Исследовательская работа

Выявление изменения уровня углекислого газа в учебных кабинетах МБОУ «Гимназия»

Введение

            Исследования, проведенные в рамках ЕЭС, подтвердили гипотезу, что высокое содержание углекислого газа в помещении может являться причиной головной боли, воспаления глаз, проблем с носоглоткой, негативно влиять на респираторную систему и вызывать общее чувство усталости. Все перечисленные симптомы испытывают и учащиеся нашей гимназии. Таким образом, существует   проблема  ощущения духоты в учебных помещениях МБОУ «Гимназия».

Гипотеза:  уровень углекислого газа в закрытом помещении во время уроков повышается выше допустимых норм.

Цель работы: выявить изменения уровня углекислого газа в учебных кабинетах в течение рабочего дня.

Задачи : 

1.         Изучить литературу по данной теме.

2.       Провести анкетирование среди учащихся 8а класса МБОУ «Гимназия» .

2.       Измерить содержание углекислого газа в  кабинетах, где проходят занятия 8а класса.

3.         Проанализировать  показатели содержания углекислого газа  в урочное и неурочное время.

4.       Предложить рекомендации исходя из полученных результатов данной работы.

Объект исследования: уровень содержания углекислого газа  в учебных  кабинетах.

Предмет исследования: изменение уровня содержания углекислого газа в течение рабочего дня в  учебных кабинетах.

Методы исследования: обзор литературы, измерительный, беседа, математический, сравнительный анализ, анкетирование.

Практическая часть

1. Анкетирование учащихся 8б класса

  Чтобы выяснить мнение учащихся по проблеме чистоты воздуха в классах, где они занимаются по 6-7 уроков, им была предложена анкета с вопросами. (Приложение 1)

Анкетирование проводилось  в январе 2016 года.   Респондентами были 21 учащийся 8а класса. Ответы распределились следующим образом:

1.      На первый вопрос 78% респондентов ответили, что испытывают состояние духоты в школьных кабинетах часто или иногда. (Приложение 1, диаграмма 1)

2.      На второй вопрос 98% опрошенных ответили, что испытывают  недомогание из-за высокого уровня загрязнения воздуха в кабинете (головная боль, кашель, отвращение от запаха пыли и т.д.). (Приложение 1, диаграмма 2)

3.      На третий вопрос 96% учеников 8а класса считают,  что во всех кабинетах воздух бывает душным. (Приложение 1, диаграмма 3)

4.      Самый чистый воздух, по мнению опрошенных – в 302 и 201  кабинетах  (по 35%), затем идет 402 с результатом 10%. Не смогли выбрать никакой кабинет 20% респондентов. (Приложение 1, диаграмма 4)

5.      Что нужно сделать, чтобы улучшить состав воздуха в кабинетах: 45% опрошенных затрудняются ответить, по 25% предлагают улучшить систему вентиляции или поставить кондиционеры, 10% предлагают проветривать кабинеты. (Приложение 1, диаграмма 5)

         Проанализировав данные ответы, можно сделать вывод, что  проблема, связанная с чистотой воздуха, в кабинетах гимназии существует. 302 и 201 кабинет по площади самые большие, поэтому не случайно респонденты считают, что здесь не так душно, как в других кабинетах.  Следующим шагом нашей работы была экспериментальная часть по определению замеров углекислого газа и кислорода в учебных кабинетах. Замеры кислорода было решено провести, чтобы узнать, насколько выше или ниже изменяется концентрация этого газа, по сравнению с изменением концентрации углекислым газом.

2.  Оценка концентрации углекислого газа

              Единицей измерения уровня углекислого газа  используется величина ppm (parts per million или количество частиц углекислого газа   на миллион частиц воздуха). 1000 ppm = 0,1% содержания углекислого газа.

         Оценка концентрации углекислого газа производится в соответствии с Общеевропейской методикой «Инструкция по оценке биологии строительства».

Биология строительства - наука в строительной отрасли, которая занимается исследованием жизненной среды в помещениях, охватывая в своих исследованиях различные виды раздражителей. Для России 1400 ppm углекислого газа в воздухе — это уже недопустимое количество (согласно ГОСТу 30494—2011). [5] (Приложение 2, таблица1)

                Естественное содержание углекислого газа в атмосферном воздухе (данные по состоянию на 2008 год) находится на уровне 380 ppm. В 1985 году содержание углекислого газа в атмосферном воздухе составляло 330 ppm (годовой прирост содержания углекислого газа составляет 1-2 ppm). В  классной комнате после одного часа урока содержание углекислого газа составляет 2000-4000 ppm.

