Selected issues of indoor environment conditions in polish educational buildings in the light of current regulations and recommendations

• Autorzy: Ciuman Piotr , Palmowska Agnieszka , Brągoszewska Ewa

Identyfikatory

DOI

10.36119/15.2024.3.3

Warianty tytułu

PL

Wybrane zagadnienia warunków środowiska wewnętrznego w polskich budynkach edukacyjnych w świetle obowiązujących przepisów i zaleceń

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Ensuring optimal thermal comfort conditions and air quality in educational buildings is crucial for students and teachers’ health. Appropriate indoor environment not only contributes to good physical well-being but also impacts the effectiveness of the teaching process, supporting focused learning. Also, systematic control and monitoring of the levels of microbiological air pollutants, along with the identification of their emission sources, constitute the foundation of an effective strategy to improve indoor air quality (IAQ). Efficient management of these parameters contributes not only to health protection but also to increased comfort during both learning and work. The presented paper is of a review nature. Its aim was to develop a comprehensive study related to shaping optimal thermal and humidity conditions and ensuring proper IAQ, including microbiological IAQ, in educational buildings. The authors reviewed various uninform legal regulations and recommendations (both Polish and international) regarding thermal comfort parameters and IAQ. Different measurement and assessment methods of these conditions were described, including examples of measurement equipment. Finally, ways in which indoor environment can be shaped using energy-efficient heating, ventilation and air-conditioning (HVAC) system solutions in such facilities were presented. The paper can provide assistance in designing new educational buildings or retrofitting existing ones, as well as improving indoor environment management systems. It can inspire investments in modern HVAC systems, as well as promote the use of renewable energy sources. Furthermore, it might be a source of knowledge to raise awareness regarding the impact of indoor environment conditions on health and learning efficiency.

PL

Zapewnienie optymalnych warunków komfortu termicznego i jakości powietrza w budynkach edukacyjnych jest kluczowe dla zdrowia uczniów i nauczycieli. Odpowiednie warunki środowiska wewnętrznego nie tylko przyczyniają się do dobrego samopoczucia fizycznego, ale także wpływają na skuteczność procesu nauczania, wspierając koncentrację podczas nauki. Również systematyczna kontrola i monitorowanie poziomów mikrobiologicznych zanieczyszczeń powietrza, wraz z identyfikacją ich źródeł emisji, stanowią fundament skutecznej strategii poprawy jakości powietrza wewnątrz pomieszczeń. Efektywne zarządzanie tymi parametrami przyczynia się nie tylko do ochrony zdrowia, ale także do zwiększenia komfortu zarówno podczas nauki, jak i pracy. Zaprezentowany artykuł ma charakter przeglądowy. Jego celem było przygotowanie kompleksowego opracowania dotyczącego kształtowania optymalnych warunków cieplnych i wilgotnościowych oraz zapewnienia odpowiedniej jakości powietrza w budynkach edukacyjnych, uwzględniając także mikrobiologiczną jakość powietrza. Autorzy omówili różne niejednolite przepisy prawne i zalecenia (zarówno polskie, jak i międzynarodowe) dotyczące parametrów komfortu termicznego i jakości środowiska wewnętrznego. Opisano metody pomiaru i oceny tych warunków, wraz z przykładami sprzętu pomiarowego. Przedstawiono sposoby kształtowania środowiska wewnętrznego za pomocą energooszczędnych rozwiązań systemów ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC) w takich obiektach. Artykuł może być pomocny przy projektowaniu nowych budynków edukacyjnych lub modernizacji istniejących, a także przy poprawie funkcjonowania systemów zarządzania środowiskiem wewnętrznym. Może stanowić źródło inspiracji do inwestowania w nowoczesne systemy HVAC oraz promować wykorzystanie odnawialnych źródeł energii. Ponadto, może być źródłem wiedzy zwiększającej świadomość na temat wpływu warunków środowiska wewnętrznego na zdrowie i efektywność nauki.

