Температура и влажность воздуха и их влияние на жизнедеятельность человека

Муниципальное общеобразовательное учреждение «Лицей №5»

исследовательская работа

по  физике

Температура и влажность воздуха

 и их влияние  на жизнедеятельность человека

        Авторы проекта: Евдокимов Кирилл,

Евтюнин Дмитрий, ученики 8 кл

Научный руководитель: Попова Л.И.

                                                                                учитель физики

МОУ «Лицей №5»

Железногорск 2012

Оглавление

1. Введение                                                                                                   3

2. Определения, понятия, встречаемые в работе                                             5        

3. Параметры микроклимата  

      3.1. Температура                                                                                    5

      3.2.  Влажность                                                                                       6

      3.3. Скорость движения воздуха                                                            7

4. Влияние температуры и влажности воздуха на жизнедеятельность

человека                                                                                                                 7                                                                                                          

       5. Признаки, свидетельствующие о недостатке влажности воздуха              10

6. Изучение санитарно-эпидемиологических требований к условиям и  организации обучения в общеобразовательных учреждениях                  11

     6.1. Дата введения                                                                                           11

          6.2 Требования к воздушно-тепловому режиму                                    11

7. Практическое определение влажности в разных помещениях                    12

  «Лицея №5»

    7.1. Психрометр                                                                                                12

    7.2. Методика проведения измерений                                                            13

    7.3. Результаты измерений                                                                              13

    7.4  Выводы и рекомендации                                                                          14

8. Заключение                                                                                                       16

9. Литература                                                                                                        17

10. Приложения

Введение

Воздух – неотъемлемая часть в жизни каждого человека – это один из источников жизни. Человек не может жить без воздуха. А что такое воздух, из чего он состоит и как влияет на человека? Атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов. В воздухе всегда есть и водяной пар. Он образуется в результате испарения воды с поверхностей океанов, морей, озер, водохранилищ, рек и т.д. От количества водяного пара, содержащегося в воздухе, зависит погода, самочувствие человека, функционирование многих его органов, жизнь растений, а также сохранность технических объектов, архитектурных сооружений, произведений искусства, книг. Влажность влияет не только непосредственно на самого человека, но на окружающий его мир. Поэтому очень важно следить за влажностью воздуха, уметь измерять её. Влажность воздуха является одним из основных параметров микроклимата помещения, и поэтому нас очень заинтересовала проблема определения влажности воздуха в помещении школы.

Задачи работы:
1. Изучение литературы по данной проблеме.
2. Изучение устройства и принципа работы психрометра.
3. Измерение влажности воздуха в разных помещениях школы и сравнение полученных данных с санитарно-гигиеническими нормами.
4. Изучение влияния влажности воздуха на самочувствие человека.
5. Разработать способы повышения и понижения влажности в помещениях.

Объект исследования: температурный режим и процентное содержание влаги в помещениях школы.

Предмет исследования: влияние температуры и влажности воздуха на жизнедеятельность человека

Методы работы: изучение литературы, наблюдения, сравнение и анализ, эксперимент.

База исследования : Муниципальное общеобразовательное учреждение «Лицей №5»

Гипотеза исследования: если поддерживать в помещениях нормальную влажность воздуха, то можно обезопасить себя от негативных воздействий на организм повышенной и пониженной влажности.
Практическая значимость нашего исследования заключается в сформулированных способах повышения и понижения влажности воздуха.

Актуальность нашего исследования заключается в том, что в последние годы среди обучающихся школ высокий процент простудных заболеваний, а низкая влажность вызывает быстрое испарение и высыхание слизистой оболочки носа, гортани, легких, что приводит к простудным и другим заболеваниям. Высокая влажность также вызывает некоторые негативные явления в организме человека, например, нарушается теплообмен организма с окружающей средой, что приводит к перегреву тела.

Так как в течение учебного года обучающимся приходится больше времени проводить в школе, то не маловажную роль играет состояние влажности в учебных кабинетах. Исходя из этого, мы решили узнать, отвечает ли санитарным нормам условия наших кабинетов.

Перед началом работы напомним основные понятия и определения по теме нашей работы.

Основные понятия и определения

Парообразование-явление превращения жидкости в пар.

Парообразование, происходящие с поверхности жидкости, называется испарением.

Конденсация-процесс перехода из газообразного состояния в жидкость.

