Исследование влияния концентрации углекислого газа в помещениях школы на самочувствие обучающихся

Актуальность

В настоящее время большое внимание уделяется решению задач по уменьшению выбросов углекислого газа в атмосферу. Углекислый газ влияет не только на мировой климат, но и на самочувствие людей, находящихся в замкнутых помещениях. Одним из примеров мест, где сосредоточено большое количество людей в небольшом пространстве, является школа. 

Как можно измерить концентрацию углекислого газа в помещениях школы? Как она изменяется в течение дня? Как можно уменьшить уровень СО₂? На эти вопросы попытался ответить автор проекта.

Цель

Создать прибор для измерения процентного содержания углекислого газа в помещении и проверить на практике влияние повышенной концентрации СО₂ на самочувствие человека.

Задачи

1. Изучить научную литературу, посвящённую проблеме микроклимата в помещениях, и технические материалы для создания прибора, измеряющего концентрацию СО₂. 
2. Разработать аппаратно-программный комплекс с возможностью измерения параметров воздушной среды, способный вести постоянный мониторинг и фиксацию результатов.
3. Получить данные по процентному содержанию СО₂ в жилых помещениях и кабинетах школы, проверить их корректность.
4. Исследовать влияния СО₂ на самочувствие обучающихся с помощью определённых методик.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• ПК с ОС Windows 10
• Программное обеспечение: Arduino IDE, gcUploader, EasyEDA, Autodesk Fusion 360
• Набор для пайки «947 de-soldering toolkit»
• Флюс «Amtech NC-559-ASM-UV»
• Оплётка для выпаивания
• Мультиметр «Duwi M830L»
• Перемычки
• 3D-принтер

Описание

В процессе работы создан прибор с возможностью измерения параметров воздушной среды (температура, влажность, давление, процентное содержание кислорода, концентрация СО₂). 

Было сконструировано четыре ревизии устройства. В последней версии устройства было решено отказаться от датчика концентрации кислорода и датчика точного времени, совершён переход на новый микроконтроллер esp8266, имеющий интегрированную функцию подключения к сети Интернет.

Новый микроконтроллер позволил хранить все данные удалённо на сервере, что дало возможность строить графики онлайн, просматривая всю сохранённую информацию на любом устройстве, поддерживающем подключение к интернету.

Все версии прибора были протестированы, выполнена проверка корректности получаемых данных (результаты сравнивались с показаниями, снятыми с промышленного газоанализатора ПКУ-4 Н-М-Т).

Также проведено исследование с помощью разработанного прибора. В течение одной учебной недели проводился постоянный мониторинг параметров воздуха в кабинетах школы. Измерения показали заметное повышение концентрации углекислого газа к концу уроков и резкое падение на переменах во время проветривания. 

Полученные в процессе мониторинга максимальные и минимальные параметры были воспроизведены при тестировании обучающихся 10-х классов.

Результаты работы/выводы

Прибор работает, выдаёт корректные результаты, готов к использованию. Результат его использования – подтверждение гипотезы о том, что повышенная концентрация углекислого газа в классе негативно влияет на самочувствие школьников.

Перспективы использования результатов работы

С помощью описываемого прибора четвёртой ревизии можно удалённо отслеживать корректные параметры воздушной среды в режиме реального времени.