Słowa kluczowe

EN

educational buildings; school; preschool; thermal comfort; indoor air quality; IAQ; harmful biological agents; HBAs; bioaerosol; HVAC systems; renewable energy sources

PL

budynki edukacyjne; szkoły; przedszkola; komfort cieplny; jakość powietrza wewnętrznego; szkodliwe czynniki biologiczne; SCB; bioaerozol; systemy HVAC; odnawialne źródła energii

• Wydawca: Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie''
• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 3
• Strony: 20--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 85 poz., fot., rys.

Twórcy

autor

Ciuman Piotr

• Silesian University of Technology, Faculty of Energy and Environmental Engineering, Department of Heating, Ventilation and Dust Removal Technology, Gliwice, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2691-1588

autor

Palmowska Agnieszka

• Silesian University of Technology, Faculty of Energy and Environmental Engineering, Department of Heating, Ventilation and Dust Removal Technology, Gliwice, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-4640-2369

autor

Brągoszewska Ewa

• Silesian University of Technology, Faculty of Energy and Environmental Engineering, Department of Technologies and Installations for Waste Management, Gliwice, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-6341-9050

Bibliografia

• [1] Główny Urząd Statystyczny - Statistics Poland. Education in the 2022/2023 school year. Available online: https://stat.gov.pl (accessed on: 16.02.2024).
• [2] Eurostat. 93.3 million pupils and students enrolled in the EU. Available online: https://ec.europa.eu/eurostat (accessed on: 16.02.2024).
• [3] Główny Urząd Statystyczny - Statistics Poland. Construction results in 2022 r. Available online: https://stat.gov.pl (accessed on: 16.02.2024).
• [4] Główny Urząd Statystyczny - Statistics Poland. Human capital in Poland in the years 2018-2022. Available online: https://stat.gov.pl (accessed on: 16.02.2024).
• [5] Dz. U. Nr 6 poz. 69. Rozporządzenie Ministra Edukacji Narodowej w sprawie bezpieczeństwa i higieny w publicznych i niepublicznych szkołach i placówkach, Warszawa 2002, s. 354-360 (in Polish).
• [6] Education and Skills Funding Agency (2018). Building Bulletin (BB) 101: Guidelines on ventilation, thermal comfort and indoor air quality in schools.
• [7] Daisey J.M., Angell W.J., Apte M.G. (2003). Indoor air quality, ventilation and health symptoms in schools: an analysis of existing information. Indoor Air, 13(1), 53-64, DOI: 10.1034/j.1600-0668.2003.00153.x.
• [8] van Dijken F., van Bronswijk J.E.M.H., Sundell J. (2006). Indoor environment in Dutch primary schools and health of the pupils. Building Research and Information, 34(5), 437-446.
• [9] Abhijith K.V., Kukadia V., Kumar P. (2022). Investigation of air pollution mitigation measures, ventilation, and indoor air quality at three schools in London. Atmospheric Environment, 289, 119303, DOI: 10.1016/j.atmosenv.2022.119303.
• [10] Kanama N., Ondarts M., Guyot G., Outin J., Golly B., Gonze E. (2023). Effect of Energy renovation on indoor air quality and thermal environment in winter of a primary school in a highly polluted French alpine valley. Journal of Building Engineering, 72, 106529, DOI: 10.1016/j.jobe.2023.106529.
• [11] Mohamed S., Rodrigues L., Omer S., Calautit J. (2021). Overheating and indoor air quality in primary schools in the UK. Energy and Buildings, 250, 111291, DOI: 10.1016/j.enbuild.2021.111291.
• [12] Fisk W.J. (2017). The ventilation problem in schools: literature review. Indoor air, 27(6), 1039-1051, DOI: 10.1111/ina.12403.
