Содержание углекислого газа в классном помещении

        МБОУ «Малинская средняя общеобразовательная школа»

               на базе детского экологического центра «Островок»

Исследовательская работа

Содержание углекислого газа в классном помещении

                                                                             Выполнили:

                                                                             1.Бурыкина Юлия, ученица 9-го  класса

2.Кармаева Анастасия, ученица 9-го класса

                                                               3.Фролова Ирина, ученица 9-го класса

                                                                              Руководитель:

                                                                              Маркина Маргарита Борисовна

                                                                              учитель биологии и химии

                                                                              МБОУ "Малинская СОШ"

2013 год

                                            Содержание

1. Введение.

2. Влияние углекислого газа на организм.

3. Ацидоз.

3. Экспресс-метод определения углекислого газа в воздухе.

4. Выводы.

5. Заключение.

6. Литература.

7. Приложение.

                                             Введение

Поговорка "необходим как воздух" не случайна. Народная мудрость не ошибается. Без пищи человек может прожить 5 недель, без воды - 5 суток, без воздуха - не более 5 минут. Без углекислого газа, как и без кислорода, жизнь человека невозможна. Углекислота стимулирует защитные системы нашего организма, помогая справляться с физическими и интеллектуальными нагрузками. Но только в определенных дозах.

Свежий морской или загородный воздух содержит около 0,03-0,04% углекислого газа и это тот уровень, который необходим для нашего дыхания. Одновременно большинству из нас знакомо ощущение духоты в помещении и симптомы связанные с этим, т.е. усталость, сонливость, раздражительность. Такое состояния многие связывают с нехваткой кислорода. На самом деле, это симптомы вызваны превышением уровня углекислого газа в воздухе. Кислорода еще достаточно, а углекислота уже в избытке.

На сегодняшний день в школе остро стоит проблема сохранения здоровья учащихся. И хотя образовательная функция школы по-прежнему остается ведущим аспектом ее деятельности, важным фактором в оценке степени и качества обученности становится состояние здоровья школьника. В 2004 году была высказана гипотеза о том, что основной причиной увеличения заболеваний является негативное воздействие загрязненного воздуха и повышенного уровня углекислого газа во внутренних помещениях. Исследования, проведенные в рамках ЕЭС, подтвердили эту гипотезу. Углекислый газ в школьном классе повышает заболеваемость и снижает успеваемость учащихся.

Даже в низких концентрациях углекислый газ в помещении становится токсичным, поскольку воздействует на клеточную мембрану и в крови человека происходят биохимические изменения, такие, как ацидоз (изменение кислотно-щелочного равновесия в организме). Длительный ацидоз в свою очередь приводит к заболеванию сердечнососудистой системы, прибавлению в весе, снижению иммунитета, заболеванию почек, появлению суставных и головных болей, к общей слабости. 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.

                               Влияние углекислого газа на организм.

Мы обратили внимание на то, что учащиеся в конце учебного дня жалуются на головную боль, наблюдается усталость, вялость в поведении. Одной  из причин плохого самочувствия могло быть повышение концентрации СО2 в классном помещении, где занимаются эти учащиеся.                                   Целью  нашей работы явилась оценка содержания углекислого газа в воздухе учебной комнаты учащихся 4 класса.

 Предмет изучения: двуокись углерода, которая образуется в результате окислительно-восстановительных процессов, протекающих в организме.

Методы выполнения работы:

- химический эксперимент;

- физические исследования;

- математические вычисления;

- изучение статистических данных.

Для определения концентрации содержания СО2 в воздухе классного помещения были взяты пробы воздуха:

- вне помещения здания школы;

- в классном помещении в начале и конце урока;

- в классном помещении после проветривания при помощи фрамуги и после сквозного проветривания;

- в рекреации, примыкающей к классному помещению 4 класса.

Перед нами стояли следующие задачи:

- измерить содержание углекислого газа в классном помещении при различных условиях;

- проанализировать полученные результаты;

- выработать рекомендации по снижению СО2 в классном помещении.

Современный человек почти 90% времени находится в помещении. Малышей мамы отправляют в детский сад, где группы часто бывают переполнены, школьники и студенты сидят в классах по 40 человек и больше, а взрослые проводят на рабочих местах гораздо дольше положенных восьми часов в день. Когда вы входите в помещение, где много людей, то практически всегда чувствуете, что там тяжелее дышится, чем снаружи. Хочется сказать «не хватает кислорода», Это неверно — кислорода все еще более чем достаточно, но в помещении повысилась концентрация углекислого газа. Что происходит при этом с нашим организмом? Насколько это вредно? Современные исследования доказывают, что повышенное содержание СО2 во вдыхаемом воздухе отрицательно влияет на кровь, слизистые оболочки, дыхательную и мочевыводящую системы, костную ткань, иммунитет и умственную деятельность человека

В закрытом помещении уровень углекислого газа повышается гораздо быстрее, чем убывает кислород. Замеры показывают, что, даже когда в школьном классе уровень СО2 достигает 1000 ррm (0,1%), содержание кислорода практически не меняется. Конечно, увеличение углекислого газа зависит от количества людей в этом помещении, от их веса и того, что они при этом делают.  

