Ny undersøgelse: Skolebørns evner øges når CO2-koncentrationen sænkes

Transkript

1 I n d e k l i m a Ny undersøgelse: Skolebørns evner øges når CO2-koncentrationen sænkes Et feltforsøg foretaget i Aarhus Kommune påviser, at børns præstationsevne ved skolearbejde kan forbedres med op til syv procent, når frisklufttilførslen i klasselokalerne øges. Resultaterne er netop blevet publiceret i det videnskabelige tidsskrift Indoor Air og er opsigtsvækkende, da der på verdensplan kun er foretaget få lignende videnskabelige undersøgelser. Hvis tendenserne i dette forsøg implementeres i den seneste PISA-undersøgelse, vil Danmarks resultat klart forbedres Af Ann Lønbæk Sandvang Pedersen, civilingeniør, Niras A/S, og Henriette Smedegaard Rasmussen, civilingeniør, Alectia A/S I forbindelse med vores afsluttende kandidatafhandling ved Ingeniørhøjskolen, Aarhus Universitet, er effekten af en øget frisklufttilførsel i klasselokaler, indikeret ved en lavere CO2-koncentration, på børns præstationsevne ved skolearbejde undersøgt. Undersøgelsen blev foretaget som et feltforsøg i fire 5. klasser på to folkeskoler i Aarhus Kommune. Forsøget blev udført i samarbejde med Aarhus Kommune og ventilationsfirmaet Airmaster A/S. Kandidatafhandlingen blev udarbejdet under vejledning af civilingeniør, ph.d. Kasper Lynge Jensen, Teknologisk Institut, og civilingeniør, ph.d. Steffen Petersen, Institut for Ingeniørvidenskab, Aarhus Universitet og Alectia A/S. Motivation for undersøgelsen I de senere år har stadig flere undersøgelser vist, at indeklimaet i de danske folkeskoler er utilfredsstillende. Senest viste masseeksperiment 2014, at kun 40 procent af de undersøgte skoler havde en CO2-koncentration lavere end de 1000 ppm, som Ar- bejdstilsynet anbefaler, og som i dag er et krav i Bygningsreglementet for nybyggeri. Børnene skal med folkeskolereformen endvidere opholde sig længere tid i skolerne, hvorfor udfordringen ikke er blevet mindre. På trods af at de fleste umiddelbart vil resonere sig frem til, at såkaldt tung luft vil påvirke både deres egen og børns evne til at præstere i negativ retning, findes der kun få egentlige videnskabelige undersøgelser, der evaluerer, hvordan dårlig luftkvalitet påvirker den enkelte elevs præstationsevne. Motivationen for undersøgelsen beskrevet i denne artikel er således at bidrage til den meget begrænsede viden herom. Fokus i undersøgelsen var at undersøge effekten af en øget frisklufttilførsel på elevernes umiddelbare koncentrationsevne og logiske tænkning, hvilket stemmer overens med de tidligere lignende undersøgelser, der findes på området, foretaget af Wargocki og Wyon (2007a; 2007b). Skolerne Undersøgelsen blev foretaget som et feltforsøg i fire 5. klasser på to folkeskoler i Aarhus Kommune (to klasser på hver skole). De to skoler var beliggende i samme skoledistrikt, en kilometer fra hinanden, men da de administrativt fungerede som én skole, blev de i forsøget betragtet som én skole. De fire klasser var fordelt med klasse 1 og 3 på skole A og klasse 2 og 4 på skole B. De deltagende elever i undersøgelsen var i alderen 10 til 12 år, og i alt deltog 90 elever i forsøget. Testmetode og interventionen Feltforsøget blev udført som et 2x2 dobbelt blindt crossover interventionsforsøg: Figur 1. Decentralt ventilationsanlæg som væghængt model. 2x2 fordi de fire klasser blev parret to og to. Dobbelt blindt fordi elever og lærere ikke var bekendt med forsøgets formål og derfor heller ikke den eksperimentelle plan for forsøget, og fordi de forsøgsudførende (projektgruppen) under forsøget samt under resultatbehandlingen ligeledes ikke var bekendt med den eksperimentelle plan for forsøget. Crossover fordi de 2x2 klasser skiftevis blev eksponeret for to forskellige luftkvalitetsforhold i klasselokalerne. Interventionen bestod i at øge frisklufttilførslen i klasselokalerne. Da skolerne var naturligt ventilerede gennem manuel åbning af vinduer, blev der i hvert af de fire lokaler installeret et decentralt ventilationsanlæg, som blev udlånt og leveret af ventilationsfirmaet Airmaster A/S. Anlæggene var enten som væghængte anlæg monteret i facaden med indtag og afkast gennem facaden eller som 14 Vi forenkler byggeriet lindab.dk HVAC