• [13] Singh M.K., Ooka R., Rijal H.B., Kumar S., Kumar A., Mahapatra S. (2019). Progress in thermal comfort studies in classrooms over last 50 years and way forward. Energy and Buildings, 188-189, 149-174, DOI: 10.1016/j.enbuild.2019.01.051.
• [14] Zomorodian Z.S., Tahsildoost M., Hafezi M. (2016). Thermal comfort in educational buildings: A review article. Renewable and sustainable energy reviews, 59, 895-906, DOI: 10.1016/j.rser.2016.01.033.
• [15] Bluyssen P.M., Zhang D., Kurvers S., Overtoom M., Ortiz-Sanchez M. (2018). Self-reported health and comfort of school children in 54 classrooms of 21 Dutch school buildings. Building and Environment, 138, 106-123, DOI: 10.1016/j.buildenv.2018.04.032.
• [16] Bianchi A., Caterina G., Attaianese E. (2003). Cephalalgies and school performance. Risk assessment and prevention strategies. Napoli (in Italian).
• [17] Mendell M.J., Heath G.A. (2005). Do indor pollutants and thermal conditions in schools influence student performance? A critical review of literature. Indoor Air, 15(1), 27-52, DOI: 10.1111/j.1600-0668.2004.00320.x.
• [18] Wargocki P., Porras-Salazar J., Contreras-Espinoza S. (2019). The relationship between classroom temperature and children’s performance in school. Building and Environment, 157, 197-204, DOI: 10.1016/j.buildenv.2019.04.046.
• [19] Telejko M. (2017). Attempt to improve indoor air quality in computer laboratories. Modern Building Materials, Structures and Techniques, MBMST 2016. Procedia Engineering 172, 1154-1160, DOI: 10.1016/j.proeng.2017.02.134.
• [20] Telejko M., Stachera A. (2018). Thermal comfort in university computer laboratories. Structure, 201-210. DOI: 10.30540/sae-2018-020.
• [21] Przydrożny E., Zając A. (2014). Ventilation and air-conditioning devices for computer rooms. INSTAL, 10, 32-39 (in Polish).
• [22] Trzeciakiewicz Z. (2015). Analysis of selected ventilation solutions in the school building. INSTAL, 4, 41-46 (in Polish).
• [23] Amanowicz Ł., Ratajczyk K., Szczechowiak E. (2019). Analysis of possibilities of using a ventilation system decentralized in educational buildings. INSTAL, 10, 20-26, DOI: 10.36119/15.2019.10.3 (in Polish).
• [24] Sowa J. (2007). Hybrid ventilation - Energy efficient way of improving air quality in school buildings. INSTAL, 12, 25-32 (in Polish).
• [25] Ciuman P., Palmowska A., Palian P., Tompór A., Niedbała K., Olekszyk O., Krasnodębska K. (2022). Investigation of thermal and humidity conditions and air quality in the university computer laboratory. INSTAL, 12, 26-32. DOI: 10.36119/15.2022.12.5.
• [26] Pastuszka J. (2001). Narażenie na aerozole ziarniste, włókniste i biologiczne (bakterie i grzyby mikroskopijne) populacji generalnej Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2001 (in Polish).
• [27] Brągoszewska E., Mainka A., Pastuszka J.S. (2016). Bacterial and Fungal Aerosols in Rural Nursery Schools in Southern Poland. Atmosphere, 7, 1-16. DOI: 10.3390/atmos7010001.
• [28] Aydogdu H., Asan A., Tatman Otkun M. (2010). Indoor and outdoor airborne bacteria in child day-care centers in Edirne City (Turkey): seasonal distribution and influence of meteorological factors. Environmental Monitoring and Assessment, 164, 53-66. DOI: 10.1007/s10661-009-0911-4.
• [29] Brągoszewska E., Mainka A. (2023). Assessment of personal deposited dose and particle size distribution of bacterial aerosol in kindergarten located in southern Poland. Environmental Pollution, 343, 123208. DOI: 10.1016/j.envpol.2023.123208.