              Допустимый уровень углекислого газа, например, по определению DIN - 1500 ppm (национальные стандарты Германии); VDI - 1000 ppm.(Стандарт Союза Германских инженеров).  В США максимально допустимым уровнем (для публичных мест/учебных классов) определена концентрация 1000 ppm [7] (Приложение 2, таблица2)

4.  Методика исследования

           Исследование проводилось в январе  в кабинетах гимназии №202, №302, №303, №307, №311, №402, №407. К устройству  измерения  и  обработки  данных   LabQuest 2 подключали датчики измерения  углекислого газа и кислорода. (Приложение 3, фотография 2)

         До начала занятий кабинет проветривался, а затем устанавливалось устройство на рабочий стол учителя. Важное условие измерения СО2 в школьном кабинете — датчик должен находиться в зоне дыхания. Известно, что в школьных и офисных помещениях ближе к потолку концентрация СО2 ниже, чем у пола. Это логично, ведь источники углекислого газа (учитель и школьники) находятся «в нижних слоях атмосферы». В смешанной вентиляции приточные и вытяжные отверстия находятся под потолком неподалеку друг от друга. В этом случае активный воздухообмен проходит между этими отверстиями под потолком. А пузырь углекислого газа вокруг учеников остается нетронутым. Поэтому важно измерить уровень СО2 именно в нижней зоне помещения, на высоте около 1,5 метров от пола.                    

                 Именно там мы и установили  датчики. Датчики направлялись в сторону парт учащихся. Период измерений: с первого урока по четвертый урок. Устанавливалось время 180 минут.     Каждую перемену кабинет должен был проветриваться, а в течении урока окна были закрыты. В классах находится стандартная школьная вентиляция – отверстия естественной вытяжки под потолком. Воздух входит в класс через окна и дверь из коридора. Датчики делали замеры каждые 4 минуты.    На приборе в режиме реального времени велась цифровая обработка в виде графика, а также в виде таблицы записывались показания датчиков через заданный промежуток времени. После истечении времени замеров все показания сохранялись и, через флэш-носитель,  переносились на компьютер. Затем показания цифровой  таблицы  и графики анализировались.

5.  Результаты исследования

                  Перед началом первого урока кабинеты проветривались, но даже несмотря на это, содержание углекислого газа в кабинетах было следующим: 201 кабинет - 1420 ppm, 302 кабинет - 2000 ppm, 303 кабинет - 2000 ppm, 307 кабинет - 1200 ppm, 311 кабинет - 1200 ppm, 402 кабинет - 2000 ppm, 407 кабинет - 1450 ppm. Анализируя графики, делаем вывод, что во время урока, когда окна были закрыты,  концетрация углекислого газа резко возрастала в среднем на 1500 ppm. После уроков, когда ученики покидали класс и учитель открывал окно, концентрация углекислого газа за 15 минут перемены резко падала.(Приложение 4, графики всех кабинетов)

                 Во время очередного урока, когда окна закрывались, концентрация углекислого газа снова быстро возвращалась к исходным позициям. Постепенно уровень углекислого газа в кабинетах становился все выше и выше, даже несмотря на проветривание на переменах. В 307 кабинете, например, после первого урока были открыты все окна и уровень углекислого газа понизился до 900 ppm (рекордный показатель в рамках нашего эксперимента). К концу второго урока учащиеся уже изнемогали от духоты – уровень углекислого газа резко подскочил до отметки 3600 ppm. На перемене окна не открыли, но так как учащихся в классе не было, а дверь в кабинете периодически открывалась, то количество углекислого газа уменьшилось до 3200 ppm.

             Начался третий урок. График опять пополз вверх и остановился на показаниях - 4076 ppm. Если проанализировать минимальные и максимальные показатели уровня углекислого газа по кабинетам, то получим следующую картину.  (Приложение 5, таблица1)

         Как видно из данной таблицы, самое маленькая разница между показателями наблюдается в 201 кабинете. Этот кабинет по площади самый большой, поэтому в таком воздушном пространстве концентрация углекислого газа изменилась меньше всего. Это подтверждается и результатами анкетирования (один из двух кабинетов, который учащиеся выбрали как самый благополучный по чистоте воздуха). 302 кабинет по площади тоже очень большой. Те показатели, которые мы получили в этом кабинете, объясняются следующим. Замеры здесь проводились со второго урока. На перемене учащиеся из любопытства брали датчики  в руки.  Рассматривая  их,  они дышали непосредственно на датчики и прибор зафиксировал  показание углекислого газа -  3931 ppm, а кислорода – 13%.