Динамическое равновесие между паром и жидкостью наступает, когда число молекул вылетающих из жидкости, становится равным числу молекул пара, возвращающихся в жидкость.

Насыщенным паром называется пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью.

Пар, не находящийся в состоянии равновесия со своей жидкостью, называется ненасыщенным.

Абсолютная влажность ρ показывает, сколько граммов водяного пара содержится в воздухе объемом 1 м3 при данных условиях, т.е. плотность водяного пара.

Относительной влажностью воздуха φ называют отношение абсолютной влажности воздуха ρ к плотности ρ0 насыщенного водяного пара при той же температуре, выраженной в процентах.

Температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным, называется точкой росы.

Параметры микроклимата

  Далее перечислены основные параметры микроклимата, которые должны поддерживаться в помещениях на заданном уровне.

Температура воздуха

Обмен веществ, постоянно происходящий в теле человека, приводит к выделению тепла. Однако температура тела должна поддерживаться постоянной (36,6–370С). Поэтому тепло должно отводиться от тела в окружающий воздух. Передача тепла происходит двумя способами:

Явное тепло (отвод тепла с поверхности тела в окружающий воздух в виде теплового излучения, теплопередача через одежду). Это тепло, которое повышает температуру окружающего воздуха.

Скрытое тепло (испарение воды с кожи и при выдыхании воздуха). Это тепло, которое не изменяет температуру воздуха, но увеличивает количество водяного пара.

Количество отдаваемой человеком теплоты зависит в основном от температуры окружающего воздуха, а также от физической активности человека. Чем ниже температура, тем больше тепла отдает человек (особенно явного тепла):

Данные для человека, находящегося в покое.

Влажность

Поскольку часть тепла человек отдает в виде водяного пара, то воздух должен обладать определенной способностью поглощать этот пар. Среднее количество выделяемого человеком пара составляет около 900 г/сутки. Около 300 г через легкие, и, соответственно, около 600 г через кожу. Чрезмерная влажность воздуха вызывает усиленное потоотделение и утомление: дыхание учащается, человек все больше поглощает влаги через легкие и все больше выделяет в виде пота. В сочетании с высокой температурой, высокая влажность может привести к перегреву организма. Такая ситуация свойственна для жарких летних месяцев. При низкой влажности кожа человека становится сухой, шероховатой и может растрескиваться. Очень сухой воздух обычно бывает зимой в теплых помещениях. Нижняя граница влажности составляет около 20%. При более низких значениях влажности существенно возрастает дискомфорт и опасность заболевания ринитами и фарингитами у людей, постоянно находящихся в условиях пониженной влажности воздуха в помещении.

Диаграмма: зона комфортной температуры и влажности 

Скорость движения воздуха

Скорость воздушного потока влияет на самочувствие людей: при сильном сквозняке влага интенсивно испаряется с тела и человек может замерзнуть и простудиться даже при высокой температуре воздуха. Иногда дискомфорт вызывают системы вентиляции или кондиционеры, подающие воздух со слишком большой скоростью. При нормальной температуре 20-22оС в помещениях, где постоянно находятся люди, допускается скорость движения воздуха 0,1-0,2 м/с. Если же люди находятся в помещении недолго или занимаются физической работой, то скорость воздушного потока может быть выше (до 0,5 м/с).

Отсутствие движения воздуха в помещении или чрезмерно низкие его значения ассоциируются с плохой вентиляцией. При отсутствии движения воздуха вокруг тела человека образуется тонкая неподвижная воздушная оболочка, которая быстро насыщается парами воды, принимает его температуру и уменьшает теплоотдачу.

Легкое движение воздуха сдувает обволакивающий человека насыщенный водяными парами и перегретый слой воздуха.

Если температура окружающей среды ниже температуры тела человека, то с повышением подвижности воздуха потеря тепла человеком возрастает. Для сохранения комфортных условий необходимо либо увеличить относительную влажность воздуха, уменьшив тем самым испарение, либо увеличить его температуру.

В то же время чрезмерная подвижность воздуха, особенно в условиях охлаждения, вызывает увеличение теплопотерь и способствует быстрому охлаждению организма.

Подвижность воздуха оказывает существенное влияние на состояние внутренней среды помещения: распределение температур и влажности по объему помещения, наличие застойных зон и т.д.  Влияние подвижности воздуха на комфортное состояние человека необходимо рассматривать в совокупности с температурой и влажностью воздушной среды помещения.