• [30] Brągoszewska E., Biedroń I. (2021). Efficiency of Air Purifiers at Removing Air Pollutants in Educational Facilities: A Preliminary Study. Frontiers in Environmental Science, 9, 709718. DOI: 10.3389/fenvs.2021.709718.
• [31] Brągoszewska E., Mainka A., Pastuszka J., Lizończyk K., Desta Y. (2018). Assessment of Bacterial Aerosol in a Preschool, Primary School and High School in Poland. Atmosphere, 9, 1-15. DOI: 10.3390/atmos9010004.
• [32] Godwin C., Batterman S. (2007). Indoor air quality in Michigan schools. Indoor Air, 17, 109-121. DOI: 10.1111/j.1600-0668.2006.00470.x.
• [33] Nasir Z. A., Colbeck I. (2010). Assessment of bacterial and fungal aerosol in different residential settings. Water, Air, & Soil Pollution, 211, 367-377. DOI: 10.1007/s11270-009-0275-1.
• [34] Ryńska J., Joniec W., Orysiak A. i in. (2021). Instalacje w obiektach edukacyjnych. Wentylacja, ogrzewanie, łazienki. Grupa Medium. Warszawa (in Polish).
• [35] Nowicka A., Duda L. i in. (2022). Jakość powietrza w szkołach i przedszkolach 2022. Wymagania dotyczące wentylacji obiektów edukacyjnych. Rozwiązania specjalne. Grupa Medium. Warszawa (in Polish).
• [36] PN-78/B-03421. Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza w pomieszczeniach przeznaczonych do stałego przebywania ludzi (in Polish).
• [37] Dz.U. 2022 poz. 1225. Obwieszczenie Ministra Rozwoju i Technologii z dnia 15 kwietnia 2022 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (in Polish).
• [38] Bogdan A. (2011). Warunki środowiska w obiektach edukacyjnych, Chłodnictwo i Klimatyzacja, 7 (in Polish).
• [39] Dz.U. 2020 poz. 1604. Obwieszczenie Ministra Edukacji Narodowej z dnia 4 września 2020 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Edukacji Narodowej i Sportu w sprawie bezpieczeństwa i higieny w publicznych i niepublicznych szkołach i placówkach (in Polish).
• [40] PN-EN 16798-1:2019-06. Charakterystyka energetyczna budynków - Wentylacja budynków - Część 1: Parametry wejściowe środowiska wewnętrznego do projektowania i oceny charakterystyki energetycznej budynków w odniesieniu do jakości powietrza wewnętrznego, środowiska cieplnego, oświetlenia i akustyki - Moduł M1-6 (in Polish).
• [41] ISHRAE (2019). Indoor Environmental Quality Standard. ISHRAE Standard 10001:2019. New Delhi: Indian Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers.
• [42] ASHRAE (2001). HVAC Fundamentals Handbook.
• [43] PN-EN ISO 7730:2006. Ergonomics of the thermal environment - analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria.
• [44] ANSI/ASHRAE (2023). Standard 55 - Thermal environmental conditions for human occupancy. New York: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers Inc. Atlanta.
• [45] Fanger, P.O. (1970). Thermal Comfort. Danish Technical Press. Copenhagen.
• [46] PN-EN 15251:2012. Parametry wejściowe środowiska wewnętrznego dotyczące projektowania i oceny charakterystyki energetycznej budynków, obejmujące jakość powietrza wewnętrznego, środowisko cieplne, oświetlenie i akustykę (in Polish).
• [47] Lis A. Jakość mikroklimatu w salach przedszkolnych a warunki komfortu cieplnego i potencjał psychofizyczny przebywających w nich osób. VI Ogólnopolska Konferencja: Problemy jakości powietrza wewnętrznego w Polsce. Warszawa, 15-16.11.2001 r. Jakość powietrza w budynkach edukacyjnych.
• [48] Lala B., Hagishima A. (2022). A Review of Thermal Comfort in Primary Schools and Future Challenges in Machine Learning Based Prediction for Children. Buildings, 12(11), 2007. DOI: 10.3390/buildings12112007.
• [49] ANSI/ASHRAE (2022). Standard 62.1 - Ventilation and Acceptable Indoor Air Quality.
