Содержание углекислого газа в помещениях школы в условиях длительного эксперимента

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».