Влияние температуры и влажности воздуха на жизнедеятельность человека

Одним из самых метеопатических факторов является температура воздуха. Изменение теплового режима  вызывает соответствующие изменения теплообмена человека с окружающей средой. Температурные раздражения воспринимаются нами как ощущения тепла или холода. Человек ощущает тепло не только от прихода солнечной энергии и температуры воздуха, но и от влажности и ветра. Как показали многочисленные научные исследования зона комфорта, то есть такие внешние условия при которых здоровый человек не испытывает ни жары, ни холода, ни духоты и лучше всего себя чувствует, не является чем-то стандартным для всех людей, разных по климату районов и всех времен года. Она зависит от уклада жизни, возрастных социально-экономических условий.

Человек обладает механизмом автоматической терморегуляции организма. Благодаря этому механизму, человек адаптируется к изменениям  окружающего воздуха. Однако этот механизм эффективен лишь при малых и медленных отклонениях параметров от нормальных, необходимых для комфортного самочувствия. При сильных отклонениях параметров воздуха нарушаются такие физиологические функции организма как: терморегуляция, обмен веществ, работа нервной и сердечно-сосудистой системы и т.п. Также могут наблюдаться и серьезные нарушения в организме человека. Например, у человека, попавшего в условия «перегрева» наблюдается повышенная температура тела, снижается работоспособность и появляется повышенная раздражительность.
Установлено, что производительности труда зависит от изменений температуры окружающей среды. На графике приведена такая зависимость. По графику можно увидеть, что при температуре более 26°C  наблюдается резкое падение показателей производительности труда.

Среднее количество выделяемого человеком пара составляет около 900 г/сутки. Около 300 г через легкие, и, соответственно, около 600 г через кожу. Поэтому пребывание в помещении нарушает естественный баланс влажности. И если в летнее время это может быть незаметным, то зимой разница показателей относительной влажности на улице и в помещении становится более заметной. Это объясняется тем, что уровень относительной влажности уличного воздуха понижается при его нагреве системой отопления. Колебания влажности воздуха, как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения, негативно влияют на самочувствие и здоровье. Это может провоцировать различные недомогания, головные и физические боли,  снижение иммунитета, может появиться чувство усталости, неуюта, упадок сил, нежелание работать. Организм человека незамедлительно реагирует на снижение влажности воздуха - из тела с повышенной скоростью начинает испаряться влага. Взаимодействие с сухим воздухом, в первую очередь, проявляется в ощущении сухости слизистой оболочки носа и дыхательных путей, сухости кожи (рук и лица), пересыхания губ. Чрезмерно сухой воздух при низкой относительной влажности (менее 20%) иссушает слизистую оболочку носа, глотки и рта. На слизистых оболочках образуются трещины, которые легко инфицируются, что способствует развитию воспалительных явлений. Действие на организм сухого воздуха усугубляется при его большой подвижности. В сухой и слишком теплой обстановке человек гораздо быстрее теряет силы, у него проявляется повышенная утомляемость. Неблагоприятное влияние сухого воздуха проявляется только при крайних степенях его сухости.

 Избыточная влажность воздуха также неблагоприятна: может вызвать аллергические реакции, астму, ринит.

Пониженная и повышенная влажность является благоприятной средой для развития бактерий, грибков, вирусов.

Последствия избыточной сухости воздуха: 

- утомляемость: сухой воздух препятствует поступлению в организм кислорода, и как следствие - ухудшение самочувствия, утомляемость, отсутствие сосредоточенности.

- заболевания слизистых оболочек: слизистые оболочки верхних дыхательных путей теряют свою защитную функцию

- респираторный эпителий, поражаются ухо-горло-носовая и бронхиальная области. Возрастает опасность бактериального заражения слизистой оболочки глаз, которая также утрачивает свои защитные функции. Особо опасно это для тех, кто носит контактные линзы: появляется дискомфорт в следствие ускоренного пересыхания линз, что создает дополнительное раздражение для глаз. 

- ухудшение здоровья ребёнка: для здорового ребенка, не болеющего респираторной инфекцией, влажность воздуха должна составлять не менее 50%, в противном случае может пересыхать слизистая и проявиться заложение носа. Слизь может скапливаться в полостях и образовывать питательную среду для бактерий.

