2020.4.1-
学校の新型コロナウイルス対策!!

換気の目安がわかる CO2チェッカー(エアチェッカー)

小山智史(koyama88@cameo.plala.or.jp)
森菜穂子(青森県藤崎町立明徳中学校)

CO2チェッカーの貸し出しについて

 教室に1日置いて時々表示を確認してください。この教室ではどの程度どのような換気をすれば1500ppmの基準を満たせるのか、そのコツをつかんでください。養護教諭と相談しながら換気の方法を考えることをお勧めします。

(熊本県R中高等学校) 冬場に向けて、どの窓をどのように開けるよう指示するか、毎年悩んでいるのですが、今回の結果をもとに、改めて周知徹底していきたいと思います。また、常時検査値が表示されるので、教科担当者が換気を通常より意識している様子でした。
(青森県F中学校) 職員室に設置しました(常時7~8人います)。締め切りにしておくと4時間程で1100ppmになります。
(青森県F小学校) CO2濃度だけでなく、気温や温度、暑さ指数がわかるため、これを基準にエアコンの稼働を決めたり換気の時間を決めたりできました。
(青森県T小学校) 35人学級の締め切った教室で使用しましたが、ロスナイ換気システムのおかげか、600ppm前後を維持していました。
(茨城県K小学校) 子供達、そして職員の換気に対する意識が高まったことを感じています。また、窓を一部閉めるだけでCO2の値に大きな変化があり、私自身の換気に対する認識が変わりました。
(三重県K小学校) いくつかの教室で実験をし、対角線上の窓を開けることが有効であると確認することができました。...これからの本格的な夏を迎え、エアコンと換気とのベストミックスをさがしたいと思っています。
(青森県I中学校) 生徒が装置の表示を見て、自発的に窓開け換気をしていました。
(千葉県I中学校) どの教室も、換気に意識して取り組んでいたので、ずっと500~700ppmで推移し、良好な空気環境を保たれていることを確認することができました。数字で明確にわかるので、生徒も興味を持って見てくれました。
(青森県J高等学校) ロスナイ換気をしながら、窓20cm、対角線上ドア20cm空けたままだと、授業中ずっと1500ppm以下でした。
(青森県K高等学校) 5~10分の換気でCO2の値が500~1000ppm下がることを目の当たりにし、今後換気の必要性を根拠を持って説明できます。
(筑波技術大学) 講義がすべて遠隔で学生が大学構内にいませんが、学生をみかけたら使ってみてもらいます。
(視覚障害者就労支援センター) CO2の測定器を毎日利用しています。全盲の受講者には、聞いてもらっています。

(更新履歴)

1. 概要

 新型コロナウイルスの感染が広がる中、学校ではさまざまな対策が検討されています。「十分な換気」が推奨されていますが、それぞれの教室で「どの程度どのような換気すればいいのか」その目安がわかりません。

 換気の目安として以前から「二酸化炭素濃度(以下、CO2濃度)」が用いられており、その値の把握は新型コロナウイルス対策としても利用できるのではないかと思われます。本来であれば、温度計のようにどの教室にもCO2濃度計が常設されればいいのですが、普及はしていません。

 そこで、教室で利用することを想定し、CO2濃度計を製作しました。熱中症対策にも利用できるように、暑さ指数も表示するようにしました。教室の前の1mほどの高さに置きます。

 新型コロナウイルス対策として「どの程度の換気が十分であるか」はわかっていません[1][2]。ただ、一定の水準(1500ppm[3])に保つための換気の方法を工夫することは可能です。特に機械換気設備がない教室では、換気の工夫が必要です。

(教室での利用)(中体連の会場でも換気の目安に)

