Beitrag für Jugend Forscht V5
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<strong>Beitrag</strong> <strong>für</strong> <strong>Jugend</strong> <strong>Forscht</strong> 2013<br />
<strong>Beitrag</strong><br />
<strong>für</strong><br />
<strong>Jugend</strong><br />
<strong>Forscht</strong><br />
2013<br />
2012/13<br />
Prüfung der<br />
Luftqualität am<br />
KKSt<br />
Von Robert Graf<br />
und Dario Raible<br />
Betreut durch<br />
Werner Fick<br />
Sowohl Schülerinnen und Schüler als auch Lehrer klagen seit der Renovierung und dem<br />
Einbau der Lüftungsanlage über Kopfschmerzen, trockenen Hals, Husten, ...<br />
Wir untersuchen die Luftqualität in den Klassenzimmern der 8a, da diese die zurzeit größte<br />
Klasse an unserer Schule ist und somit auch die extremsten Werte zeigen wird, unter<br />
verschiedenen Bedingungen und versuchen herauszufinden, ob die Lüftungsanlage hält, was<br />
uns versprochen wurde.<br />
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<strong>Beitrag</strong> <strong>für</strong> <strong>Jugend</strong> <strong>Forscht</strong> 2013<br />
1.1 Einleitung<br />
Nach dem Umbau unserer Schule und dem Einbau einer Lüftung, die<br />
in den Räumen nur durch 2 Lüftungsschlitze sichtbar ist, klagten<br />
Lehrer und Schüler über schlechte und zu trockene Luft. Außerdem<br />
beschwerten sie sich darüber, dass die Fenster die zur Schillerstrasse<br />
öffnen, verschlossen wurden. Daher kamen wir auf die Idee die Luft<br />
in den Klassenzimmern ( Größe ca.350m³) unserer Schule zu<br />
überprüfen. In diesem Bericht werten wir die Messergebnisse aus,<br />
die wir zur Erforschung der Luftqualität am KKSt gemessen haben (in<br />
ppm). Für eine gute Luftqualität ist ein Höchstwert bei CO² von<br />
1500 ppm („parts per<br />
million“ dh. soviel wie<br />
„Teile einer Million“)<br />
vorgegeben. Dieser<br />
wurde während unserer<br />
Messungen öfters<br />
deutlich überschritten.<br />
1.2 Equipment<br />
Wie man auf diesem Bild sieht, haben wir den Wöhler CDL 210 über<br />
ein USB-Kabel direkt an einen uns ausgehändigten Schullaptop<br />
angeschlossen.<br />
Auf dem Laptop lief das mitgelieferte Programm Wöhler CDL KM<br />
(IAQ). Mit welchem wir die Daten Live ablesen und aufzeichnen<br />
konnten. Der Wöhler CDL 210 misst den CO²-Gehalt (ppm) in der Luft,<br />
die Temperatur(°C) und die Luftfeuchte (%). Die Messwerte sind nicht<br />
punktgenau den es gibt zu viele Faktoren die, die Werte ungenau<br />
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machen (zb. Die Position des CDL 210 im Raum). Aber eine<br />
Abweichung von mehr als 10 ppm ist nicht zu erwarten.<br />
Definition „Gute Luft“<br />
Man spricht dann von guter Luft wenn die Zusammensetzung in etwa<br />
so ist wie unten gezeigt schlechte Gerüche etc. sind durch einen<br />
höheren Anteil bestimmter Gase zurückzuführen.<br />
Zusammensetzung der Luft<br />
Gas Formel<br />
Volumenanteil Massenanteil<br />
Hauptbestandteile der trockenen Luft bei Normalnull<br />
Stickstoff N2 78,084 % 75,518 %<br />
Sauerstoff O2 20,942 % 23,135 %<br />
Argon Ar 0,934 %1,288 %<br />
Zwischensummen 99,960 % 99,941 %<br />
Gehalt an Spurengasen<br />
Kohlenstoffdioxid CO2 0,038 % oder 380 ppm 0,058 %<br />
Neon Ne 18,180 ppm 12,67 ppm<br />
Helium He 5,240 ppm 0,72 ppm<br />
MethanCH4 1,760 ppm 0,97 ppm<br />