- сухость кожи: пониженная влажность воздуха способствует более быстрому испарению воды с кожи, и как следствие, она становится сухой, грубой, склонной к воспалению и начинает шелушиться.

- пыль: оптимальная влажность воздуха "связывает" пыль, особенно это важно для тех, кто страдает от астмы и аллергии.

Признаки, свидетельствующие о недостатке влажности воздуха

О недостаточной влажности воздуха в помещении можно судить по комнатным растениям. Большинство растений привыкло к более влажному воздуху, чем тот, что окружает их в наших квартирах. От недостатка воды в воздухе они страдают гораздо чаще, чем от ее избытка. В сухом воздухе растения начинают испарять через устьица на листьях больше воды, и их водный баланс нарушается:

Листья сморщиваются или скручиваются.

Кончики листьев становятся коричневыми и засыхают. Это часто можно наблюдать, например, у фикуса Бенджамина, нефролеписа, а также циперуса.

Молодые листья развиваются не полностью.

Бутоны не раскрываются или опадают.

Некоторые вредители особенно часто поражают растения, если воздух слишком сухой. К ним относятся, в первую очередь, паутинные клещики, трипсы и белокрылка.

Изучение санитарно-эпидемиологических требований к условиям и организации обучения в общеобразовательных учреждениях

Санитарно-эпидемиологических требований к условиям и организации обучения в общеобразовательных учреждениях были введены в  действие с   1 сентября  2011 года.

Требования к воздушно-тепловому режиму

6.2. Температура воздуха в зависимости от климатических условий в  учебных помещениях и  кабинетах, кабинетах психолога и логопеда, лабораториях, актовом зале, столовой, рекреациях, библиотеке, вестибюле, гардеробе должна составлять 18 - 24° С; в спортзале и комнатах для проведения секционных занятий, мастерских - 17-20°С; спальне, игровых комнатах, помещениях подразделений дошкольного образования и пришкольного интерната, - 20- 24°С; медицинских кабинетах, раздевальных комнатах спортивного зала - 20-22°С, душевых - 25°С.

Для контроля температурного режима учебные помещения и кабинеты должны быть оснащены бытовыми термометрами.

6.3. Во внеучебное время при отсутствии детей в помещениях общеобразовательного учреждения  должна поддерживаться температура не ниже 15 °С.

6.4. В помещениях общеобразовательных учреждений относительная влажность воздуха должна  составлять 40 - 60 %, скорость движения воздуха не более 0,1м/с.

6.5. При наличии печного отопления в существующих зданиях  общеобразовательных учреждений топка устраивается в коридоре. Во избежание загрязнения воздуха помещений окисью углерода печные трубы закрываются не ранее полного сгорания топлива и не позднее, чем за два часа до прихода обучающихся.

Для вновь строящихся и реконструируемых зданий  общеобразовательных учреждений печное отопление не допускается.

6.6. Учебные помещения проветриваются во время перемен, а рекреационные - во время уроков. До начала занятий и после их окончания необходимо осуществлять сквозное проветривание учебных помещений. Продолжительность сквозного проветривания определяется погодными условиями, направлением и скоростью движения ветра, эффективностью отопительной системы. Рекомендуемая длительность сквозного проветривания приведена в таблице 2.

Таблица 2

Рекомендуемая продолжительность сквозного проветривания учебных помещений в зависимости от температуры наружного воздуха

6.7. Уроки физической культуры и занятия спортивных секций следует проводить в хорошо аэрируемых спортивных залах.

Практическое определение влажности в разных помещениях

«Лицея №5»

      Психрометр

Для точного  и быстрого определения влажности воздуха пользуются специальным прибором-психрометром.

Психрометр состоит из двух термометров. Резервуар одного из них остается сухим, и термометр показывает температуру воздуха. Резервуар другого окружен полоской ткани, конец которой опущен в воду. Вода испаряется, и благодаря этому термометр охлаждается. Чем больше относительная влажность, тем менее интенсивно идет испарение и тем меньше разность показаний термометра. При относительной влажности, равной 100%, вода вообще не будет испаряться и показания обоих термометров будут одинаковы. По разности температур термометров с помощью специальных таблиц, называемых психрометрическими (приложение), можно определить относительную влажность воздуха. Психрометрами обычно пользуются в тех случаях, когда требуется достаточно точное и быстрое определение влажности воздуха.

