Zdecydowana większość starych budynków w Polsce, zwłaszcza zabudowy wielorodzinnej oraz szkół, wyposażona jest w archaiczny i mało wydajny system wentylacji grawitacyjnej. Jego podstawowy mankament to bardzo niska skuteczność wymiany powietrza, co negatywnie wpływa na samopoczucie i zdrowie człowieka. Drugi problem to brak odzysku ciepła z powietrza usuwanego z budynków – w takich warunkach zużycie zwiększa się nawet o 40% całkowitej energii zużywanej przez budynek. Tak dłużej być nie może! Narodowe Centrum Badań i Rozwoju ma pomysł, jak zapewnić dostęp do świeżego powietrza w szkołach i lokalach mieszkalnych. Umożliwią to nowe technologie, opracowane dzięki ogłoszonemu właśnie przedsięwzięciu „Wentylacja dla szkół i domów”. NCBR stawia w nim na wentylację w systemie rozproszonym, ponieważ trudno byłoby zainstalować centralną wentylację mechaniczną w starej szkole czy budynku mieszkalnym z lat 70.–80. XX wieku, gdzie brak odpowiednich kanałów wentylacyjnych dla systemów scentralizowanych. Konieczne są tu innowacje, czyli systemy rozproszone montowane osobno w poszczególnych klasach i mieszkaniach. Przedsięwzięcie jest realizowane ze środków Funduszy Europejskich w ramach Programu Inteligentny Rozwój.
Pomiary z krajowych stacji badań jakości powietrza zewnętrznego nie pozostawiają złudzeń: powietrze, którym oddychamy w okresie jesienno-zimowym, jest bardzo złej jakości. Dotyczy to nie tylko otwartych przestrzeni, ale również wnętrz budynków, zwłaszcza tych wznoszonych kilka dekad temu. Dane przekazywane przez urządzenia pokazują przekroczenia wszelkich norm i limitów pyłów PM2.5 i PM10.
Problem nie omija naszych mieszkań i placówek oświatowych. Na przykład w 2018 r. portal SmogLAB wraz z Krakowskim Alarmem Smogowym wykonał pomiary jakości powietrza w szkołach w gminie Zabierzów.[1] Przeprowadzono je między 19 listopada a 21 grudnia dla pyłów zawieszonych PM10. Z przedstawionych wniosków wynika, że zły stan powietrza na zewnątrz budynku przekładał się na jego złą jakość w klasach. Co więcej, podczas niektórych skoków zanieczyszczeń w szkołach nie było nikogo, okna i drzwi były zamknięte, w związku z tym pogorszenie jakości powietrza nie mogło być związane z napływem zanieczyszczeń przez otwarte drzwi lub okna ani z poruszaniem się dzieci na korytarzu. Zanieczyszczenia dostawały się do wewnątrz najprawdopodobniej przez przestarzałe systemy wentylacyjne.
Eksperci NCBR zwracają uwagę, że poziom stężenia CO2 w salach szkolnych, zwłaszcza tych mieszczących w budynkach z lat 60.-70. ubiegłego wieku, potrafi kilkukrotnie przekraczać dopuszczalne normy. Oznacza to, że uczniowie przebywają w najgorszej klasie jakości powietrza, co przekłada się na spadek koncentracji i efektywności nauczania. Dochodzą do tego takie zanieczyszczenia, jak stężenia cząsteczek pyłu PM2.5 i PM10 oraz obecność wirusów, bakterii i grzybów.
Nowe systemy wentylacji rozproszonej dla starych budynków
Zamiarem Narodowego Centrum Badań i Rozwoju jest umożliwienie dostępu do świeżego powietrza zarówno mieszkańcom budynków wielorodzinnych, jak i uczniom. Temu właśnie służy przedsięwzięcie „Wentylacja dla szkół i domów”, którego celem jest opracowanie innowacyjnych, efektywnych ekonomicznie technologii wentylacji mechanicznej z regulacją temperatury powietrza nawiewanego, przeznaczonych dla istniejących już budynków mieszkalnych i szkół. Będą one gwarantować wysoką jakość powietrza poprzez: obniżanie poziomu stężenia CO2 oraz zanieczyszczeń mikrobiologicznych, a także filtrację zanieczyszczeń pyłowych PM2.5 i PM10.