2. CO2濃度の基準と換気

 「学校環境衛生管理マニュアル」(文部科学省)[3]には、以下のように記載されています。

 建築物環境衛生管理基準(厚生労働省)[4]では「二酸化炭素の含有率が1000ppm以下」とされています。

 新型コロナウイルス対策との関連では、専門家会議が、「クラスター(集団)の発生のリスクを下げるため3つ原則」のひとつとして、以下をあげています[1]。

 学校薬剤師会では、換気について以下のように指導・助言しています[5]。

 文部科学省のQ&A[6]では「問8 換気は具体的にどのようにすればよいのか(頻度等について)」に対し、以下のように記載しています。

 一方、森[7]の調査によれば、機械換気設備のない冬季寒冷地の教室では、

ことがわかっています([7] 図3.12)。文献[8][9]など、同様の報告が多数あります。

 なお、2005年時点で機械換気設備の設置率は21~33%(全国6地域)[10][11]、2019年時点で空調(冷房)の設置率は50.5%[12]という調査結果があります。冷暖房設備が導入されている学校でも機械換気設備がない学校が多数あるように思われます。この機会に、教室に機械換気設備があるかどうか、是非一度確認してください。

 学級の人数が多く機械換気設備がない教室で基準を満たすためには、「授業中の適切な換気」が不可欠です。

3. 換気のポイント(特に機械換気設備の無い教室)

4. CO2チェッカーの使い方

(取り付け)
 装置背面のフック用の穴を利用し、教室の前の1mほどの高さの壁面に取り付けてください。(装置の底面に通気の穴が開いています。これを塞ぐと温度が高めに表示されます。)
 電源を接続すると動作し、通常は「モード1(通年モード)」(下表参照)で表示されます。

(表示モードの切り替え)
 表示の切り替えは、M5モデルの場合は画面の下の穴にマッチ棒などを差し込んで押し、WIOモデルの場合は装置上面の左のボタンを押します。表示モードが「0→1→2→3→4→0...」と切り替わります。表示をオフにしたい場合はモード0にしてください。この状態でも計測は行われるので、モード3またはモード4で「授業終了時に授業中の推移を見る」というような使いかたができます。

モード画面表示備考
モード0 表示オフ 画面が消えるだけで、測定は続けます。
モード1
(通年モード)
温度と湿度とCO2濃度をインジケータとともに表示します。
これがデフォルト画面です。温度と湿度は1秒毎、CO2濃度は5秒毎に表示を更新します。冬季の乾燥対策に利用してください。
モード2
(夏モード)
暑さ指数とCO2濃度をインジケータとともに表示します。
暑さ指数は1秒毎、CO2濃度は5秒毎に表示を更新します。夏季の熱中症対策に利用してください。
モード3 CO2濃度の直近60分の推移グラフを表示します(15秒毎のデータをプロット)。
授業中の推移を見たいというような場合に利用します。
モード4 暑さ指数の直近60分の推移グラフを表示します(15秒毎のデータをプロット)。
授業中の推移を見たいというような場合に利用します。

 インジケータの色別は以下のとおりです。

暑さ指数
~25℃
25~28℃
28~31℃
31℃~
CO2濃度
~1000ppm
1000~1500ppm
1500ppm~
温度
~17℃
17~28℃
28℃~
湿度
(白) ~30%RH
30~80%RH
80%RH~

(アラート機能)
 中央のボタンボタンを2秒長押しすると、アラート機能をオン・オフします(M5モデルでは蓋を開けて操作)。アラート機能がオンの場合、下記のように警報音が鳴ります。電源投入またはリセット時はアラート機能はオフです。

CO2濃度暑さ指数
(表示モード2の時)
警報音
(5分毎)
1000ppm以上25度以上ピピッ
1500ppm以上28度以上ピピピッ

(電源のオンオフ)

 電源操作はM5モデルとWIOモデルで異なります。
(M5モデル) 上記ボタンを1秒以上長押しすると電源オフになり、もう一度ボタンを押すと電源オンになります(もしもボタンを押しても電源がオンにならない場合は付録1を参照してください)。また、ボタンを1秒以上長押しして電源オンにすると、9時間後に電源オフになります。教室に置いて、朝にこの方法で電源を入れれば、切り忘れの心配がありません。残り時間は画面の右下に小さく表示されます。
(WIOモデル) 装置左側面の電源スイッチを操作します。上が電源オフ、下が電源オン、更に下に押し込むとリセットになります。

5. 音声読み上げモデル(視覚障害者対応)

