VO Csensors) τα οποία μετρώντας τα επίπεδα ρύπανσης δίνουν εντολή στους ανεμιστήρες να ξεκινήσουν τη λειτουργία τους μόνο όταν η εξασφάλιση της ποιότητας του αέρα το απαιτεί.
Αυτή η ελεγχόμενη λειτουργία μπορεί να βοηθήσει σημαντικά στην εξοικονόμηση καθώς τα μηχανήματα λειτουργούν μόνο ότι υπάρχει ανάγκη εξαερισμού και όχι συνεχόμενα. Στο παρακάτω σχέδιο, αυτό γίνεται εύκολα κατανοητό.
Φωτοκαταλυτική συσκευή:
Τα φίλτρα που τοποθετούνται στο μηχανήματα εξαερισμού έχουν συγκεκριμένη ικανότητα όσον αφορά την κατακράτηση σωματιδίων και επομένως την προστασία των ανθρώπων στην αίθουσα.
Η φωτοκαταλυτικές συσκευές έχουν αποδειχθεί ότι συμβάλουν στην εξουδετέρωση ιών και άλλων μολυσματικών παραγόντων.Tο υπεροξείδιο του υδρογόνου που παράγεται από τη φωτοκαταλυτική αντίδραση, που διαχέεται και μεταφέρεται από τη ροή του αέρα, καθιστά αυτόν τον τρόπο απολύμανσης ιδιαίτερα αποτελεσματικό.
ECανεμιστήρες:
Στην οικονομικότερη λειτουργία των μηχανημάτων μπορεί να συμβάλει σημαντικά και η χρήση ανεμιστήρων με κινητήρα EC. Τέτοιου είδους κινητήρες μειώνουν την κατανάλωση ρεύματος.
Στάθμη θορύβου:
Ιδιαίτερη σημασία στην επιλογή ενός μηχανήματος μηχανικού εξαερισμού στην περίπτωση των σχολικών αιθουσών έχει η στάθμη θορύβου καθώς η εκπαιδευτική διαδικασία δεν μπορεί να διαταράσσεται από το θόρυβο που αποσπά τη συγκέντρωση των μαθητών και δυσκολεύει την επικοινωνία με τους δασκάλους. Συνίσταται τα μηχανήματα που έχουν εγκατασταθεί σε σχολικές αίθουσες να έχουν στάθμη θορύβου μικρότερη από 60dBA.
Σύνοψη:
Λόγω της κλιμακούμενης ανάγκης για διασφάλιση υψηλής ποιότητας εσωτερικού αέρα στις σχολικές αίθουσες και της αδυναμίας του φυσικού αερισμού να ικανοποιήσει τις σύγχρονες απαιτήσεις, ο μηχανικός εξαερισμός με ανάκτηση θερμότητας αποτελεί την πλέον αξιόπιστη επιλογή, βελτιώνοντας την ποιότητα εκπαίδευσης αλλά μειώνοντας, ταυτόχρονα, τη σπατάλη ενέργεια και τα κόστη λειτουργίας. Ο αποκεντρωμένος μηχανικός εξαερισμός μπορεί να δώσει λύση στις υφιστάμενες εγκαταστάσεις οι οποίες, παρόλο τη σημαντική ανάγκη για σωστή ποιότητα αέρα, αδυνατούν να υλοποιήσουν κλασσικούς τρόπους εξαερισμού. Η υγεία των μαθητών, η ανάγκη για βελτίωση της εκπαιδευτικής διαδικασίας και η εξοικονόμηση ενέργειας και πόρων καθιστούν το μηχανικό εξαερισμό προτεραιότητα του εκπαιδευτικού συστήματος.