To wszystko zostanie osiągnięte przy jednoczesnym zmniejszeniu zapotrzebowania na energię do ogrzewania i chłodzenia pomieszczeń, co zapewni funkcja odzysku ciepła, chłodu i wilgoci. W ramach projektu wykonawcy opracują technologie wentylacji mechanicznej dedykowane dla sal lekcyjnych oraz mieszkań – dla istniejących budynków mieszkalnych. Doskonale wpisuje się to zarazem w szeroki plan termomodernizacji budynków wielorodzinnych, czyli unijną strategię na rzecz „fali renowacji” (ang. ‘renovation wave’). Ważnym aspektem projektu będzie ponadto jego funkcja edukacyjna oraz budowanie świadomości użytkowników na temat utrzymywania wysokiej jakości środowiska wewnętrznego poprzez dostęp do mierzonych parametrów z poziomu regulatorów pomieszczeniowych, elektronicznej tablicy wyników oraz aplikacji mobilnej.
NCBR stawia na wentylację w systemie rozproszonym, ponieważ trudno byłoby zainstalować wentylację centralną w istniejącej starej szkole czy budynku mieszkalnym wybudowanym w latach 70.-80. XX wieku. Konieczne tu będą innowacje, czyli systemy rozproszone instalowane osobno w poszczególnych klasach i mieszkaniach.
Wykonawcy, którzy zgłoszą się do projektu, będą mieli 3 lata na opracowanie innowacyjnej technologii, na którą przewidziano budżet w wysokości 7,5 mln zł – są to środki z Funduszy Europejskich (Program Inteligentny Rozwój). Postępowanie odbywa się w trybie zamówień przedkomercyjnych (PCP). Formuła ta, polegająca na zamawianiu prac badawczo-rozwojowych, została dostosowana do pozyskiwania rozwiązań niedostępnych na rynku. Do udziału w przedsięwzięciu można się zgłaszać do 30 czerwca br.
– Przed wykonawcami stawiamy jasny cel: opracowanie innowacyjnego, kompaktowego urządzenia wentylacyjnego z wysokosprawnym odzyskiem ciepła, chłodu i wilgoci, wyposażonego w czujniki jakości powietrza i system automatyki, który będzie umożliwiał dostosowanie strumienia powietrza wentylacyjnego w zależności od potrzeb użytkowników w istniejących salach lekcyjnych i budynkach mieszkalnych. Chcemy, żeby takie urządzenia znajdowały się w naszym kraju w każdej klasie i każdym mieszkaniu, które wymaga poprawy jakości powietrza – mówi Wojciech Kamieniecki, dyrektor Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. – Po przeprowadzeniu dialogu technicznego z rynkiem mamy bardzo mocne przekonanie, że nasz projekt przyczyni się nie tylko do zmniejszenia zapotrzebowania na energię w wyniku radykalnego obniżenia energochłonności budynków mieszkalnych i szkół, które mają istotny, bo około 10-procentowy udział w zapotrzebowaniu na energię, ale przede wszystkim zmieni w sposób rewolucyjny jakość powietrza w polskich szkołach i mieszkaniach – dodaje.
W przedsięwzięciu przewidziane są dwa działania: opracowanie systemów wentylacji dla sal lekcyjnych oraz opracowanie systemów wentylacji dla lokali mieszkalnych. Wnioskodawcy, których oferty w najlepszy sposób spełnią stawiane wymagania, w pierwszym etapie opracują konkurencyjne jakościowo rozwiązania problemu badawczego i przedstawią je w postaci prototypu systemu wentylacji. W etapie drugim nie więcej niż po dwóch uczestników przedsięwzięcia dla każdego z działań przedstawi demonstrator opracowanej technologii w skali 1:1.