 M5モデルに合成音声による読み上げ機能を追加したモデルです。

 読み上げ操作は、装置上面に追加したボタンで行います。
(1) ボタンを押すと現在の読み上げモードで値を読み上げます(読み上げ例)。
(2) ボタンを1秒長押しすると、読み上げモードが「音声オフ→CO2読み上げ→暑さ指数読み上げ→温度・湿度読み上げ→...」と切り替わります。なお、読み上げモードは表示モードとは連動していません。
(3) ボタンを2秒長押しすると、アラート機能をオン・オフします。読み上げモードが「CO2読み上げ」または「暑さ指数読み上げ」でアラートがオンの時は、値が注意・警戒領域にあれば5分毎に音声で報せます。電源投入またはリセット時はアラート機能はオフです。

※ 「音声読み上げモデル(視覚障害者対応)」は学校以外にも貸し出しますので、希望される場合はご相談ください。

6. ブラウザ表示(Chrome / Edge 対応)

 WIOモデルおよびセンサのみのローカルセンサでは、センサをパソコンのUSB端子に接続すると、測定結果をブラウザ画面に表示することができます(Chrome / Edge 対応)。

 インターネット環境であれば下記のボタンを押すとすぐに利用できますし、インターネット環境のない場所でも必要なファイルをダウンロードすれば利用できます。ブラウザ表示は「WebIO」を使って実現しています。詳細はこちらをご覧ください。

(1) 大会場向けの表示

 装置のディスプレイそのままのレイアウトで、パソコンのブラウザ画面に「大きく表示」します。講演会や各種行事など大きな会場で利用することを想定しています。[F11]キーで全画面モードにして使うのがお勧めです。

 ブラウザの表示は、装置の内蔵ディスプレイと同様に4つの表示モードがあり、読み上げや音声アラートも利用できます。切り替えは画面右上のセレクタで行います。

(2) モニタリングシステムの表示

 表示を「環境モニタリングシステム」と同じようにしたものです。

 正1分または正10分に測定したデータをブラウザ上(WebStorage)に蓄積するとともにグラフ表示を更新します。

 別途Webサーバを用意してそこにデータを送れば、他のパソコンからもデータを閲覧できるようになります。


(参考資料)

[1] 新型コロナウイルス感染症対策の見解, 新型コロナウイルス感染症対策専門家会議, 2020.3.9.
[2]
新型コロナウイルス感染症制御における「換気」に関して--- 「換気」に関するQ&A ---, 日本建築学会・空気調和・衛生工学会, 2020.3.30
[3] 学校環境衛生管理マニュアル[平成30年度改訂版], 文部科学省, 2018.
[4] 建築物環境衛生管理基準について, 厚生労働省
[5] 新型コロナウイルス感染症への対応---学校等での新型コロナ感染症予防対策に係る指導助言の例---, 日本薬剤師会学校薬剤師部会, 2020.5
[6] 新型コロナウイルス感染症に対応した小学校,中学校,高等学校及び特別支援学校等における教育活動の再開等に関するQ&A, 文部科学省, 2020.3.26
[7] 森菜穂子: 寒冷地における学校の温熱・空気環境に関する研究, 弘前大学地域社会研究科学位論文 p102, 2020.
[8] 倉渕隆 他: 温暖地域における冷房機器のある小学校普通教室の空気・温熱環境と温熱環境評価, 日本建築学会環境系論文集, 74(641), 893-899, 2009.
[9] 新型コロナウイルス感染症への対応―子どもの居場所の確保に係る適切な環境の維持のために―, 日本薬剤師会学校薬剤師部会, 2020.3.
[10] 吉野博 他: 公立小学校における暖冷房・換気設備の地域別整備状況および使用実態, 日本建築学会環境系論文集, 74(639), pp.643-650, 2009.
[11] 学校における温熱・空気環境に関する現状の問題点と対策, 日本建築学会, 2015.
[12] 公立学校施設の空調(冷房)設備の設置状況について, 文部科学省, 2019.
[13] 学校施設の換気設備に関する調査研究報告書, 文部科学省, 2004.
[14] 日常生活における熱中症予防指針 Ver.3, 日本生気象学会, 2013.
[15] 二酸化炭素濃度測定器の選定等に関するガイドライン, 経済産業省産業用ガス検知警報器工業会, 2021.
[16] 奥田知明 他: ウイルス感染症対策としてのCO2濃度の利用にむけた値の解釈について, リスク学研究, 30(4), pp.207-212, 2021.
[17] 暑さ指数・CO2モニタリングシステム, 弘前大学教育学部附属学校園, 2013-2020.
[18] 小山智史: CO2チェッカーで新型コロナウイルス対策を, 健康教室 2021年3月号, 東山書房.

