Clean Air in School Classrooms utilizing Open/Free Technologies | «Άλλος αέρας» στις σχολικές αίθουσες με ανοιχτές τεχνολογίες
Το εκπαιδευτικό πρόγραμμα "Άλλος αέρας" με ανοιχτές τεχνολογίες
- διακρίθηκε στο πλαίσιου του 3ου Πανελλήνιου Διαγωνσιμού Ανοιχτών Τεχνολογιών στην κατηγορία Γυμνασίων, περισσότερα ΕΔΩ
- παρουσίαστηκε στην εκδήλωση των διακριθέντων έργων του διαγωνσιμού που διοργάνωσε το ίδρυμα Ωνάση, περισσότερα ΕΔΩ και ΕΔΩ
- παρουσιάστηκε στο Κ της εφημερίδας Καθημερινής, στο άρθρο "Τεχνολογία: Πέντε εφευρέσεις που γεννήθηκαν σε ελληνικά σχολεία" περισσότερα ΕΔΩ
- παρουσιάστηκε στο 14ο Μαθητικό Συνέδριο Πληροφορικής Κεντρικής Μακεδονίας, περισσότερα ΕΔΩ
- μετά από σχετική πρόσκληση παρουσιάστηκε στην 86η Διεθνή Έκθεση Θεσσαλονίκης, στο περίπτερο του Γενικής Γραμματείας Έρευνας και Τεχνολογίας του Υπουργείου Ανάπτυξης, περισσότερα ΕΔΩ
- παρουσιάστηκε στις εργασίες (επιστημονική εισήγηση/δημοσίευση) του 8oυ Διεθνούς Συνεδρίου για την Προώθηση της Εκπαιδευτικής Καινοτομίας στην Λάρισα, 14, 15 & 16 Οκτωβρίου 2022, περισσότερα ΕΔΩ
- Ιστοσελίδα παρουσίασης του εκπαιδευτικού προγράμματος [ΕΔΩ] (https://openedtech.ellak.gr/robotics2021/allos-aeras-stis-scholikes-ethouses-me-anichtes-technologies/)
- Ανοιχτό διδακτικό σενάριο υλοποίησης της δράσης «Βελτιώνοντας την ποιότητα αέρα στις σχολικές τάξεις», διαθέσιμο [ΕΔΩ] (https://docs.google.com/document/d/1V4eb3ITaiJDYj6w2BNvdlZv7LQ4SJkqnwAKgXroVQzs/edit)
Η αναπνοή είναι η πιο σημαντική ένδειξη ζωής. Ο αέρας που αναπνέουμε (θα πρέπει να) είναι το μόνο ανεμπόδιστα διαθέσιμο αγαθό για κάθε άνθρωπο. Αναπνέουμε όμως όλοι τον ίδιο αέρα;
Η ποιότητα του αέρα επηρεάζεται από τις κλιματικές συνθήκες, του ρύπους του περιβάλλοντος, τον σχεδιασμό και τη θέση των κτιρίων και των πόλεων. Συνεπώς δεν αναπνέουμε όλοι τον ίδιο αέρα.
Η κακή ποιότητα αέρα σχετίζεται με προβλήματα υγείας, με τη διάθεση, με την ικανότητα για εργασία και εκπαίδευση, ενώ υποβαθμίζει την ανάπτυξη των παιδιών. Η ποιότητα αέρα αφορά τόσο το εξωτερικό περιβάλλον όσο και τους εσωτερικούς χώρους. Στους τελευταίους περιλαμβάνονται τα δημόσια κτήρια και ειδικότερα τα σχολεία, που φιλοξενούν για το 1/3 της ημέρας, παιδιά όλων των ηλικιών.
Η ποιότητα αέρα της σχολικής αίθουσας επηρεάζει:
- την υγεία και τη σωστή ανάπτυξη των παιδιών.
- τη διάθεση τους, είτε ως προς τη συμπεριφορά τους είτε τη συμμετοχή τους στην εκπαιδευτική διαδικασία
- τις ικανότητες που είναι αναγκαίες στο σχολείο όπως η συγκέντρωση, η σκέψη, η αφομοίωση εννοιών, η ευεξία.
Η ποιότητα αέρα στους κλειστούς χώρους σχετίζεται με τον ρυθμό ανανέωσης του αέρα και την καθαρότητα του. Ο καθαρός αέρας και ο ικανοποιητικός ρυθμός ανανέωσης του έχει άμεση σχέση με τα χαρακτηριστικά της αίθουσας όπως:
- το πλήθος και η σχεδίαση των ανοιγμάτων,
- τη θέση του κτιρίου και τις κλιματολογικές συνθήκες
- τον αριθμό ατόμων που την χρησιμοποιούν.