Между концентрацией СО2 и ощущением духоты существует связь. Человек начинает ощущать симптомы «нехватки свежего воздуха» (а на самом деле повышенной концентрации углекислого газа) уже при его уровне 0,08%.

Недавние исследования индийских ученых показали, что углекислый газ даже в небольших концентрациях (т.е. уже при уровне 0,06%) является для человека таким же токсичным, как двуокись азота. Выяснено, что даже в низких концентрациях углекислый газ в помещении становится токсичным, поскольку воздействует на клеточную мембрану и в крови человека происходят биохимические изменения, такие, как ацидоз (изменение кислотно-щелочного равновесия в организме).

Длительный ацидоз в свою очередь приводит к заболеванию сердечнососудистой системы, прибавлению в весе, снижению иммунитета, заболеванию почек, появлению суставных и головных болей, к общей слабости.

                                  Что такое ацидоз и чем он плох

В норме кислотность рН крови человека равна примерно 7,4. Наш организм настроен на эту цифру, она необходима для работы всех ферментных и биологических систем организма.

При повышении концентрации СО2 в воздухе, который попадает в организм, увеличивается парциальное давление СО2 в наших альвеолах, его растворимость в крови повышается, и образуется слабая угольная кислота (СО2 + Н2O = Н2СО3).  Кровь закисляется, что по-научному и называется ацидозом. Чем выше концентрация СО2 в воздухе, которым мы постоянно дышим, тем ниже рН крови и тем более кислую реакцию она имеет.

Минимальные физиологические последствия ацидоза — перевозбуждение, учащенное сердцебиение и умеренное повышение давления. При более сильном ацидозе человек становится вялым, сонливым, ощущает беспокойство. Но все это происходит уже при концентрациях углекислого газа, типичных для современных помещений, где много народа. Впрочем, когда человек надолго выходит на свежий воздух, его состояние постепенно приходит в норму.

Отбор воздуха на содержание СО2 учебном классе осуществлялся на основе экспресс-метода.

            Экспресс-метод определения углекислого газа в воздухе.

Для выполнения работы требуется:

- медицинский шприц на 100–150 мл;

- химический стакан, вместимостью 50–100 мл;

- 0,005% раствор карбоната натрия, для приготовления которого 1 г химически чистого безводного карбоната натрия растворяют в 200 мл свежеприготовленной дистиллированной воде, а затем добавляют 0,5 мл 1%-го раствора фенолфталеина;

- рабочий раствор, 1 мл 0,005% раствор карбоната натрия помещают в мерную колбу на 100 мл, доводят объем дистиллированной водой до метки и перемешивают.

 При определении двуокиси углерода в шприц набирают 20 мл рабочего раствора карбоната натрия, затем оттягивают поршень и засасывают исследуемый воздух. После этого шприц встряхивают в течение одной минуты. Если раствор остается розовым, то воздух выталкивают из шприца, набирают новую порцию воздуха и опять встряхивают одну минуту. Новые порции воздуха  добавляют до обесцвечивания раствора. Если раствор обесцвечивается менее чем за 1 мин, то опыт повторяют с меньшим количеством воздуха. Ход реакции: Na2CO3+H2O+CO2→2NaHCO3.

Учитывая объем исследуемого воздуха, потребовавшийся для обесцвечивания раствора карбоната натрия, определяют по специальной таблице "Содержание двуокиси углерода в воздухе.

Таблица. Зависимость содержания углекислого газа (%) в воздухе от объема воздуха, обесцвечивающего  20 мл 0,005%-ного раствора соды.

Мы измерили концентрацию углекислого газа атмосферного воздуха, в рекреации (2 этаж, около кабинета 4А класса), в классном помещении 4А класса. А выбрали этот класс, потому что в нём обучается самое большое количество учащихся (32 ученика).

Измерения проводились в течение недели с понедельника по пятницу. Полученные результаты занесли в таблицу.

Концентрация углекислого газа (%) в школьных помещениях в течение недели.

    Рассчеты велись по формуле  (%), где N – число подач шприцем воздуха открытой атмосферы; Ni- чило подач шприцем воздуха закрытого помещения; 0,04% - содержание углекислого газа в воздухе.

    Анализ позволяет сделать несколько очевидных выводов: 

- содержание СО2 в исследуемом помещении  не превышает гигиенический норматив по максимально допустимой концентрации (0.7- 0,1);

- наибольшая концентрация  углекислого газа наблюдалась в учебные дни полной посещаемости учащихся (32 чел), т.о.наполняемость классов не должна превышать численность 25 человек, что и установлено нормами САНПИН;

- учитель следит за воздушным режимом и регулярно проветривает помещение, т.к. концентрация СО2 в начале урока наименьшая;

- сквозное проветривание более эффективно по интенсивности очищения  воздуха от СО2,  чем при  открытой фрамуги, но его нужно использовать очень осторожно, т.к.сквозняки могут привести к простудным заболеваниям;

- снижение уровня СО2 наблюдается во время перемены, когда учащиеся покидают помещение и оно проветривается, но снижение концентрации углекислого газа незначительное,  т.к. помещения проветриваются при помощи фрамуг;

- одной из причин повышения уровня СО2 в помещениии может быть и установка пластиковых окон, т.к. они лишают помещение естественной вентиляции и углекислый газ может накапливаться. При замене старых рам на новые лучше отдать предпочтение деревянным окнам;

- вентилляционная установка не эффективно действует, т.к. принудительная вентиляция отсутствует;

- высокая концентрация СО2 в рекреации во время перемены связана с большим количеством учащихся, т.к. они выходят на перемене в коридор, а данные помещения не проветриваются.