2 AHU N : Range: VERSO

3 I n d e k l i m a Ny undersøgelse... gulvstående anlæg med indtag og afkast gennem tag (vist nedenfor). Eleverne i de fire klasser blev undervejs i forsøget systematisk udsat for to forskellige konditioner i henhold til luftkvaliteten; enten som eksisterende forhold, hvor ventilationsanlæggene recirkulerede indeluften i lokalerne, eller forhold svarende til interventionen, hvor ventilationsanlæggene tilførte friskluft til lokalerne. Når konditionen med frisklufttilførsel skulle implementeres i klasserne, blev ventilationsanlæggene indstillet til at køre med en variabel luftmængde, VAV, styrende efter en maksimal CO2-koncentration i lokalerne på 1000 ppm. For at sikre at frisklufttilførslen ikke medførte et temperaturfald i lokalerne, blev alle anlæg installeret med en varmeflade, som sikrede en fast indblæsningstemperatur på 22 C. I konditionen med recirkulation blev indtagsåbningen blændet, men ventilatoren kørte stadig, således at støjniveauet fra anlægget var tilsvarende konditionen med øget frisklufttilførsel. Hver kondition var implementeret i klasserne i én uge ad gangen. Evaluering af præstationsevne Fortsat Figur 2. Decentralt ventilationsanlæg som gulvmodel. For at kunne evaluere elevernes præstationsevne blev de i hver kondition udsat for fire forskellige præstationstests; to sproglige og to numeriske tests. Eleverne fik udleveret én test pr. dag mandag til torsdag. Testene var udformet, så de testede elevernes koncentrationsevne, motivation, korttidshukommelse og logiske forståelse. De fire tests var: (1) addition eleverne skulle addere 3- og 4-cifrede tal, (2) talsammenligning eleverne skulle sammenligne to talrækker af hver syv cifre og notere, om talrækkerne var ens eller forskellige, (3) grammatik-logik eleverne skulle notere om et givent udsagn vedrørende rækkefølgen på en bogstavkombination på to bogstaver var sand eller falsk, (4) læsetest eleverne skulle læse en tekst, hvor der udvalgte steder var indsat tre ord, hvoraf eleverne skulle markere det af ordene, som passede ind i konteksten. Testene var udformet som tidsbegrænsede færdighedstests (hastighedstests) med en fast varighed på 10 minutter. Vi ønskede at undersøge interventionens effekt på den enkelte elevs præstation, og derfor blev test frasorteret, hvis en elev ikke havde besvaret en test i begge uger i crossover forsøget. Det samlede antal nåede opgaver samt antallet af rigtige/forkerte blev noteret, og en forbedring i præstation blev antaget at være en signifikant forøgelse af antallet af rigtige opgaver, uden at eleverne lavede signifikant flere fejl. En statistisk analyse blev således udført for at kunne kvantificere den statistiske signifikans af testresultaterne mellem de to forskellige konditioner i crossover forsøget. Forud for den statiske analyse blev test frasorteret, hvis en elevs besvarelse i én af ugerne i crossover forsøget tydeligt indikerede en ydre påvirkning af motivationen, som ikke kunne tillægges interventionen. Kriterier herfor blev opstillet således, at en elevs testbesvarelse blev frasorteret, hvis han/hun i sin besvarelse havde lavet usandsynligt mange eller usandsynligt få rigtige i den ene uge i forhold til den anden uge i crossover forsøget. Fysiske forhold og målinger Under hele forsøget blev der foretaget kontinuerte målinger af de fysiske forhold i alle fire klasselokaler. CO2-koncentrationen blev målt med det formål at kunne bestemme, hvilket CO2-niveau eleverne var eksponeret for i de respektive konditioner. Temperatur og relativ luftfugtighed blev målt med det formål at kunne fastlægge, at andre parametre end CO2-niveauet var fastholdt, således at en eventuel forbedring i præstation ville kunne tillægges ændringer udelukkende i luftkvaliteten indikeret ved CO2- kocentrationen. Endeligt blev vinduesforhold (åben eller lukket tilstand) og tilstedeværelse i lokalerne registreret, og data for udeklimaet blev indhentet fra en nærliggende vejrstation. Ud fra registreringen af tilstedeværelsen i klasselokalerne kunne det fastlægges, at eleverne i gennemsnit var eksponeret for de givne luftkvalitetsforhold i tre en halv time time om dagen. Målingerne af CO2-koncentrationen i klasselokalerne gav følgende forhold vist i Tabel 1. Som det ses af Tabel 1, blev CO2- koncentrationen i klasselokalerne sænket i konditionen med øget frisklufttilførsel (k1) svarende til en forøgelse på cirka 5 l/s pr. person. Målingerne af temperatur og relativ luftfugtighed i klasselokalerne viste, at disse parametre var tilnærmelsesvis konstante igennem hele forsøget, og endeligt viste registreringerne af vinduesforhold (åbent/lukket), at graden af åbning af vinduer varierede igennem forsøget dog var det ikke muligt at fastlægge et specifikt mønster herfor. Resultater af præstationstestene I Tabel 2 ses resultaterne for ne af de fire præstationstests, som eleverne blev udsat for i crossover forsøget. Derudover ses resultaterne af den statistiske analyse, som viste, hvorvidt der statistisk var opnået signifikant Kondition Gennemsnitlig CO 2 - koncentration Peaks i CO 2 - koncentration Frisklufttilførsel [ppm] [ppm] [l/s pr. pers.] Friskluft (k 1 ) ,6 Recirkulation (k 2 ) ,7 16 Vi forenkler byggeriet lindab.dk HVAC