• [50] ISIAQ-CIB Task Group TG 42 (2014). Performance criteria of buildings for health and comfort. CIB No. 292.
• [51] The Danish Ministry of Economic and Business Affairs (2010). The Building Regulations (BR10).
• [52] DIN 1946-2. Ventilation and air conditioning. Technical health requirements (VDI ventilation rules).
• [53] Kaczmarczyk J. (2008). Metody badania i oceny środowiska cieplnego pomieszczeń. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej. Architektura, 89-100 (in Polish).
• [54] PN-ISO 7726:2001. Ergonomia środowiska termicznego. Przyrządy do pomiaru wielkości fizycznych.
• [55] Melikov A., Halkjaer L., Arakelian R.S., Fanger P.O. (1994) Spot cooling. Part 1: Human responses to cooling with air jets. ASHRAE Transactions, 100, p. 476-499.
• [56] Kaczmarczyk J., et al. (2013). Poradnik diagnostyki cieplnej budynków. Tom 4. Diagnostyka in situ środowiska wewnętrznego w budynkach. Politechnika Śląska. Gliwice (in Polish).
• [57] Trzeciakiewicz Z., et al. (2013). Poradnik diagnostyki cieplnej budynków. Tom 3. Diagnostyka in situ źródeł chłodu oraz instalacji wentylacyjnych i klimatyzacyjnych. Politechnika Śląska. Gliwice (in Polish).
• [58] Głuszek P., et al. (2021). Pod Kontrolą. Introl Sp. z o.o. Katowice (in Polish). Available online: podkontrola.pl/wp-content/uplo-ads/2021/10/Biuletyn_55_2021_int.pdf (accessed on: 16.02.2024).
• [59] Directive 2000/54/EC of the European Parliament and of the Council of 18 September 2000 on the protection of workers from a hazard related to exposure to biological agents at work. Official Journal of European Communities L. 262/21, Brussels.
• [60] Regulation of the Minister of Health of 22 April 2005 on biological factors harmful to health in the workplace and health protection of workers professionally exposed to such factors. Journal of Laws 2005 no 81 item 716 with later amendments: Journal of Laws 2020, item 2234.
• [61] Augustyńska D., Pośniak M. (red.) (2016). Czynniki szkodliwe w środowisku pracy: wartości dopuszczalne 2016. Centralny Instytut Ochrony Pracy - Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa.
• [62] Górny R. (2010). Aerozole biologiczne - rola normatywów higienicznych w ochronie środowiska i zdrowia. Medycyna Środowiskowa, 13 (1), 41-51.
• [63] Owen M. K., Ensor D. S., Sparks L. E. (1992). Airborne Particle Sizes and Sources Found in Indoor Air. Atmospheric Environment Part A, General Topics, 26, 2149-2162.
• [64] U.S. EPA Child-Specific Exposure Factors Handbook (EPA/600/R-06/096F). National Center for Environmental Assessment: Washington DC, USA, 2002.
• [65] Polish Standard. PN-EN 13098:2020-01 - English version. Exposure at workplaces - Measurement of airborne microorganisms and products of microbial origin - General requirements. Polish Committee for Standardization, Warsaw.
• [66] Polish Standard. PN-EN 14031:2021-12. Occupational exposure - Quantitative measurement of endotoxins occurring in the air. Polish Committee for Standardization, Warsaw.
• [67] Polish Standard. PN-EN 14583:2022-05. Workplace exposure - Volumetric bioaerosol samplers - General requirements and performance assessment. Polish Committee for Standardization, Warsaw.
• [68] Brągoszewska E., Pastuszka J.S., Rogula-Kozłowska W. (2010). Porównanie wyników stężeń i depozycji aerozolu bakteryjnego i grzybowego;. Ochrona powietrza w teorii i praktyce. Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska Polskiej Akademii Nauk w Zabrzu (in Polish).