Krypton Kr 1,140 ppm 3,30 ppm<br />
Wasserstoff H2 ~500 ppb 36 ppb<br />
Distickstoffoxid N2O 317 ppb 480 ppb<br />
Kohlenstoffmonoxid CO 50–200 ppb 50–200 ppb<br />
Xenon Xe<br />
87 ppb 400 ppb<br />
Dichlordifluormethan (CFC-12) CCl2F2 535 ppt 2200 ppt<br />
Trichlorfluormethan (CFC-11) CCl3F 226 ppt 1100 ppt<br />
Chlordifluormethan (HCFC-22) CHClF2 160 ppt 480 ppt<br />
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Tetrachlorkohlenstoff CCl4<br />
96 ppt 510 ppt<br />
Trichlortrifluorethan (CFC-113) C2Cl3F3<br />
80 ppt 520 ppt<br />
Methylchloroform CH3-CCl3 25 ppt 115 ppt<br />
1,1-Dichlor-1-fluorethan (HCFC-141b) CCl2F-CH3<br />
1-Chlor-1,1-difluorethan (HCFC-142b) CClF2-CH3<br />
17 ppt 70 ppt<br />
14 ppt 50 ppt<br />
Schwefelhexafluorid SF6 5 ppt 25 ppt<br />
Bromchlordifluormethan CBrClF2 4 ppt 25 ppt<br />
Bromtrifluormethan<br />
CBrF3 2,5 ppt 13 ppt<br />
Gesamtmasse (trocken)<br />
5,135 · 1015 t<br />
Gesamtmasse (feucht) 5,148 · 1015<br />
1.3 Umfrage zur Luftqualität<br />
Wir haben an unserer Schule Lehrer und Schüler dazu befragt wie sie<br />
die Luftqualität am KKSt einschätzen und ob sie persönlich<br />
Beschwerden hatten oder noch haben. Dabei haben wir darauf<br />
geachtet Schüler aus verschiedenen Klassen und Altersgruppen zu<br />
befragen. Die Hauptprobleme der Schüler waren Kopfschmerzen,<br />
Probleme bei der Konzentration und auch Probleme wie ein<br />
trockener Hals usw. wurden uns oft genannt.<br />
Die Lehrer nannten uns dagegen selten körperliche Beschwerden,<br />
was wohl auf die häufigeren Raumwechsel zurück zu führen ist.<br />
Sie berichteten uns jedoch, dass die Schüler vor allem in den<br />
späteren Stunden, immer weniger konzentriert seien und nach<br />
Einschätzung der Lehrer den Lehrstoff schlechter aufnähmen als in<br />
den früheren Stunden. Dies deckt sich mit unseren Messwerten die<br />
eindeutig zeigen, dass die Luft in den späteren Stunden immer<br />
schlechter war als in den früheren.<br />
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<strong>Beitrag</strong> <strong>für</strong> <strong>Jugend</strong> <strong>Forscht</strong> 2013<br />
Während unserer Messungen haben wir jedoch bewiesen dass die<br />
Luftfeuchtigkeit an unserer Schule in einem guten Bereich (40-60<br />
Prozent) ist und Vorfälle wie ein trockener Hals somit eigentlich nicht<br />
möglich sind.<br />
1.4 Die Lüftungsanlage<br />
Die Lüftungsanlage an unserer Schule soll laut der Informationen der<br />
Schule 18 200 m³/h umwälzen. Dass sie das nicht hält sieht man an<br />
unseren Messergebnissen. Jedoch schreibt das zuständige Ingenieurs<br />
Büro in einem Brief an die Schule dass die Lüftung <strong>für</strong> unsere<br />
Bedürfnisse überdimensioniert sei. Auf Grund unserer Messungen<br />
können wir sicher behaupten das sie nicht überdimensioniert ist<br />
sondern unterdimensioniert!<br />
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2. Messergebnisse und Auswertung<br />
Bei allen Messungen war die Lüftung aktiviert. Man sollte noch<br />
anmerken dass der grüne bis rote Bereich sich auf den CO²-Gehalt in<br />
der Luft bezieht. Auch sollte man wissen , dass die Temperatur bei<br />
den wenigsten Aufnahmen sich besonders verändert, weshalb wir<br />
nicht lange auf diese eingehen werden.<br />
Diese Aufnahme wurde in der 2. Stunde ( 8:50-9:35 Uhr) im Biologie-<br />