4 Viega Megapress Gør det umulige muligt. Op til 60% hurtigere installation af tykvæggede stålrør. Endelig er det muligt: Ny presteknik til tykvæggede ISO-stålrør. Uanset om teknikken anvendes til varme-/køleanlæg eller i industrien, vil Megapress sikre en holdbar og rentabel installation af tykvæggede stålrør. Viega Megapress gør det muligt at forbinde stålrør i dimensioner fra ½ - 2 på et øjeblik og opfylder DIN EN standarden. Megapress fittings har den kendte SC-Contur. Det betyder, at samlinger, der ikke er udført korrekt, bliver synlige ved en tryktest. Installationstiden reduceres med op til 60%, og selv de mest svært tilgængelige rør kan nemt og sikkert samles med Megapress. viega.dk/megapress Viega. En bedre idé!

5 I n d e k l i m a Ny undersøgelse... Fortsat forskel mellem de to luftkvalitetskonditioner, k1 og k2. Som det ses af Tabel 2, viser resultaterne af den statistiske analyse, at middelværdien for antallet af rigtige var signifikant højere i konditionen med øget frisklufttilførsel (k1) end i konditionen med recirkuleret luft (k2) gældende for alle fire præstationstests. Middelværdien for antallet af rigtige er mellem 3,2 og 7,4 procent højere, når der blev tilført friskluft i klasselokalerne, og CO2-niveauet dermed blev sænket. Det ses også af Tabel 2, at der ikke var en signifikant forskel på middelværdien for antallet af fejl imellem de to konditioner dog lavede eleverne færre fejl i konditionen med øget frisklufttilførsel end i konditionen med recirkuleret luft ligeledes gældende for alle fire præstationstests. Diskussion af undersøgelsen Resultaterne af dette forsøg viser samme tendens, som er fundet i tidligere, lignende undersøgelser af Wargocki og Wyon (2007a; 2007b) og stemmer overnes med, hvad der kan forventes i sådanne forsøg; nemlig at dårlig luftkvalitet sænker ens evne til at udføre arbejde samt at folk (i dette forsøg skoleelever) har tendens til at reducere hastigheden, hvormed de udfører arbejdet, indtil de igen er i stand til at opnå en acceptabel fejlprocent (Wargocki og Wyon, 2013). Motivationen for denne undersøgelse var først og fremmest at bidrage til den begrænsede viden, der er på området. Men derudover har vi i et forsøg på at styrke den videnskabelige værdi af denne type eksperimenter forsøgt at lære fra erfaringerne fra undersøgelserne foretaget af Wargocki og Wyon (2007a; 2007b). Vi valgte således forud for crossover forsøget at udføre en prøveuge samt en baseline. Formålet hermed Test Antal elever Addition 74 Talsammenligning Grammatiklogik Læsetest 76 Analyse Middelværdi k 1 Middelværdi k 2 var at gøre elever (og lærere) bekendte med metodikken for forsøget, herunder testmaterialet, og derved mindske risikoen for, at en eventuel forbedring i præstation ville skyldes læringseffekt altså at eleverne klarede sig bedre i testene, blot fordi de blev mere bekendt med dem. En analyse af testmaterialet fra baseline-ugen gav efter forsøget således ikke anledning til at tro, at læringseffekt skulle være opstået i løbet af forsøget, hvorfor testresultaterne fra crossover forsøget, som ses i Tabel 2, ikke er korrigeret herfor. Derudover blev forsøget udført dobbelt blindt, og endvidere blev test, der tydeligt indikerede en ydre påvirkning af motivationen, frasorteret forud for den statistiske analyse. Disse metodiske valg står i modsætning til undersøgelserne af Wargocki og Wyon (2007a; 2007b) og er med til at øge validiteten af denne undersøgelse og dens resultater. At forsøget blev udført efter et 2x2 crossover design, at ukomplette test blev frasorteret (komplet design), samt at det var effekten på den enkelte elevs præstation, som blev undersøgt, er vigtige parametre inden for denne type af videnskabelige forsøg, hvorfor dette blev udført efter samme metode som i undersøgelserne af Wargocki og Wyon (2007a; 2007b). En begrænsning i forsøget var, at der ikke blev