Płuca uczniów domagają się zmian
Oddychanie jest tak naturalną czynnością, że nie zwracamy na nią uwagi. Oddychamy bezwiednie i nie widzimy, co aspirujemy do płuc. W podręcznikach fizjologii łatwo znaleźć lapidarną definicję tej czynności: służy do wymiany gazowej. Oddychamy po to, aby wprowadzić do komórek świeży tlen, a zarazem pozbywamy się dwutlenku węgla, będącego toksycznym produktem przemiany materii. Wdech i wydech powtarzamy zazwyczaj 12 razy na minutę, pochłaniając dziennie 10–12 tys. l powietrza. A dzieci w szkolnej klasie? „Podczas 5–7 godz. lekcyjnych zużywają przeciętnie ok. 2,5 tys. l” – szacuje prof. Paweł Wargocki, który w Technical University of Denmark zajmuje się badaniami jakości powietrza w pomieszczeniach zamkniętych, łącząc wiedzę techniczną i chemiczną z biologią, a nawet psychologią.
Powietrze w klasach pozostaje poza radarem instytucji zdrowotnych. Nie dlatego, że brakuje wiedzy. Jak zauważa prof. Lidia Morawska, która w Queensland University of Technology w Brisbane w Australii kieruje Międzynarodowym Laboratorium Jakości Powietrza i Zdrowia, temat ten jest doskonale rozpoznany naukowo. Wiemy, jakie są źródła zanieczyszczeń: od materiałów budowlanych, przez użytkowników budynku, którzy kaszlą i kichają, po skażenia mikrobiologiczne oraz czynniki meteorologiczne (np. wilgotność). Znamy związki chemiczne, które nas zatruwają. Na pyły PM10 i PM2,5 (chodzi o cząstki stałe – z ang. particulate matter – o średnicy równej lub mniejszej 10 µm i 2,5 µm) składają się siarczany, azotany, amoniak i inne toksyny, będące produktami spalania (domowe piece grzewcze, kotłownie, przemysł, transport), poza tym formaldehyd oraz substancje lotne emitowane przez wyposażenie (np. wykładziny lub lakierowane meble). Ustalono też ich wpływ na zdrowie: od bólów głowy po przewlekłe choroby płuc, od problemów z koncentracją po wzrost absencji szkolnej. Prof. Wargocki podkreśla, że nie jest to jedynie kwestia zdrowia: „Jakość powietrza wpływa bezpośrednio na wyniki w nauce. Nasze badania wykazały, że przy lepszej wentylacji poprawiają się nie tylko wyniki testów matematycznych i językowych (o 12%), ale również spada liczba błędów (o 2%) i ogólne wyniki w nauce poprawiają się o 5%”.
Mimo to nie badamy powietrza w salach. Dlaczego? Bo nie musimy. „Jego jakość zwykle kojarzy się z powietrzem zewnętrznym” – zauważa prof. Morawska. Smog, spaliny nauczyliśmy się traktować jako zagrożenie i nawet je mierzyć. Kiedy stężenie w atmosferze szkodliwych substancji przekracza normy, działamy, by chronić swoje zdrowie. Ale większą część doby spędzamy w budynkach i na jakości powietrza w nich również powinno nam zależeć.
Mikroklimat sali lekcyjnej
Salę szkolną można potraktować jako ekosystem – to środowisko zamknięte z własnym mikroklimatem, dynamiką emisji, cyrkulacją i problemami natury epidemiologicznej. W jednym pomieszczeniu przez kilka godzin dziennie znajduje się 20–30 uczniów – każdy z własnym zestawem mikroorganizmów, wśród wilgoci i alergenów. Wszyscy w takiej sali oddychają, emitują ciepło, wydzielają parę wodną, dwutlenek węgla i inne biozanieczyszczenia oraz ewentualne patogeny.
Większość polskich szkół – tłumaczy dr inż. Jerzy Sowa z Politechniki Warszawskiej – korzysta z wentylacji grawitacyjnej, która polega na tym, że powietrze napływające przez nieszczelne okna ulega wewnątrz ogrzaniu, po czym przepływa przez kratki w ścianach i uchodzi kanałami wentylacyjnymi ponad dach. To relikt ze słynnych tysiąclatek z czasów PRL (szkół wybudowanych dla uczczenia tysiąclecia Polski), kiedy nikt nie przewidział, że nadejdzie potrzeba termomodernizacji. Jerzy Sowa od dwóch dekad przekonuje, że wstawienie w takich murach nowych szczelnych okien, mających obniżyć rachunki za ogrzewanie, zamieniło sale w sauny. „Brak dopływu świeżego powietrza sprawia, że w pomieszczeniach unosi się teraz więcej zanieczyszczeń o wysokim stężeniu, co wskazywane jest przez podniesione stężenie dwutlenku węgla, bo nikt nie pomyślał, że szczelne okna wymagają nowocześniejszej wentylacji”.