Στην περίπτωση που τα χαρακτηριστικά αυτά δεν αποδίδουν ικανοποιητικά, ενισχύονται με μηχανικό τρόπο.
Η τεχνολογία κτιρίων για τον έλεγχο της ατμόσφαιρας προσφέρει πλήθος τεχνικών λύσεων από απλές οικιακές συσκευές όπως εξαεριστήρες και καθαριστές αέρα έως συστήματα αυτομάτου ελέγχου, εξαερισμού και καθαρισμού αέρα.
Στις μέρες μας οι ιδιαίτερες συνθήκες που έχουν διαμορφωθεί λόγω της πανδημίας COVID19 αναβάθμισαν τη σημασία της ποιότητας αέρα μιας και πλήθος επιστημονικών μελετών αναδεικνύουν τη σημασία του συχνού αερισμού αιθουσών.
Ο μεγάλος χρόνος που απαιτείται για την εφαρμογή επαγγελματικών συστημάτων εξαερισμού/καθαρισμού και το πλήθος των σχολικών αιθουσών μεταφράζεται σε μεγάλο κόστος και χρόνο εγκατάστασης των λύσεων αυτών. Σε αντιδιαστολή, λύσεις «smart home» βασισμένες σε ανοιχτές, χαμηλού κόστους τεχνολογίες μέτρησης της ποιότητας αέρα και έξυπνου και απομακρυσμένου ελέγχου συσκευών απαγωγής αέρα (εξαεριστήρες) είναι αποτελεσματικές, οικονομικές και απαιτούν ελάχιστο χρόνο εγκατάστασης.
Στο πλαίσιο αυτό σκοπός του προγράμματος «Άλλος Αέρας στις Σχολικές Αίθουσες με Ανοιχτές Τεχνολογίες» είναι η βελτίωση της ποιότητας αέρα στις σχολικές αίθουσες με τη χρήση ανοικτών, χαμηλού κόστους, επαναχρησιμοποιήσιμων τεχνολογιών, εργαλείων και εξοπλισμού τα οποία θα μελετηθούν, θα σχεδιαστούν και θα υλοποιηθούν από ομάδα μαθητών και εκπαιδευτικών του σχολείου μας. Επιμέρους στόχοι του προγράμματος μας είναι οι εμπλεκόμενοι μαθητές:
- να εξοικειωθούν με έννοιες που αφορούν στην καλή ποιότητα του αέρα εσωτερικών χώρων, να διερευνήσουν τις πιθανές αρνητικές επιπτώσεις της κακής ποιότητας αέρα στον ανθρώπινο οργανισμό λαμβάνοντας υπόψη τους τα νέα δεδομένα που έχουν διαμορφωθεί λόγω της υφιστάμενης πανδημίας COVID19
- να διερευνήσουν τους ρυπαντές, τις πηγές και τα αίτια ρύπανσης του αέρα εσωτερικών χώρων καθώς και ζητήματα που σχετίζονται με τη διάδοση ιών σε συνθήκες εσωτερικού χώρου και να εξοικειωθούν με την παρακολούθηση, συστηματική καταγραφή και μελέτη τους,
- να μελετήσουν και να προτείνουν μέτρα και διατάξεις ελέγχου ρυπαντών
- να υλοποιήσουν απλά και εύκολα υλοποιήσιμα μέτρα και διατάξεις για την εξασφάλιση συνθηκών υγιεινού περιβάλλοντος στις σχολικές αίθουσες
- να γνωρίσουν και να πειραματιστούν με ανοιχτές τεχνολογίες, εργαλεία και εξοπλισμό και να προτείνουν επαναχρησιμοποιήσιμες, ανοιχτές και χαμηλού κόστους λύσεις που θα συμβάλλουν στην βελτίωση της ποιότητας του αέρα των σχολικών τάξεων
- να έρθουν σε επαφή και να κατανοήσουν τις ανοιχτές τεχνολογίες, τα εργαλεία και τον εξοπλισμό και γενικότερα τη φιλοσοφία της ανοιχτότητας και το θετικό αντίκτυπο που μπορεί να έχει στην οικονομία και στην κοινωνία
Οι παραπάνω στόχοι θα επιτευχθούν μέσα από τη μελέτη, σχεδίαση, πιλοτική υλοποίηση και αξιολόγηση ενός έξυπνου συστήματος παρακολούθησης/βελτίωσης ποιότητας αέρα/εξαερισμού αιθουσών δημόσιων κτιρίων, με έμφαση στις σχολικές αίθουσες. Το σύστημα αυτό θα βασίζεται σε ανοιχτές, έξυπνες, χαμηλού κόστους, εύκολα επαναχρησιμοποιήσιμες τεχνολογίες, εξοπλισμό και λογισμικό. Ειδικότερα το σύστημα αυτό θα αποτελείται από:
- οικιακή συσκευή απαγωγής εξωτερικού αέρα (ηλεκτρικός εξαεριστήρας τζαμιού)
- 1 x Raspberry Pi με αισθητήρα παρακολούθησης της ποιότητας αέρα στο εσωτερικό της αίθουσας. (μετακίνηση σε διαφορετικά σημεία στο εσωτερικό της αίθουσας)
- 1 x Raspberry Pi με relay module για τον έλεγχο του εξαεριστήρα μονοφασικού κινητήρα (On/Off, ρύθμιση της τάσης για έλεγχο των στροφών)
- 1 x Raspberry Pi με Sound Sensor για παρακολούθηση του επιπέδου θορύβου που εισάγει στην αίθουσα ο εξαεριστήρας (μετρήσεις σε διάφορα σημεία της αίθουσας)
- 1 x Raspberry Pi με Sense ΗΑΤ για παρακολούθηση των συνθηκών, μέτρηση θερμοκρασίας, υγρασίας, ατμοσφαιρικής πίεσης (τοποθέτηση σε εξωτερικό χώρο κοντά στην αίθουσα)
- διασύνδεση με πλατφόρμα thingspeak.com για την συλλογή των δεδομένων από όλά τα raspberry. Επιδίωξη είναι η λύση αυτή να είναι χαμηλού κόστους και εύκολα εφαρμόσιμη σε κάθε σχολική αίθουσα, να καταγράφει και να ρυθμίζει την ποιότητα αέρα της αίθουσας (ιδανικά) με αυτόματο και απομακρυσμένο έλεγχο μέσω του διαδικτύου της λειτουργίας του συστήματος προσαγωγής φρέσκου αέρα, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά ποιότητας του αέρα που καταγράφονται από αισθητήρες, ενώ ταυτόχρονα να δίνει τη δυνατότητα σύγκρισης των εσωτερικών συνθηκών (της αίθουσας) με τις εξωτερικές συνθήκες του περιβάλλοντος. Το σύστημα παρακολούθησης και εξαερισμού θα αξιοποιεί αποκλειστικά ανοιχτές τεχνολογίες και αισθητήρες ποιότητας αέρα, , συσκευές «έξυπνου κτιρίου» ΙοΤ και απλές οικιακές συσκευές εξαερισμού.
Τα παραδοτέα του προγράμματος περιλαμβάνουν
- Έξυπνο σύστημα παρακολούθησης/βελτίωσης ποιότητας αέρα/εξαερισμού αιθουσών σχολικών κτιρίων αποτελούμενο από
- σύστημα μετρήσεων τιμών ποιότητας εσωτερικού αέρα με δυνατότητα μέτρησης των τιμών VOC (Volatile Organic Compounds)
- σύστημα απαγωγής φρέσκου εξωτερικού αέρα αποτελούμενο από εξαεριστήρα και συσκευής ελέγχου (Relay Interface Board)
- σύστημα μετρήσεων έντασης ήχου αίθουσας
- σύστημα μετρήσεων κλιματολογικών συνθηκών εξωτερικού χώρου (θερμοκρασία, σχετική υγρασία, ατμοσφαιρική πίεση)
- Ανοιχτό/επεκτάσιμο διδακτικό σενάριο υλοποίησης της δράσης «Βελτιώνοντας την ποιότητα αέρα στις σχολικές τάξεις» με έμφαση στη δυνατότητα αξιοποίησης του και από άλλα σχολεία που θα ενδιαφερθούν να υλοποιήσουν παρόμοιες λύσεις, διαθέσιμο ΕΔΩ
- Ενημερωτικά έντυπα,παρουσιάσεις, φυλλάδια και αφίσες για την διάδοση των αποτελεσμάτων του προγράμματος, διαθέσιμο ΕΔΩ
- Διαδικτυακή πλατφόρμα ανοιχτής πρόσβασης για την παρουσίαση των καταγεγραμμένων τιμών ποιότητας αέρα σε πραγματικό χρόνο μέσα και έξω από την αίθουσα και παρακολούθηση του επιπέδου θορύβου στην αίθουσα, διαθέσιμη ΕΔΩ και ΕΔΩ (εστιάστε την περιοχή της Θεσσαλονίκης)
- Mini-blog για την παρουσίαση και διάχυση του έργου στο οποίο θα αναρτάται η πορεία της εργασίας διαθέσιμο ΕΔΩ
- Το παρόν αποθετήριο στο GitHub, διαθέμιμο ΕΔΩ
- Ενημερωτικές εκδηλώσεις παρουσίασης και διάχυσης του προγράμματος