Raum 012 gemacht, dabei waren wir 28 Personen im Raum. Jedoch<br />
war der Raum in der ersten Stunde schon belegt.<br />
Man sieht eindeutig das mit beginn der Stunde auch die Werte<br />
steigen außer die Temperatur die um ca. 1 °C schwankt. Der CO²<br />
Gehalt steigt ständig. So auch die Luftfeuchte.<br />
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Die zweite Aufnahme haben wir in der 3. Stunde im Physik-Raum 210<br />
gemacht dabei waren ebenso 28 Personen im Raum.<br />
Diese Aufnahme ist eine Besondere: Bevor die Werte in einen nicht<br />
mehr optimalen Bereich ging, hat unser Lehrer ohne auf unseren<br />
Laptop zu schauen das Fenster geöffnet. Der CO² Gehalt ist bis zum<br />
Fenster öffnen (mit schwarzem Pfeil markiert) gestiegen. Die Schüler<br />
unserer Klasse 8a empfanden diese Stunde angenehmer als all die<br />
anderen, obwohl wir in dieser Stunde einen neuen Stoff begonnen<br />
haben.<br />
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Somit lässt sich behaupten, dass Schüler bei einer angenehmerem<br />
Raumklima, also mit einer geringeren CO2 Konzentration,<br />
leistungsfähiger sind als sonst. Was man auch während den<br />
Umbauarbeiten gesehen hat: Damals hatten wir einmal die Woche<br />
Unterricht in den Containern (etwas mehr als halb so groß wie die<br />
jetzigen Räume), welche aufgestellt wurden, um die wegen dem<br />
Umbau fehlenden Räumen zu ersetzen. In diesen haben wir leider<br />
nur eine Aufnahme gemacht.<br />
Wir hatten über 3200 ppm und 85 % Luftfeuchtigkeit. Die Klasse war<br />
jede Woche in dieser Stunde zu kaum Leistung fähig es war sehr<br />
unruhig und unkonzentriert.<br />
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Bei dieser Aufnahme haben wir in der 3.Stunde,welche von 10:40 bis<br />
11:25 ging , im Klassenzimmer 103, es waren nur 17 Personen im<br />
Raum.<br />
Dieses Diagramm zeigt zwei Dinge deutlich: Es stammt aus<br />
einem Raum, der den ganzen Tag vor der Messung leer war.<br />
Man kann sehen, dass seit Unterrichtsbeginn der CO2-Wert<br />
fast bis zum Ende der Stunde anstieg. Das zeigt, dass die<br />
Lüftungsanlage nicht im Stande ist, während dem Unterricht<br />
<strong>für</strong> eine gute Luft zu sorgen. Zweitens sieht man, dass bei<br />
einer kleineren Klasse ( an diesem Tag nur 17 Kinder) der CO2<br />
Wert nicht so hoch geht als bei einer großen Klasse.<br />
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Diese Diagramme zeigen dass die Luftqualität in den späten Stunden<br />
schon zu Beginn schlecht ist und dann immer schlechter wird. Dies<br />
stärkt die Aussage der Lehrer, dass die Qualität des Unterrichts in den<br />
späten Stunden immer niedriger ist als in den frühen Stunden. Auch<br />
hier muss man bedenken, dass die Lüftung während allen unseren<br />
Messungen ständig an war.<br />
Dieses Diagramm stammt von einer Messung die über mehrere Tage<br />
in Raum 103 verlaufen ist. Man kann von diesem Diagramm viele<br />
Dinge ablesen. Erstens sieht man deutlich Die Zeiten in denen das<br />
Klassenzimmer besetzt war und dazwischen auch immer wieder<br />
Pausen oder Hohlstunden. Zweitens sieht man das es auch Spaßvögel<br />
gibt die auch gerne mal in das Messgerät pusten. Außerdem kann<br />
man ganz besonders deutlich das Wochenende vom 15. Bis 17.<br />