Co więc robić? Inż. Sowa wskazuje na systemy rozproszonej wentylacji (opierają się na pojedynczych urządzeniach montowanych w poszczególnych pomieszczeniach), za pomocą których za granicą próbuje się rozwiązać problem, choć nawet tam borykają się z hałasem i wysokimi kosztami. W Polsce, gdzie samorządy ledwo wiążą koniec z końcem, to brzmi jak science fiction. Detektory CO2 w nielicznych szkołach tylko potęgują stres, alarmująco świecąc na czerwono i przypominając, że powietrze w klasie jest bardziej toksyczne niż miejski smog. Otwieranie okien? To jak leczenie kataru aspiryną – niby coś robisz, ale problem zostaje. W wielu przypadkach nie można zresztą ich otworzyć – przeszkadzają w tym hałas z zewnątrz, smog, niska temperatura. A nawet jeśli uda się w przerwie między lekcjami wpuścić powietrze z zewnątrz, po kwadransie detektory CO2 znów świecą na czerwono. „I ponieważ nikt nie mierzy realnej wymiany powietrza, wszyscy udają, że wszystko działa” – mówi z goryczą prof. Wargocki.
Inwestycja w oddech
Zainstalowanie czujnika jakości powietrza w sali wydaje się rozwiązaniem banalnie prostym. Mała skrzynka, która wykrywa poziom CO2, czasem także pyłów zawieszonych i wilgotności. Kolorowe światło – zielone, żółte, czerwone – sygnalizuje stopień zagrożenia. Gdy urządzenie wskazuje przekroczenie normy, konieczne jest podjęcie działań w celu wyeliminowania ryzyka. Ale w wielu szkołach, które uczestniczyły w badaniach sprawności takich czujników, niepokojąco wysokie poziomy CO2 utrzymywały się przez większą część dnia. W jednej z sal w województwie lubelskim odnotowano stężenie powyżej 1500 ppm (z ang. parts per million, czyli 1500 cząsteczek dwutlenku węgla na milion cząsteczek powietrza) przez ponad 80% czasu zajęć (dozwolona norma to 800 ppm).
Jakości powietrza w budynkach użyteczności publicznej wciąż się nie egzekwuje. Mamy rozporządzenia dotyczące hałasu, temperatury, nawet wilgotności. Istnieją przepisy budowlane. Ale normy dotyczące stężeń CO2, PM2,5 czy formaldehydu pozostają martwym przepisem. Rozwiązania technologiczne to nie wiedza tajemna. Mamy dostęp do zaawansowanych systemów wentylacyjnych, z wymiennikami ciepła, filtrami HEPA, czujnikami w czasie rzeczywistym i automatyczną regulacją przepływu powietrza, ale w zdecydowanej większości szkół ich nie wdrożono. Przeszkodą najczęściej są pieniądze. Można też usłyszeć: „Nie mamy obowiązku”, „Nie ma przepisów”.
W publikacji z 2024 r., zamieszczonej w magazynie „Science”, tzw. Grupa 36, czyli międzynarodowy zespół naukowców z prof. Lidią Morawską na czele, zaproponowała zestaw minimalnych norm jakości powietrza w takich budynkach. Obejmuje on trzy wskaźniki: dwutlenek węgla, PM2,5 i tlenek węgla. Kiedy Polska dojrzeje do przekonania, że to się opłaca? Ekonomia jakości powietrza to coś więcej niż tylko bilansowanie kosztów inwestycji i oszczędności na ogrzewaniu. Mówimy o zdrowiu, edukacji i przyszłości państwa. Dyskutując o wydatkach na systemy wentylacyjne w szkołach, zapominamy, że nie chodzi wyłącznie o sprzęt, ale o to, by dzieci nie wdychały zanieczyszczonego powietrza przez tysiące godzin rocznie, bo dwumiesięczne wakacje nie zrekompensują skutków ignorowania problemu. Każde 100 tys. zł zainwestowane w poprawę wentylacji może się zwrócić wielokrotnie – w postaci lepszych wyników, mniejszej absencji, niższych kosztów leczenia i, co równie istotne, poprawy komfortu pracy. Oczywiście nie każda placówka oświatowa da radę od razu zainstalować pełny system wentylacji z odzyskiem ciepła i monitoringiem, ale można zacząć od wskazania budynków najgorzej wentylowanych, pilotaży, od budżetów partycypacyjnych. Można włączyć w działania rodziców, samorządy, środowiska naukowe.
