Καθαρισμός αέρα στη σχολική τάξη - Τι έδειξε πείραμα στη Θεσσαλονίκη

Η ποιότητα του αέρα που εισπνέουν μαθητές και εκπαιδευτικοί μέσα στην σχολική αίθουσα είναι ένα ζήτημα που αναδείχτηκε ιδιαίτερα στην περίοδο της πανδημίας. Μεγάλες διεθνείς μελέτες, όπως μια πρόσφατη στην Ιταλία, έχουν καταδείξει πως η χρήση τεχνολογιών μηχανικής ανανέωσης του αέρα μπορεί να μειώσει ως και κατά 82,5% τον κίνδυνο μετάδοσης του κορωνοϊού.

Στο Πειραματικό Σχολείο του ΑΠΘ, στη Θεσσαλονίκη, μαθητές και εκπαιδευτικοί συνεργάστηκαν για την εγκατάσταση ενός προηγμένου πειραματικού συστήματος βελτίωσης της ποιότητας του αέρα στις σχολικές αίθουσες, βασισμένο στις ανοιχτές τεχνολογίες. Σχεδίασαν κατέγραψαν και παρακολούθησαν τις μετρήσεις πάνω σε τρία διαφορετικά σενάρια και παρουσίασαν την πρότασή τους στο 14ο Υβριδικό Συνέδριο Πληροφορικής (φωτογραφία πάνω), που άρχισε χθες στο Κέντρο Διάδοσης Επιστημών και Μουσείο Τεχνολογίας ΝΟΗΣΙΣ στη Θεσσαλονίκη.

Το σύστημα

Το project με τίτλο "Άλλος αέρας στις σχολικές τάξεις με ανοιχτές τεχνολογίες", ξεκίνησε κατά την περσινή σχολική χρονιά από ομάδα μαθητών της Γ' Γυμνασίου και φέτος τη σκυτάλη παρέλαβαν οι διάδοχοί τους για να το εξελίξουν περαιτέρω, με την οικονομική ενίσχυση του ΝΟΗΣΙΣ και του Πανελλήνιου Διαγωνισμού Ανοιχτών Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση.

Το σύστημα καταγραφής και παρακολούθησης δεδομένων που εγκαταστάθηκε στο Σχολείο, αποτελείται από έναν εξαεριστήρα ενσωματωμένο τζάμι ανακλινόμενου παραθύρου, για την μηχανική υποστήριξη της αλλαγής του αέρα της αίθουσας, έναν μετρητή αιωρούμενων σωματιδίων κι έναν μετρητή υγρασίας, θερμοκρασίας και ατμοσφαιρικής πίεσης. Επίσης, περιλαμβάνει έναν μετρητή έντασης ήχου για τη μέτρηση του θορύβου που παράγει ο εξαεριστήρας και τέλος ένα σύστημα ελέγχου για την αυτόματη εκκίνηση του εξαεριστήρα. Τον εξοπλισμό ελέγχουν και συντονίζουν δύο μικροϋπολογιστές Raspberry Pi Zero W και Raspberry pi4.

Σκοπός του συστήματος είναι η συστηματική παρακολούθηση της ποιότητας του αέρα στις σχολικές αίθουσες και η βελτίωσή της, με αφορμή την πανδημία COVID-19 και την ανάγκη μείωσης του κινδύνου διασποράς.

Η διάταξη ανανεώνει και καθαρίζει τον αέρα της τάξης τρεις ως έξι φορές την ημέρα, έχει πολύ χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, λειτουργεί με διαδεδομένες συσκευές, ανοιχτής αρχιτεκτονικής, χαμηλού κόστους αγοράς και συντήρησης, απλές στην εγκατάσταση και στη χρήση. Είναι άμεσα εφαρμόσιμη, με τα δεδομένα (τιμές σωματιδίων, θερμοκρασίας, υγρασίας, ατμοσφαιρικής πίεσης) να είναι ανοιχτά στο cloud, προσβάσιμα σε όλους. Στο cloud μπορεί επίσης να δει κάποιος την γεωγραφική θέση του συστήματος, ανάμεσα σε ένα ευρύ δίκτυο μετρητών διάσπαρτο στην Ελλάδα και σε άλλες χώρες.

