Проекты

Содержание углекислого газа в помещениях школы в условиях длительного эксперимента

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Старт в медицину» открытой городской научно-практической конференции «Старт в медицину» в секции «Безопасность жизнедеятельности человека»

Направление работы: Экология
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1517
Предметы: Биология, Химия, Экология
Классы: 11 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Старт в медицину» открытой городской научно-практической конференции «Старт в медицину» 2021 года

Актуальность

Повышенное содержание углекислого газа (СО2) в воздушной среде оказывает негативное воздействие на самочувствие и работоспособность: появляется утомляемость, уменьшается работоспособность, появляется сонливость, головная боль, что может сильно влиять на учебный процесс. В связи с этим исследование концентрации CO2 в условиях учебного процесса – важная задача.

Цель

Установить содержание CO2 в помещениях школы и выявить факторы, влияющие на его динамику в условиях длительного непрерывного мониторинга.

Задачи

1. Провести измерения содержания CO2 в помещениях школы и дать оценку безопасности жизнедеятельности.

2. Охарактеризовать факторы, которые могут влиять на содержание CO2 (объём кабинета, количество учеников, влажность и температура воздуха, режим проветривания).

3. Выявить ключевые факторы, влияющие на динамику содержания CO2 в помещениях школы.

4. Предложить рекомендации для минимизации содержания углекислого газа в помещениях школы.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

• Газовый анализатор «CO2/Temp./RH DATA LOGGER» c дополнительной опцией детектирования температуры и влажности воздуха, Китай. Точность измерений ± 1 ppm

Описание

Объектами исследования были выбраны учебные кабинеты школы № 1517 г. Москвы. Измерения концентрации СО2 проводились на всех уроках 11 Б класса (28 уроков) в течение учебной недели. На каждом уроке показания прибора записывались в момент начала занятия и далее каждые 10 мин. до окончания (0, 10 мин., 20 мин., 30 мин., 40 мин.). Перед заходом в школу автор проводил измерения концентрации СО2 на улице. Дополнительно каждые 10 мин. фиксировались такие показатели, как объём кабинета, температура воздуха в классе, влажность, количество человек, режим проветривания – сколько окон открыто, открыта или закрыта дверь. За неделю было получено 140 значений концентрации СО2. Измерения концентрации СО2, температуры и влажности воздуха проводились с помощью газового анализатора CO2/Temp./RH DATA LOGGER.

Анализ данных осуществлялся в программе MS Office Excel. Для обработки данных использовались сводные таблицы Excel, применялся статистический инструментарий – расчёт средних и стандартных отклонений. Использовался корреляционный анализ для определения связей концентрации СО2 с изученными факторами.

Результаты

1. Из 140 случаев выделили следующие группы в зависимости от концентрации СО2: 75 случаев (54%) – ниже 1000 ppm (хорошее качество воздуха), 55 случаев (39%) – от 1000 до 1500 ppm (неблагоприятное качество воздуха), 9 случаев (6%) – от 1500 до 2000 ppm (плохое качество воздуха), 1 случай (<1%) – больше 2000 ppm (очень плохое качество воздуха).

2. Было замечено, что в большинстве случаев количество CO2 (ppm) на промежутке от 0 минут до 40 минут возрастает, а где-то держится на одном уровне либо убывает. Такая разница может возникать из-за разных объёмов кабинетов, типов проветривания и количества присутствующих человек.

Изменение количества CO2 (ppm) в течение урока (цветами обозначены разные уроки)

3. Основное влияние на концентрацию СО2 в классах оказал режим проветривания. Когда всё закрыто, количество CO2 стремительно растёт: в среднем с 820 ppm в начале урока до 1543 ppm к концу урока. И, наоборот, когда всё открыто (2 окна и дверь), проветривание максимально эффективно и роста концентрации СО2 не происходит (средние значения менялись с 619 ppm в начале уроков до 508 ppm к концу уроков). В остальных случаях, когда открыта только дверь, или 2 окна без двери, или только 1 окно, особых изменений не наблюдалось, количество CO2 держалось почти на одном и том же уровне.

Изменение концентрации CO2 (ppm) в классах при разных форматах проветривания

4. На проветривание кабинета очень сильно влияют интенсивность и направление ветра на улице. В ветреный день скорость потока воздуха в кабинете была больше, чем в безветренный. 

5. Разработаны рекомендации для минимизации содержания CO2 в помещениях школы.

Выводы

1.В большинстве случаев (54%) концентрация СО2 не превышает рекомендуемых значений (1000 ppm), однако остальные случаи требуют улучшений.

2. Формат проветривания помещения оказывает основное влияние на динамику концентрации CO2.

3. Самым эффективным режимом проветривания является одновременное открытие двух окон и входной двери. Напротив, при закрытых окнах и двери происходил быстрый рост СО2 до опасных значений. В остальных случаях (открыто одно окно или дверь) концентрация СО2 с начала урока к концу не менялась. Концентрация углекислого газа в кабинетах в этих случаях будет зависеть от качества проветривания помещений на перемене. 

4. Рекомендуется установка в школе систем мониторинга СО2 (датчиков).

5. При проектировании школы большое внимание необходимо уделять системе вентиляции помещений.

Перспективы использования результатов работы

Результаты работы можно использовать при создании школ будущего, в которых будет использоваться автоматическая система проветривания.

Мнение автора

«Было очень интересно участвовать в конкурсе проектов и исследований «Старт в медицину» и открывать для себя новые знания в разных областях науки. Мне понравилась проделанная мной работа, так как изначально было непонятно, какой будет результат, но уже во время измерений я понимал, что выдвинутые мной предположения не соответствовали полученным результатам.

«Медицинский класс в московской школе» – увлекательный проект, который погрузит вас в реальную жизнь врача и покажет трудности профессии».