           Средний показатель  концентрации углекислого газа в кабинетах - от 1774 ppm  до 2974 ppm. Это очень высокий показатель. Во всех кабинетах концентрация углекислого газа превышает норму стандартов общественных и жилых помещений. Поэтому у учащихся к концу урока и концу учебного дня появляется слабость, головная боль, проблемы с концентрацией внимания, что соответствует таблице. (Приложение 2, таблица2)

       Как видим, открытые окна на переменах дают кратковременное снижение углекислого газа, этого достаточно для поддержания предельно допустимых 1400 ppm. Однако для поддержания по-настоящему здорового микроклимата нужно держать окна открытыми в течение всего урока. Часто это невозможно из-за шума под окнами, холодных сквозняков, неприятных запахов, дыма и так далее.

        Проанализируем показания датчика кислорода. Здесь картина благополучная. В среднем концентрация изменялась на 0,33%. Данные наглядно показывают, что при значительном увеличении в воздухе концентрации углекислого газа, содержание кислорода изменилось очень мало.  Значит, чувство духоты в кабинетах вызывает именно углекислый газ.

         Таким образом, кислорода в воздухе нам практически всегда достаточно, и основная проблема это не отсутствие кислорода, а большое количество углекислого газа. Когда в воздухе много углекислого газа кровь начинает хуже насыщаться кислородом. Начинается гипоксия, то есть кислородное голодание тканей и мозга. Интересная ситуация – кислорода в воздухе достаточно, но в кровь его поступает мало. В результате гипоксии ухудшается самочувствие, память, работа мозга, появляется утомляемость, головные боли.

         Исходя из полученных результатов были составлены рекомендации для педагогов. Конечно, глобальную перестройку школьных кабинетов, системы вентиляции, замены пластиковых окон на другие материалы, мы не предлагаем, но соблюдение элементарных правил, всем под силу. (Приложение 6)

Заключение

            Из анализа литературы было выяснено, что «духота» - это спертый воздух. Таким воздухом трудно дышать. Многим знакомы эти ощущения: не хватает воздуха. Ощущение духоты создаёт углекислый газ. Тот самый, который постоянно выдыхает любой человек. Выходит, мы и есть причина духоты в любом помещении. Чем надёжнее изолировано помещение от уличного воздуха и сквозняков, тем больше в нём скапливается углекислого газа. Сегодня уровень концентрации углекислого газа в помещении служит основным показателем качества воздуха. Он выступает как газ-индикатор, по которому можно судить не только о других загрязнителях, но и о том, насколько хорошо работает вентиляционная система в здании.

             Чтобы выяснить мнение учащихся по проблеме чистоты воздуха в классах, где они занимаются по 6-7 уроков, им была предложена анкета. Респондентами являлись учащиеся 8а класса. Проанализировав данные ответы, можно сделать вывод, что  проблема, связанная с чистотой воздуха, в кабинетах гимназии существует.

               При выполнении исследовательской работы использовалось  специализированное  устройство  LabQuest 2. Единицей измерения уровня углекислого газа  используется величина ppm (parts per million или количество частиц углекислого газа   на миллион частиц воздуха). 1000 ppm = 0,1% содержания углекислого газа. Согласно ГОСТу 30494—2011 для России 1400 ppm углекислого газа в воздухе — это уже недопустимое количество. Средний показатель  концентрации углекислого газа в кабинетах - от 1774 ppm  до 2974 ppm. Это очень высокий показатель. Во всех кабинетах, во время уроков при закрытых форточках, концентрация углекислого газа превышает норму стандартов общественных и жилых помещений. Если своевременно и регулярно не проветривать класс, то находиться в нем не только вредно, а просто опасно для здоровья учащихся.

Открытые окна на переменах дают кратковременное снижение углекислого газа, этого достаточно для поддержания предельно допустимых 1400 ppm.  Анализируя показания датчика кислорода, было выяснено, что в среднем его концентрация изменялась на 0,33%. Данные наглядно показывают, что при значительном увеличении в воздухе концентрации углекислого газа, содержание кислорода изменилось очень мало.  Значит, чувство духоты в кабинетах вызывает именно углекислый газ.

            Таким образом, цель и задачи работы выполнены, гипотеза подтверждена.

Скачано с www.znanio.ru