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Erkennen. Zuletzt sieht man auch noch die Zeit des Unterrichts die<br />
CO2-Werte sinken nämlich immer am Nachmittag.<br />
Auch hier muss man bedenken, dass die Lüftung während allen<br />
unseren Messungen ständig an war.<br />
Hiermit kommen wir zum Ende unseres Hauptberichtes wir werden<br />
weitere Aufnahmen und kleinere Informationen in den Anhang<br />
anhängen. Nun kommen wir zum Fazit mit möglichen<br />
Problemlösungen.<br />
Fazit<br />
Zum Schluss unseres Projektes kommen wir zu dem Fazit, dass an<br />
unserer Schule eindeutig etwas getan werden muss um die<br />
Luftqualität zu verbessern und somit die Chancen eines jeden<br />
Schülers auf ein gutes und konzentriertes Lernen zu verbessern.<br />
Unsere Vorschläge dazu sind:<br />
- Lüften in den großen Pausen, jedoch nur in den Räumen deren<br />
Fenster nicht zur Straße zeigen<br />
- Nochmalige Überprüfung der Lüftungsanlage und evt. eine<br />
Änderung der Einstellungen<br />
- Die Lüftung in den Pausen nicht abschalten<br />
- eventuelles Öffnen der Türen, da die Luftqualität in den Gängen<br />
besser ist als in den Klassenzimmern.<br />
Im Sommer / Frühling werden wir bei höheren Außentemperaturen<br />
Vergleichsmessungen machen um mögliche Veränderungen zu<br />
Protokollieren.<br />
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<strong>Beitrag</strong> <strong>für</strong> <strong>Jugend</strong> <strong>Forscht</strong> 2013<br />
"Weiter gibt es spezielle Grenzwerte <strong>für</strong> verschiedene Institutionen:<br />
Schule: 1500 ppm (Als Voraussetzung muss jedoch die jederzeit<br />
mögliche Herabsetzung auf 1000 ppm gewährleistet sein).<br />
Quellen:<br />
• Dr. Werner Imrecke – Diplom Chemiker ( Gute Luft Informationen/<br />
Grenzwerte <strong>für</strong> den ppm-Gehalt)<br />
• http://www.umweltbundesamt.de/gesundheit/publikationen/adhoc/kohlendioxid_2008.pdf<br />
(am 28.12.12)<br />
(Seite 1366+1367)<br />
Nun folgen noch weitere Messdiagramme die wir<br />
während unserem Projekt aufgenommen haben<br />
und auch eine Vergleichsmessung von einer<br />
anderen Schule (Ernst-Abbe-Gymnasium,<br />
Oberkochen).<br />
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Diese Aufnahme war in den zwei Stunden nach der Mittagspause im<br />
Klassenzimmer 103 mit 28 Pers. und die folgende in der 3.Stunde<br />
ebenfalls im Klassenzimmer.<br />
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Diese Aufnahme ist aus der 5. Stunde im Chemiesaal 110. Die zweite<br />
Aufnahme ist ein perfektes Beispiel um zu zeigen ,dass der Wöhler<br />
CDL 210 nicht immer Fehlerfrei funktioniert<br />
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2.1 Vergleichsmessungen vom Ernst-Abbe-<br />
Gymnasium in Oberkochen<br />
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Info zu dem 4 Messungen:<br />
1. Messung: V=223,57m^3,19 Personen, 5./6. Stunde, Lüften in der<br />
Pause, Klasse 9, Mathe<br />
2. Messung: 221,334m^3, 15 Personen, Klasse 9, Physik<br />
3. Messung: NWT-Raum, Maße folgen, 12 Personen, Tür offen, Klasse<br />
9, NWT<br />
4. Messung: V=221,334m^3, 11 Personen, Klasse 11, Physik<br />
Die Spitzen, die in den einzelnen Messungen auftreten sind<br />
Spaßvögel, die gemeint haben, gegen das Gerät pusten zu müssen.<br />
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