Wolność zaczyna się w płucach
Pandemia COVID-19 pokazała, jak kruche są nasze systemy ochrony zdrowia, i sprawiła, że kwestia jakości powietrza przestała być technicznym detalem. Światowa Organizacja Zdrowia wprost określiła prawo do czystego powietrza w pomieszczeniach jako element prawa do zdrowia. W dokumencie „Right to healthy indoor air” stwierdza, że każde dziecko, nauczyciel i każdy obywatel mają prawo oddychać bez narażania się na choroby, dyskomfort i utratę potencjału intelektualnego. Jeśli więc dana placówka tego nie zapewnia, łamie nie tylko zdrowotne standardy – łamie prawo. Kiedy mówimy o równości w dostępie do edukacji, rzadko myślimy o wentylacji. A przecież to właśnie dzieci z mniej zamożnych dzielnic uczą się w najgorszych warunkach – w starych budynkach z fatalnym mikroklimatem.
Nie chodzi o to, by budować zamki z filtrów i rur, ale by uświadomić sobie, że czyste powietrze w klasie jest równie ważne jak krzesło do siedzenia, tablica do pisania i światło do czytania. Pierwszy krok? Czujniki CO2 w każdej sali – z obowiązkiem reagowania w razie konieczności – oraz czujniki stężenia PM2,5. Drugi: program modernizacji wentylacji w szkołach, wzorowany na programach termomodernizacji. Trzeci krok to regulacje: normy jakości powietrza wewnętrznego, progi alarmowe, egzekwowanie ich przestrzegania przez odpowiednie służby. Czwarty: edukacja. Uczmy o powietrzu tak, jak uczymy o wodzie, ekologii czy higienie. I wreszcie: współodpowiedzialność, bo wszyscy oddychamy tym samym powietrzem.
Dla komfortu czy dla zdrowia?
Już w starożytnym Egipcie dostrzeżono znaczenie wentylacji w pomieszczeniach – rzeźbiarze pracujący w kamieniu chcieli chronić się przed szkodliwym pyłem. Hipokrates (460–377 r. p.n.e.) opisywał negatywne skutki oddychania zanieczyszczonym powietrzem w zatłoczonych miastach i kopalniach. W starożytnym Rzymie Sergiusz Orata opracował system ogrzewania podłogowego, który nie tylko równomiernie rozprowadzał ciepło, ale także eliminował spalanie w pomieszczeniach, minimalizując narażenie na działanie szkodliwych substancji.
W średniowiecznej Wenecji pojawiły się okna dachowe poprawiające cyrkulację. Leonardo da Vinci podkreślał, że brak odpowiedniej wentylacji, podobnie jak zadymiona atmosfera, może szkodzić zdrowiu – wskazywał, że w takich warunkach nie pali się płomień. W XVII w. Wargentin zauważył, że wydychane powietrze staje się niezdatne do oddychania, jeśli nie zostanie odświeżone. Gauger, cytując kardynała Melchiora de Polignaca, wskazywał, że to nie ciepło, lecz brak wentylacji i nierówna temperatura powodują dyskomfort.
Tragiczne wydarzenia w Black Hole w Kalkucie z 1756 r. uwypukliły znaczenie odpowiedniej cyrkulacji – 125 ze 146 więźniów udusiło się wtedy w źle wentylowanym lochu. Podczas wojny krymskiej (1853– 1855) w szpitalach z niewystarczającą wentylacją rozprzestrzeniały się choroby. Twórczyni pielęgniarstwa Florence Nightingale (1820–1910) podkreślała, że powietrze w salach chorych powinno być tak czyste jak to zewnętrzne, bez powodowania wychłodzenia. Teoria miazmatów, dominująca do XIX w., przypisywała choroby takie jak cholera czy czarna śmierć „złemu powietrzu” (została ona później wyparta przez teorię zarazków po odkryciach mikrobiologicznych, ale świeże powietrze zawsze było uważane za istotny czynnik w przywracaniu zdrowia). W XIX w. uznawano wadliwą wentylację za jeden z głównych czynników sprzyjających gruźlicy. Amerykański lekarz Edward L. Trudeau (1848– 1915), stosując świeże powietrze w jej leczeniu, otworzył w 1873 r. Adirondack Cottage Sanatorium w stanie Nowy Jork, co potwierdziło terapeutyczną rolę wentylacji.
W 1775 r. Antoine Lavoisier uznał dwutlenek węgla za przyczynę duszności i długo wierzono, że to jego nadmiar jest głównym problemem. W 1872 r. Max von Pettenkofer wykazał, że to nie CO2, lecz biologiczne zanieczyszczenia pochodzące od ludzi pogarszają jakość powietrza. Wkrótce potem Charles- Édouard Brown-Séquard i Arsène d’Arsonval sugerowali istnienie „antropotoksyn” w wydychanym powietrzu, ale teoria ta została obalona przez eksperymenty Johna S. Haldane’a, Leonarda E. Smitha i Johna S. Billingsa w latach 1892–1895.
Od lat 30. XX w. dzięki badaniom Ralpha Lemberga i Constantina Yaglou wentylację projektowano głównie w celu utrzymania akceptowalnego poziomu zapachów. W latach 80. i 90. XX w. uznano, że inne źródła zanieczyszczeń, poza ludzkimi, również wpływają na wymagania wentylacyjne.