Czym oddychać w naszej klasie?
Dlaczego przedsięwzięcie „Wentylacja dla szkół i domów” jest nie tylko potrzebne, ale wręcz konieczne? Naukowcy biją na alarm – przez nieodpowiedzialną energetykę dusimy się w domach i szkołach. Już w 2010 r. naukowcy z Katedry i Zakładu Fizyki i Biofizyki Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego przeprowadzili badania w dwóch szkołach. Wykazano, że poziom stężenia CO2, w stosunku do dopuszczanego m.in. przez Unię Europejską, jest przekroczony w salach lekcyjnych nawet trzykrotnie! Powoduje to zmiany w pracy organizmu i sprawia, że dzieci nie są w stanie wykorzystywać maksymalnie swojego potencjału, a nawet przysypiają na lekcjach. Z kolei informacji opublikowanych przez WHO („School environment. Policy and current standards”, 2014) wynika, że w powietrzu, którym oddychają w szkołach polscy uczniowie, wykryto jeden z najwyższych w Europie poziomów stężeń formaldehydu i benzenu[2].
Aktualne dane ze szkół, które bardzo łatwo znaleźć w Internecie, nie pozostawiają wątpliwości: zły stan powietrza na zewnątrz rzutuje również na jego jakość w klasach. Jest to patowa sytuacja, ponieważ jeśli nauczyciel zdecyduje się na wywietrzenie pomieszczenia, wpadną do niego zanieczyszczenia z zewnątrz, jeśli jednak tego nie zrobi, poziom dwutlenku węgla jeszcze bardziej wzrośnie.
Problem obecny jest też w przedszkolach. W 2015 r. Greenpeace wraz z Fundacją Centrum Zmian Klimatu i Zrównoważonego Rozwoju przygotował raport dotyczący wpływu zanieczyszczeń powietrza w Polsce na zdrowie dzieci poniżej piątego roku życia. Wnioski, które zostały w nim przedstawione, nie napawają optymizmem. Spośród 11 784 przedszkoli objętych analizą aż 7 300 znajduje się na obszarach, w których limit 35 dni z przekroczeniami normy dobowej jest przekroczony. Oznacza to, że w przypadku ponad 62% placówek na zewnątrz przez ponad 35 dni w roku utrzymują się stężenia pyłu PM10 przekraczające 50 µg/m3. A zanieczyszczenia z zewnętrze bez odpowiedniego systemu wentylacji przenikają bardzo szybko do pomieszczeń wewnątrz. Dlatego trzeba zrobić wszystko, żeby doprowadzić do zmiany.
System pomoże walczyć z epidemiami typu COVID-19
Podobne problemy występują w naszych mieszkaniach. A do tego dochodzi jeszcze tzw. syndrom chorego budynku (ang. ‘sick building syndrome’), dotyczący m.in. domów wielorodzinnych czy urzędów, które zostały zbudowane ponad 30 lat temu, zwłaszcza w latach 70.-80. Może obejmować nawet 30% wszystkich budynków w Polsce.
Objawy syndromu pojawiają się wtedy, gdy w budynku występuje zanieczyszczenie powietrza, spowodowane m.in. przez mikroorganizmy, materiały budowlane, elementy wyposażenia wnętrz (azbest, związki emitowane przez farby malarskie, impregnaty drewna, rozpuszczalniki i inne), wadliwą wentylację lub klimatyzację (w brudnych przewodach wentylacyjnych mogą występować mikroorganizmy), zanieczyszczone powietrze z zewnątrz (smog lub inne zanieczyszczenia chemiczne), nieodpowiednie użytkowanie pomieszczeń (np. palenie tytoniu).