Методика проведения измерений

Относительная влажность воздуха была измерена с помощью психрометра. Прибор устанавливался в исследуемых кабинетах на 10 минут и, по истечении времени, снимались показания. Вычислялась разность показаний между влажным и сухим термометром. Зная разность показаний сухого и влажного термометров  и температуру окружающей среды с помощью психрометрических таблиц  определяли  относительную влажность воздуха.

 Измерения проводились в 7 помещениях лицея, в течение 5 дней.

Результаты измерений

Кабинет №20 (математика)

Кабинет информатики

Кабинет физики 2

Коридор 2 этаж

Раздевалка (большая)

Спортзал

Столовая

По результатам работы были сделаны основные выводы:

Температурный режим на начало учебного дня в двух наблюдаемых кабинетах (математике, информатике) не соответствовал нормам СанПиН. На момент окончания занятий температурный режим приходил в норму.

В спортивном зале, коридоре, раздевалке температура не всегда доходила до нормы даже к окончанию занятий.

 Температурный режим в столовой не соответствует  нормам  СанПин.

Влажность воздуха на начало занятий ни в одном помещении не соответствовала норме, к концу занятий влажность повышалась.

5.Состояние микроклимата школьных помещений оказывает влияние на самочувствие и здоровье учащихся: а) низкая влажность вызывает быстрое испарение и высыхание слизистой оболочки носа, гортани, легких, что приводит к простудным и другим заболеваниям; б) высокая влажность также трудно переносится при высокой температуре, в этих условиях затруднен отвод тепла за счет испарения влаги и возможен перегрев тела.

Для улучшения состояния влажности в кабинетах мы рекомендуем:

1. Опрыскивание. С  помощью этого простого и действенного метода можно увеличить влажность воздуха.

2. Увеличить в кабинетах количество зеленых насаждений. Листья зеленых растений испаряют воду и способствуют повышению влажности воздуха, а это улучшает самочувствие людей.

3.  В зимнее время увлажнять воздух (открытые сосуды с водой,  пористые увлажнители).

4. Применять электрические увлажнители воздуха. Он разбрызгивает маленькие капельки воды, которые сразу рассеиваются в воздухе, не оседая на растения, мебель, растения.

5.  Проветривать кабинеты после каждого занятия.

6. Принять меры по повышению температуры помещений до нормы.

Заключение

    Рассмотрев поставленные нами вопросы, мы  пришли к выводу, что невидимый нами воздух (содержание в нем водяного пара) которым мы дышим и к которому мы привыкли, может влиять не только на самого человека, но и на все, что его окружает. В этой научно-исследовательской работе был изучен вопрос о влиянии температуры и влажности воздуха на жизнедеятельность человека.  

   Люди весьма восприимчивы к влажности. От нее зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи. Жара труднее переносится при высокой влажности воздуха. В этих условиях затруднен отвод тепла за счет испарения влаги. Поэтому возможен перегрев тела, нарушающий жизнедеятельность организма. В сухом воздухе, напротив, происходит быстрое испарение влаги с поверхности кожи, что приводит к высыханию слизистых оболочек дыхательных путей.  Для оптимального теплообмена человеческого организма при температуре 20-25С наиболее благоприятна относительная влажность порядка 50%. При более высокой температуре предпочтительна влажность около 20%.

Для устранения неблагоприятного влияния низкой и высокой  влажности воздуха в помещениях применяют увлажнение, вентиляцию, кондиционирование воздуха и др.

Список используемой литературы:

1. Физика. 8-й кл., А.В. Перышкин, 2010 г.

2. Физика юным, М.Н. Алексеева. Издательство “Просвещение”, 1980 г.

3. Я познаю мир. О.Г. Хинина, “Издательство АСТ-ЛТД”, 1997 г.

5. “Методический справочник учителя физики” – основная документация учителя физики.

6. Книга для чтения по физике 6–7-е кл., И.Г. Кириллова, Издательство “Просвещение”, 1986 г.

7. Перекрестки физики, химии и биологии. В.Р.Ильченко, Москва, “Просвещение”, 1986 г.

8. Санитарно-эпидемиологические требования к условиям и организации обучения в общеобразовательных учреждениях