Kontrola termiczna w salach lekcyjnych jest kluczem do idealnego środowiska do nauki

Ważną kwestią przy projektowaniu sal lekcyjnych jest zapewnienie dobrych warunków termicznych z wykorzystaniem technologii energooszczędnych, takich jak naturalna wentylacja, osłony przeciwsłoneczne i inteligentne projektowanie budynków (na cieplejsze miesiące) oraz wydajne, regulowane ogrzewanie (na chłodniejsze miesiące).

Coraz powszechniej przyjmuje się, że nie ma czegoś takiego jak „naturalna” komfortowa temperatura. Najlepsze wyniki w zakresie chłodzenia i ogrzewania można osiągnąć, zapewniając użytkownikom możliwości indywidualnego dostosowywania, takie jak samodzielna obsługa okien, osobista kontrola nad osłonami przeciwsłonecznymi, a być może także wentylatory biurkowe i inne tego typu urządzenia. Ogólnie, budynki powinny w jak największym stopniu łączyć ludzi z otoczeniem i zapewniać schronienie przed nim tylko na tyle, na ile jest to konieczne¹.

We wszystkich krajach europejskich obowiązują zasady dotyczące minimalnej temperatury wewnątrz sal lekcyjnych, określone w obowiązujących przepisach prawa krajowego lub normach. Te minimalne wymagania różnią się w zależności od kraju i pory roku, ale wahają się od 17°C do 20°C. Mniej krajów europejskich ma normy dotyczące maksymalnej temperatury wewnątrz sal lekcyjnych, ale te, w których obowiązują, wahają się od 22°C do 29°C.

Od kilkudziesięciu lat naukowcy badają optymalny zakres temperatur związany z lepszymi efektami uczenia się. Zeiler i Boxem (2009)² przeprowadzili gruntowny przegląd w celu wykazania wpływu jakości temperatury w szkołach na wyniki w nauce uczniów.

Mendell i Heath (2005)³ dokonali natomiast przeglądu dowodów dotyczących wpływu jakości środowiska wewnętrznego na wydajność i frekwencję, a Fisk (2017)⁴ przeprowadził obszerny przegląd literatury dotyczącej problemów z wentylacją w szkołach, jej wpływu na wyniki, zdrowie i nieobecność uczniów.

Badania te wykazały, że wraz ze wzrostem temperatury i wilgotności uczniowie zgłaszają większy dyskomfort, a ich poziom osiągnięć i wykonywania zadań pogarsza się wskutek zmniejszenia okresów koncentracji. Wysoka temperatura w sali lekcyjnej jest również związana z częstszym występowaniem bólów głowy oraz objawami ze strony oczu, uszu, nosa i gardła, a wysoki poziom wilgotności może prowadzić do powstawania pleśni, która z kolei wywołuje lub zaostrza szereg problemów zdrowotnych, takich jak astma.

Rozwiązania chłodzące

Naturalne chłodzenie wentylacyjne osiągane przez otwieranie okien i świetlików to szybki i bezpośredni sposób wpływania na termiczne środowisko wewnętrzne. Otwarte okno powoduje zwiększony ruch powietrza, a jeśli temperatura zewnętrzna jest niższa niż temperatura wewnętrzna, temperatura wewnątrz obniży się.

Ten wykres z badania SINPHONIE przeprowadzonego w 114 szkołach w 23 krajach europejskich⁴ wyraźnie wskazuje pory, w których okna są otwierane w ciągu dnia. Nie zgłoszono żadnych informacji o stosowaniu wentylacji nocnej.

Nawet gdy temperatura powietrza na zewnątrz jest nieco wyższa niż w pomieszczeniu, większa prędkość powietrza spowodowana zwiększonym przepływem powietrza spowoduje ochłodzenie ciała.

Chłodzenie przy użyciu wentylacji naturalnej można osiągnąć na dwa sposoby — stosując wentylację dzienną i nocną:

• Naturalna wentylacja w ciągu dnia powoduje usunięcie nadmiaru ciepła z wnętrza budynku, generując duże ruchy powietrza.
• Wentylacja nocna (nazywana także chłodzeniem nocnym) chłodzi w nocy masę akumulującą ciepło budynku (ściany, podłogi, meble itp.), wykorzystując chłodne powietrze zewnętrzne. Następnego dnia potrzeba mniej energii do ochłodzenia budynku, ponieważ masa akumulująca ciepło została już schłodzona.

Orientacja w sali lekcyjnej i kontrola zacienienia również odgrywają ważną rolę w tworzeniu stałego komfortu cieplnego. Duże okna i świetliki można ustawić tak, aby w miesiącach zimowych wnikało jak najwięcej światła słonecznego, i zaciemniać ruchomymi urządzeniami zaciemniającymi, aby w razie potrzeby blokować wpadanie światła słonecznego w miesiącach letnich.

Badania w terenie pokazują, że osoby przebywające w budynkach z wentylacją naturalną akceptują wyższe temperatury⁵. Ten efekt adaptacji ciała do otoczenia określa się mianem adaptacyjnego komfortu cieplnego. Warunkiem wstępnym projektowania z myślą o adaptacyjnym komforcie termicznym jest to, aby ludzie mogli swobodnie decydować jaką noszą odzież i obsługiwać okna.

Konsekwencją adaptacji jest możliwość osiągnięcia komfortu cieplnego bez klimatyzacji w ciepłym klimacie, wykorzystując naturalną wentylację, osłony słoneczne i inteligentne projektowanie budynków. W krajach, w których w okresie letnim panują najwyższe temperatury, oprócz wentylacji naturalnej i zacieniania może być konieczne stosowanie wentylatorów sufitowych lub urządzeń klimatyzacji mechanicznej.

Rozwiązania grzewcze

W badaniu Clever Classrooms (2015)⁶ stwierdzono, że lepszą kontrolę temperatury osiągnięto zimą, gdy pomieszczenia były wyposażone w grzejniki z termostatami. Natomiast ogrzewanie podłogowe wiązało się ze słabą kontrolą ogrzewania w poszczególnych salach lekcyjnych ze względu na późniejsze reagowanie.

W badaniu zalecono również, aby wszystkie metody kontroli temperatury w salach lekcyjnych były łatwe w obsłudze i łatwo dostępne dla nauczycieli.

Źródła

1. D/A: Daylight Matter(s): Health matters
2. Zeiler & Boxem (2009). Effects of thermal activated building systems in schools on thermal comfort in winter. Building and Environment.
3. Mendell and Heath (2005). Do Indoor Pollutants and Thermal Conditions in Schools Influence Student Performance? A Critical Review of the Literature. Indoor Air
4. Fisk (2017) The ventilation problem in schools: literature review. Indoor Air
5. de Dear and Brager (1998). Developing an Adaptive Model of Thermal Comfort and Preference. ASHRAE Transactions
6. Clever Classrooms (2015), Raport podsumowujący projektu HEAD, University of Salford, Manchester