(付録1) 電源スイッチ(M5モデル)

 M5モデルで、表示モード切替えのボタンを押しても表示が現れない場合は、図のように(1)蓋を開け、(2)内部の電源ボタンを押してください。

(付録2) CO2センサのキャリブレーション(通常は操作する必要はありません)

 M5モデル(CDM7160タイプ)は図のように(1)蓋を開け、外気中に2分以上置いてから(3)右ボタンを2秒以上押してください。
 M5モデル(SCD30タイプ)およびWIOモデルは、SCD30のキャリブレーション機能(ASC: Automatic Self-Calibration)により、自動的にキャリブレーションが行われます(下記)。このキャリブレーションが有効に機能するためには常時通電の状態で利用し、1日に1時間程度は外気のCO2濃度に下がる必要があります。M5モデルは電源オフでもSCD30に常時通電されますが、WIOモデルは電源オフでは通電されません。ご注意ください。

参考(Interface Description Sensirion SCD30 Sensor Module からの抜粋)
1.4.6 (De-)Activate Automatic Self-Calibration (ASC)
... When activated for the first time a period of minimum 7 days is needed so that the algorithm can find its initial parameter set for ASC. The sensor has to be exposed to fresh air for at least 1 hour every day. Also during that period, the sensor may not be disconnected from the power supply, otherwise the procedure to find calibration parameters is aborted and has to be restarted from the beginning. The successfully calculated parameters are stored in non-volatile memory of the SCD30 having the effect that after a restart the previously found parameters for ASC are still present. ...
To work properly SCD30 has to see fresh air on a regular basis. Optimal working conditions are given when the sensor sees fresh air for one hour every day so that ASC can constantly re-calibrate. ...

(付録3) 技術情報(部品代は10000~15000円程度です)

M5モデルWIOモデル
外観と大きさ
100×65×35(mm)

72×106×22(mm)
マイコン M5STACK Basic WioTerminal
ブラウザ表示 利用できません Windows10 Chrome/Edgeで確認
インターネット環境がなくても
必要なファイルをダウンロード
すれば利用できます。
センサ CDM7160(フィガロ技研)... CO2 ±(50ppm+3%)
SHT31(Sensirion)... 温度 ±0.2℃, 湿度 ±2%RH
SCD30(Sensirion)
CO2 ±30ppm±3%, 温度 ±0.5℃, 湿度 ±2%RH
回路図 [回路図] [音声読み上げモデル] [回路図] [回路図] [音声読み上げモデル]
消費電力 0.8W(モード1) / 0.6W(モード0) 0.7W(モード1) / 0.5W(モード0) 0.8W(モード1) / 0.7W(モード0)
その他 ACアダプタ ELECOM AVA-ACUAN007BK・USBケーブル(typeC 1.5m)・GROVEケーブル
ACアダプタの代わりにモバイルバッテリーと接続すれば持ち運びも可能です
ケース タカチ SW-100S・プラ棒(6×12×20, 10×12×57)・MDF板(61×58×5.5t)・皿ビス(M3×30)
[加工図1] [加工図2]
タカチ TW-7-2-11G・皿ビス(M2×12)
[加工図]
プログラム co2checkerwio.ino
(ブラウザ表示対応版)
co2checker.ino / co2checkertalk.ino
開発環境: Arduino-1.8.15
ライブラリ: M5Stack Arduino Library, LovyanGFX Library, Adafruit SHT31 Library, SparkFun SCD30 Arduino Library, AquesTalk Library

(付録4) 温度補正について

 部品の発熱により、ケース内の温度が多少上昇するため、補正を行っています。基準センサ(SHT31)をケース外に追加で取り付け(写真)、その測定値と内部センサの測定値との差分を補正値としています。この時の温度の表示は基準センサの温度と補正後の差分です(写真)。

 このように求めた補正値として、M5モデル(SHT31センサ)は1.1℃、M5モデル(SCD30センサ)およびWIOモデル(SCD30センサ)は2.2℃を使用しています。


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