Τα τρία σενάρια

Η εφαρμογή του συστήματος και η συλλογή των στοιχείων έγινε με τρία σενάρια. Και τα τρία είχαν σημείο εκκίνησης μια σχολική αίθουσα που είχε μείνει κενή για δέκα ώρες, με κλειστά παράθυρα και με τον εξαεριστήρα εκτός λειτουργίας. Έγινε μέτρηση των τιμών πριν από το μάθημα, καθώς και στη συνέχεια, κατά τη διάρκεια του 40λεπτου μαθήματος με 13 μαθητές στην τάξη (τρεις φορές ανά δέκα λεπτά). Τέλος, έγινε μέτρηση στην αρχή και στο τέλος του δεκάλεπτου διαλείμματος που ακολούθησε. Σε κάθε σενάριο οι συνθήκες λειτουργίας του συστήματος ήταν διαφορετικές.

• Στο πρώτο σενάριο, το μάθημα έγινε με τα παράθυρα ανοιχτά και τον εξαεριστήρα εκτός λειτουργίας. Έγιναν μετρήσεις ανά δέκα λεπτά, όπου πραγματοποιήθηκαν τρεις μετρήσεις ανά 10 λεπτά. Στο διάλειμμα οι μετρήσεις έγιναν με τον εξαεριστήρα να παραμένει στο OFF και τα παράθυρα ανοιχτά.
• Στο δεύτερο σενάριο, οι συνθήκες στη διάρκεια του μαθήματος παρέμειναν ίδιες (παράθυρα ανοιχτά, εξαεριστήρας στο OFF). Στο διάλειμμα όμως, ο εξαεριστήρας λειτούργησε στο 100% της ισχύος του.  
• Στο τελευταίο σενάριο, ο εξαεριστήρας δούλεψε στη διάρκεια του μαθήματος στο 50% της ισχύος του, με τα παράθυρα ανοιχτά. Το ίδιο συνέβη και στο διάλειμμα, με την αίθουσα κενή.

Τα ευρήματα

Οι πέντε μαθητές της Β' και Γ' Γυμνασίου, υπό την επίβλεψη δύο καθηγητών τους, συνέλεξαν τα δεδομένα και έκαναν σύγκριση των τριών σεναρίων, καταλήγοντας σε τέσσερα βασικά συμπεράσματα:

• Τα ανοιχτά παράθυρα από μόνα τους δεν βοηθούν ιδιαίτερα στην ανανέωση και τον καθαρισμό του αέρα, καθώς τα αιωρούμενα σωματίδια διαρκώς αυξάνονται.
• Η χρήση του εξαεριστήρα κατά τη διάρκεια του διαλείμματος αρχικά αυξάνει αλλά στο τέλος μειώνει τα αιωρούμενα σωματίδια
• Η διαρκής λειτουργία του εξαεριστήρα (στη διάρκεια του μαθήματος και του διαλείμματος), έστω και στο 50% της ισχύος του, διατηρεί τα αιωρούμενα σωματίδια σταθερά σε χαμηλά επίπεδα.
• Η χρήση του εξαεριστήρα έχει θετική επίπτωση στην ποιότητα του αέρα της αίθουσας, και είναι απαραίτητη για την υγεία μαθητών και καθηγητών

Το πρόγραμμα θα συνεχιστεί, με συλλογή και περαιτέρω ανάλυση των δεδομένων, πάνω σε περισσότερα σενάρια λειτουργίας του συστήματος.

Όπως ανέφεραν, στόχος είναι η αυτοματοποίησή του και η επικοινωνία των δύο Raspberry, ώστε ο εξαεριστήρας να ξεκινάει και να σταματάει αυτόματα, ανάλογα με τις τιμές των αιωρούμενων σωματιδίων και της στάθμης του ήχου.