• [69] Canha N., Almeida S.M., Freitas M.D., Wolterbeek H.T. (2015). Assessment of bioaerosols in urban and rural primary schools using passive and active sampling methodologies; Archives of Environmental Protection, 41.
• [70] Nevalainen A., Pasanen A.L., Niinien M., Reponen T., Kalliokoski P., Jantunen M.J. The indoor air quality in Finish homes with mold problems. Environment International, 17, 299-302.
• [71] Nevalainen A., Willeke K., Liebhaber F., Pastuszka J., Burge H., Henningson E. (1993). Bioaerosol sampling. Aerosol Measurement: Principles, Techniques and Applications (Editors: K. Willeke and P. Baron); Van Nostrand Reinhold, New York.
• [72] Oh H.J., Nam I.S., Yun H., Kim J., Yang J., Sohn J.R. (2014). Characterization of indoor air quality and efficiency of air purifier in childcare centers, Korea, Building and Environment, 82, p. 203-214. DOI: 10.1016/j.buildenv.2014.08.019.
• [73] Sadrizadeh S., et al. (2022). Indoor air quality and health in schools: A critical review for developing the roadmap for the future school environment. Journal of Building Engineering, 57, 104908. DOI: 10.1016/j.jobe.2022.104908.
• [74] Hama S., et al. (2023). The underpinning factors affecting the classroom air quality, thermal comfort and ventilation in 30 classrooms of primary schools in London. Environmental Research, 236, 2, 116863. DOI: 10.1016/j.envres.2023.116863.
• [75] Cabovská B., et al. (2022). Ventilation strategies and indoor air quality in Swedish primary school classrooms. Building and Environment, 226, 109744. DOI: 10.1016/j.buildenv.2022.109744.
• [76] PN-B-03430:1983/Az3:2000. Wentylacja w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania (in Polish).
• [77] Kim M.K., Liu J., Baldini L. (2024). Numerical analysis, design and application of a decentralized ventilation system with a heat recovery unit adapting to Nordic climates: A case study in Norway. Energy Reports. DOI: 10.1016/j.egyr.2023.11.050.
• [78] Zender-Świercz E. (2020). Improvement of indoor air quality by way of using decentralised ventilation. Journal of Building Engineering, 32, 101663. DOI: 10.1016/j.jobe.2020.101663.
• [79] 22/7 Enterprise. Available online: https://227enterprise.com/blog/vrf-systems-for-schools/ (accessed on: 16.02.2024).
• [80] Multimedialne Centrum Powiatu Kieleckiego. Available online: tkn24.pl (accessed on: 16.02.2024).
• [81] Deng J., Peng C., Qiang W., Wei Q., Zhang H. (2023). Can heat pump heat storage system perform better for space heating in China’s primary schools? A field test and simulation analysis. Energy and Buildings, 279, 112684. DOI: 10.1016/j.enbuild.2022.112684.
• [82] Lu S., Zhai X., Wang R., Wang Z. (2023). System optimization and mode modification of the solar assisted ground source heat pump system for primary schools in northern rural areas of China. Solar Energy, 262, 111879. DOI: 10.1016/j.solener.2023.111879.
• [83] Kocik S., Ciuman P. (2024). Optimising the operation of the HVAC system with a ground source heat pump in a school building. INSTAL, 2, 28-35. DOI: 10.36119/15.2024.2.3.
• [84] De Dietrich. Available online: dedietrich.pl (accessed on: 16.02.2024).
• [85] Hines E., Ross S. (2023). HVAC Choices for Student Health and Learning: What Policymakers, School Leaders, and Advocates Need to Know, RMI and Undaunted K12. Available online: https://rmi.org/insight/hvac-choices-for-student-health-and-learning (accessed on: 16.02.2024).

Uwagi

The paper was financed under the “The Excellence Initiative - Research University” programme and by the National Science Centre (NCN) (grant no: 2019/03/X/NZ7/02045).