taget hensyn til alle potentielle bias i henhold til det fysiske miljø i klasserne. Eksempelvis blev der ikke foretaget målinger af støjniveau, belysningsniveau og lokal termisk diskomfort som træk. Når et forsøg udføres under virkelige forhold frem for i et laboratorium, er risikoen for ydre påvirkninger større, og under forsøget blev bias i henhold til andre indeklimafaktorer forsøgt minimeret blandt andet i form af, at ventilationsanlæggene var aktive under hele forsøget. Samtidig blev temperatur og relativ luftfugtighed målt under forsøget. Så hvor stort er potentialet? I den seneste PISA-undersøgelse foretaget i 2012 var Danmark i matematik og læsning placeret på en henholdsvis 15. og 18. plads blandt de 34 OECD-lande, som er de lande, vi gerne sammenligner os med (Undervisningsminiristeriet, 2015). Danmark opnåede en gennemsnitlig score på 500 point i matematik og 496 point i læsning. I forlængelse af resultaterne af vores undersøgelse har vi spurgt os selv, om Danmarks resultat i PISAundersøgelserne kan forbedres, hvis luftkvaliteten i klasselokalerne forbedres? Hvis tendenserne i dette forsøg implementeres i den seneste PISA-undersøgelse, vil Danmark kunne opnå 525 point i matematik, svarende til en 4. plads blandt OECD-landene, og 522 point i læsning, svarende til en 6. plads. Det er måske optimistisk at tro, at resultaterne kan overføres 1:1, men det fortæller os noget om, hvor stort potentialet er, og at der må gøres noget ved indeklimaet i de danske skoler, hvis vi skal få et både sundere og mere produktivt miljø. Signifikant forskel Forskel i % (fra k 2 til k 1 ) 54,5 51,2 Ja + 6,3 Fejl 3,3 3,7 Nej 11,0 124,8 119,1 Ja + 4,8 Fejl 6,8 7,5 Nej 8,8 62,7 60,7 Ja + 3,2 Fejl 20,9 24,8 Nej 15,7 19,4 18,1 Ja + 7,4 Fejl 3,5 4,1 Nej 14,3 Dette forsøg er foretaget på to folkeskoler, som er bygget i 1970 erne, og som i deres fysiske udformning ikke afviger væsentligt fra de mange andre skoler bygget i samme tid. Potentialet fundet i denne undersøgelse vil derfor med stor sandsynlighed kunne overføres til mange andre skoler, som ligeledes oplever problemer med luftkvaliteten. Og nu når Danmark i de kommende år står over for at skulle renovere mange danske folkeskoler, vil vi naturligvis opfordre til, at der bliver fokuseret på indeklimaet især efter implementeringen af den nye folkeskolereform, hvor eleverne skal opholde sig længere tid i skolerne. Kilder: Wargocki, P.; Wyon, D.P. (2007a) The effects of moderately raised classroom temperatures and classroom ventilation rate on the performance of schoolwork by children, HVAC&R Res, 13, Wargocki, P.; Wyon, D.P. (2007b) The effects of outdoor air supply rate and supply air filter condition in classrooms on the performance of schoolwork by children, HVAC&R Res, 13, Wyon, D.P.; Wargocki, P. (2013) How Indoor Environment Affects Performance, ASHRAE J, 55, Undervisningsministeriet, 2015, ,[ ] 18 Vi forenkler byggeriet lindab.dk HVAC

6 AIRMASTER S m 3 /h 30 db (A) 30 elever + 1 lærer Maks ppm Lav SFP S Med en luftmængde på helt op til 1000 m 3 /h, kombineret med lavt lydniveau, repræsenterer Airmaster S 1000 et gennembrud indenfor decentrale ventilationsløsninger. AMS 1000 er en konkurrencedygtig løsning, udviklet til ventilation i skoleklasser, men kan naturligvis anvendes overalt, hvor der er store krav til komfort og et godt indeklima. Airmasters nye ventilationsanlæg til installation ophængt under loft introduceres hen over sommeren 2015, og er klar til levering og installation i alle varianter fra september Står du med aktuelle ventilationsopgaver, hvor Airmaster S 1000 kan være relevant som løsning, er du meget velkommen til at kontakte os for yderligere information. AMS 1000: Klar til levering fra september 2015! Vil du vide mere så kontakt en af vores sælgere på tlf eller via mail: [email protected] Industrivej 59 DK Aars Danmark Tel Fax [email protected]