Czym przejawiają się takie dolegliwości? Na przykład bólem głowy, trudnościami z koncentracją czy łzawieniem oczu, których tak wielu z nas doświadczyło, przebywając praktycznie non stop w swoich mieszkaniach podczas epidemii koronawirusa.
Specjaliści zwracają uwagę, że szkoły oraz otoczenie domowe są dodatkowo potencjalnymi ogniskami chorób zakaźnych układu oddechowego takich jak np. COVID-19, a właściwa wentylacja i filtracja powietrza w pomieszczeniach stanowi jeden ze środków zaradczych przeciwdziałających powstawaniu takich ognisk. Technologie powstałe w ramach projektu NCBR mają rozwiązać wszystkie te problemy.
W stronę „Europejskiego Zielonego Ładu”
W efekcie przedsięwzięcia „Wentylacja dla szkół i domów” powstaną demonstratory systemu wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła w salach lekcyjnych i systemu wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła w mieszkaniach w budynkach mieszkalnym. Dzięki temu technologia nowoczesnej wentylacji dla szkół i domów posłuży również do znacznego obniżenia energochłonności i kosztów energii koniecznej do ogrzewania budynków. System wentylacji będzie indywidualnym systemem dedykowanym dla pojedynczej sali lekcyjnej lub mieszkania, uwzględniając integrację procesu ogrzewania oraz wentylacji pomieszczeń poprzez system automatyki, który sterować będzie bezprzewodowymi siłownikami zaworów grzejnikowych, dzięki czemu wyeliminowany zostanie proces przegrzewania się pomieszczeń w okresie zimy. Dodatkowo projektowane systemy mają być wyposażone w funkcję grzania i chłodzenia, co pozwoli – przy współpracy automatyki z systemami już istniejącymi – optymalnie zapewnić komfortowe warunki.
Ponadto wraz z systemami wentylacji opracowane zostaną systemy ich centralnego zarządzania i nadzoru: szkolny system zarządzający dedykowany dla szkół oraz centralny system nadzorujący dedykowany dla firm serwisowych. Pozwoli to na racjonalne gospodarowanie procesem ogrzewania, a tym samym na systematyczne odchodzenie od spalania paliw kopalnych w ciepłownictwie. Przyspieszy więc proces dekarbonizacji, wymagany przez Unię Europejską w założeniach strategii „Europejskiego Zielonego Ładu”. Jest to plan mający na celu przekształcenie Unii w nowoczesną i konkurencyjną gospodarkę, która w 2050 r. osiągnie zerowy poziom emisji gazów cieplarnianych.
Przedsięwzięcie „Wentylacja dla szkół i domów” jest jednym z 9 ekologicznych projektów NCBR. W ramach tej transformacji opracowane mają być również m.in.: budynki efektywnie energetycznie i procesowo, nowoczesne oczyszczalnie ścieków, innowacyjne biogazownie, technologia magazynowania energii elektrycznej, magazynowanie energii ciepła i chłodu, technologia domowej retencji, ciepłownia przyszłości oraz elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym. Projekty, nad którymi pracuje już NCBR, to szansa dla Polski na czystsze środowisko, zdrowsze społeczeństwo i nowoczesną, konkurencyjną gospodarkę.
Projekt realizowany jest w ramach projektu pozakonkursowego pn. Podniesienie poziomu innowacyjności gospodarki poprzez realizację przedsięwzięć badawczych w trybie innowacyjnych zamówień publicznych w celu wsparcia realizacji strategii Europejskiego Zielonego Ładu (w ramach poddziałania 4.1.3 Innowacyjne metody zarządzania badaniami Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój).
[1] Zob. https://smoglab.pl/wyniki-pomiarow-jakosci-powietrza-w-placowkach-edukacyjnych/
[2] Zob. np. http://www.imp.lodz.pl/upload/projekty/zzf/inairq_fb_pl_presentation.pdf.