                                                  Заключение

Очень важно то, каким воздухом дышит ребенок во время своего развития, ведь организм ребенка более подвержен негативному влиянию отравляющих веществ. За последние два десятилетия в развитых европейских странах количество аллергических и астматических заболеваний удвоилось. В 2004 году была высказана гипотеза о том, что основной причиной увеличения заболеваний является негативное воздействие загрязненного воздуха и повышенного уровня углекислого газа во внутренних помещениях. Исследования, проведенные в рамках ЕЭС, подтвердили эту гипотезу, что и было отражено в пресс-релизе ежегодной конференции Европейского Респираторного Общества, проходившей со 2 по 6 сентября 2006 в Мюнхене.

Специальный представитель Генерального директора ВОЗ в России Микко Виенонен в своем докладе о неблагоприятных тенденциях заболеваемости подростков,  сообщил, что в России наблюдается рост количества детей  и подростков с заболеваниями  респираторной системы и бронхиальной астмы. В структуре заболеваемости детей доминируют болезни органов дыхания. Дети, страдающие аллергией, астмой и другими заболеваниями дыхательных путей, наиболее подвержены негативному влиянию углекислого газа в помещении.

В 4А классе 4 ученика имеют хронические заболевания органов дыхания:

- 2 человека - хронический тонзиллит,

- 1 человек - аденоиды,

- 1 человек - бронхиальная астма.

Очень важно не допустить повышения уровня заболеваемости учащихся. Последние исследования зарубежных ученых показали, что углекислый газ негативно влияет на организм человека даже в низких концентрациях. Как же можно решить эту проблему  в наш техногенный век?

    Во-первых, с помощью комнатных растений. Но поскольку поглощение ими избыточной углекислоты из воздуха происходит только на свету, то одним им вряд ли справиться.

    Углекислый газ можно удалять из воздуха помещения специальными приборами-абсорберами (поглотителями) углекислого газа. В основе действия абсорбера углекислого газа заложен принцип захвата молекул СО2 специальным веществом.

    Учителям регулярно проветривать классные помещения, а в тёплое время осуществлять сквозное проветривание, согласно рекомендуемой продолжительности сквозного проветривания учебных помещений в зависимости от температуры наружного воздуха и проверить эффективность действия вентиляционной системы.

    Вот о чем следует задуматься родителям, чтобы понять хорошее ли качество воздуха в школе, где учится ребенок: ваш ребенок кашляет и чихает больше, чем раньше, у него начали проявляться симптомы аллергии и участились заболевания верхних дыхательных путей, ваш ребенок лучше себя чувствует в выходные дни, когда не ходит в школу. Тогда, возможно, уровень углекислого газа в классе, где он учится выше нормы. Кстати, его можно замерить специальными приборами, которые должны быть в арсенале санэпидслужб.

Приложение

Негативные физиологические проявления при различных уровнях концентрации углекислого газа.

Примечание:

Единицы измерения уровня СО2 - ppm (parts per million). Это миллионная доля, аналогичная по смыслу проценту или промилле. 1000 ppm = 0,1% СО2 в воздухе.

                                               Литература

1. Шилькрот Е.О., Губернский Ю.Д.,«Сколько воздуха нужно человеку для комфорта?», журнал AВОК №4/2008

2. Климат, качество атмосферного воздуха и здоровье москвичей. Под редакцией доктора мед. Наук, проф. Ревича Б.А. . М., издательство "Адамантъ", 2006,

3. Е.О.Шилькрот, Ю.Д.Губернский. Сколько воздуха нужно человеку для комфорта? Журнал «АВОК» (№4, 2008).

4. И.В.Гурина. Безопасный уровень углекислого газа требует ревизии. Журнал «Экологический Вестник России» (№10, 2008).

5. Биология. Дополнительные материалы к урокам и внеклассным мероприятиям по биологии и экологии в 10-11 классах / авт.-сост. М.М.Боднарук, Н.В.Ковылина. – 2-е изд., стереотип. – Волгоград: Учитель, 2008 г.

6. http://www.enontek.ru.

7. Колчанова Л.В., Колчанов Р.А. «Инновационный подход к ученическому эксперименту», «Химия в школе» №5, 2009г.

8. Гигиенические требования к условиям обучения в общеобразовательных учреждениях otherreferats.allbest.ru›Медицина›00016079_0.html

9. Санитарно-эпидемиологические правила СанПиН 2.4.2.1178-02    "Гигиенические требования к условиям обучения в общеобразовательных учреждениях" www.tehbez.ru/Docum/DocumShow_DocumID_566.html