- αφιέρωμα στο περιοδικό Κ της Κυριακάτικης Καθημερινής με το άρθρο Τεχνολογία: Πέντε εφευρέσεις που γεννήθηκαν σε ελληνικά σχολεία
- παρουσίαση στο 14ο μαθητικό συνέδριο πληροφορικής. Η εισήγηση είναι διαθέσιμη ΕΔΩ και η παρουσίαση ΕΔΩ
- παρουσίαση στην εκδήλωση του Ιδρύματος Ωνάση των διακριθέντων έργων του 3ου διαγωνισμού ανοιχτών τεχνολογιών
Ο αρχικός σχεδιασμός του προγράμματος περιελάμβανε την παρακάτω λίστα εξοπλισμού:
| a/a | Είδος | Κόστος/τεμ(€) | Τεμ. | Συν. Κόστος (€) |
|---|---|---|---|---|
| 1. | Εξαεριστήρας Τζαμιού (σε ειδική τιμή για το έργο) | 210 | 1 | 210 |
| 2. | raspberry pi 4 | 64 | 3 | 192 |
| 3. | micro SD Card with NOOBs 32 GB | 11 | 3 | 33 |
| 4. | raspberry pi τροφοδοτικό | 10 | 3 | 30 |
| 5. | adaptors hdmi σε dvi | 6 | 3 | 18 |
| 6. | gpio extension boards | 4 | 2 | |
| 7. | gpio 40pin ribbon cables | 3 | 2 | 6 |
| 8. | breadboard | 3 | 2 | 6 |
| 9. | Sense HAT Pi | 43 | 1 | 43 |
| 10. | MG811 Gas Sensor (CO2) | 53 | 1 | 53 |
| 11. | ad/da converter (8591) | 2 | 2 | 4 |
| 12. | Sound Sensor (analog) | 4 | 1 | 4 |
| 13. | relay module | 7 | 1 | 7 |
| Εκτιμώμενο κόστος | 614€ |
Κατά τη διάρκεια υλοποίησης του προγράμματος χρειάστηκε η αναπροσαρμογή του αρχικού σχεδιασμού μιας και περαιτέρω διερεύνηση οδήγησε στον εντοπισμό αποδωτικότερων λύσεων για την υλοποίηση του έργου. Στη συνέχει παρουσιάζεται η επικαιροποιημένη λίστα του εξοπλισμού.
| a/a | Είδος | Κόστος/τεμ(€) | Τεμ. | Συν. Κόστος (€) |
|---|---|---|---|---|
| 1. | Εξαεριστήρας Τζαμιού (σε ειδική τιμή για το έργο) | 210 | 1 | 210 |
| 2. | Raspberry pi 4 | 89 | 3 | 267 |
| 3. | Raspberry pi zero WH | 19 | 1 | 19 |
| 4. | Micro SD Card with NOOBs 32 GB | 10 | 4 | 40 |
| 5. | Τροφοδοτικό για Raspberry pi 4 | 7 | 3 | 21 |
| 6. | Τροφοδορικό για Raspberry pi zero WH | 5 | 1 | * |
| 7. | Cable HDMI to micro HDMI 1.5m for RP 4 | 5 | 3 | 15 |
| 8. | Cable HDMI to mini HDMI 1.5m for RP Zero | 5 | 1 | * |
| 9. | Pimorono Enviro+ Air QUality Sensor | 45 | 1 | 45 |
| 10. | Particulate Matter Sensor PMS5003 | 24 | 1 | 24 |
| 11. | Sense HAT Pi | 43 | 1 | 43 |
| 12. | SparkFun sound detector | 18 | 1 | * |
| 13. | Waveshare Raspberry Pi 8-ch Relay Expansion Board | 28 | 1 | * |
| 14. | Οθόνες με είσδο HDMI | 110 | 2 | * |
| 15. | Πληκτρολόγιο, ποντίκι | 15 | 2 | * |
| Τελικό κόστος | 684€ |
/* Ο εξοπλισμός υπήρχε ήδη στο σχολείο
- http://www.aerolab.mech.ntua.gr/Lessons/PT/Lectures/lecture5.pdf
- https://www.eea.europa.eu/el/simata-eop-2010/simata-2013/arthra/poiotita-aera-esoterikon-choron
- https://nicovibert.com/2020/03/16/how-to-monitor-air-quality-with-a-raspberry-pi/
- http://www.co2meters.com/Documentation/AppNotes/AN127-COZIR-sensor-raspberry-pi-uart.pdf
- https://ngoldbaum.github.io/posts/co2-monitor/
- https://www.balena.io/blog/build-an-environment-and-air-quality-monitor-with-raspberry-pi/#hardwarerequired
- https://hacks.mozilla.org/2018/02/how-to-build-your-own-private-smart-home-with-a-raspberry-pi-and-mozillas-things-gateway/