當(dāng)前，環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越引起社會(huì)的重視，保護(hù)環(huán)境，創(chuàng)設(shè)綠色家園成為大家共同努力的目標(biāo)。在學(xué)校中，關(guān)于保護(hù)環(huán)境的宣傳也越來(lái)越多，同學(xué)們的環(huán)保意識(shí)也逐漸增強(qiáng)，學(xué)校的環(huán)境變得越來(lái)越好。

　　摘要：本項(xiàng)目在分析有關(guān)教室環(huán)境監(jiān)測(cè)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，確定CO2濃度是影響教室微環(huán)境的主要因素之一，并利用傳感器對(duì)教室CO2濃度實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)行自動(dòng)改善。

　　關(guān)鍵詞：決策與信息,教室微環(huán)境,CO2濃度,實(shí)時(shí)監(jiān)控,自動(dòng)改善系統(tǒng)

　　一、問(wèn)題的提出

　　在轟轟烈烈宣傳、踐行環(huán)境保護(hù)的同時(shí)，教室――學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的重要場(chǎng)所的環(huán)境問(wèn)題卻被大家忽視了。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，高中學(xué)生一天在教室中學(xué)習(xí)、活動(dòng)的時(shí)間接近10小時(shí)，教室環(huán)境的狀況將直接影響到學(xué)生的身體發(fā)育、健康和學(xué)習(xí)效果。

　　但當(dāng)前的教室環(huán)境現(xiàn)狀卻不容樂(lè)觀，利用中國(guó)期刊網(wǎng)以“教室環(huán)境”為關(guān)鍵詞，進(jìn)行全文檢索，得到文獻(xiàn)40余篇，這些文獻(xiàn)均來(lái)自衛(wèi)生監(jiān)督部門(mén)、環(huán)境部門(mén)或預(yù)防醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)的相關(guān)人士對(duì)教室環(huán)境的監(jiān)測(cè)，其抽測(cè)的教室中有60%存在環(huán)境問(wèn)題。而上述文獻(xiàn)，也只是對(duì)教室環(huán)境改善提出建議，如采取開(kāi)窗通風(fēng)降低CO2濃度等措施，但事實(shí)上很多情況下，比如在夏冬季節(jié)，許多發(fā)達(dá)地區(qū)的教室內(nèi)都裝有空調(diào)，是否能及時(shí)開(kāi)啟門(mén)窗通風(fēng)以使教室中CO2濃度低于規(guī)定的濃度不得而知。另一方面，已有對(duì)教室環(huán)境的監(jiān)測(cè)缺乏連續(xù)性，其監(jiān)測(cè)結(jié)果也沒(méi)有引起教育行政部門(mén)、學(xué)校的重視，學(xué)生更是對(duì)此一無(wú)所知。

　　當(dāng)我們?cè)诮淌疑险n或自習(xí)時(shí)，有同學(xué)會(huì)犯困，除了學(xué)習(xí)態(tài)度、休息不好等原因，是否與教室中CO2濃度超標(biāo)有關(guān)?面對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們除了要對(duì)教室CO2濃度進(jìn)行定期或?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)外，還要考慮如何有效地改善教室中的環(huán)境問(wèn)題。

　　二、教室微環(huán)境的文獻(xiàn)綜述

　　利用中國(guó)知網(wǎng)，以關(guān)鍵詞“學(xué)校教室環(huán)境監(jiān)測(cè)”、“教室微環(huán)境”、“實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)”進(jìn)行全文檢索，共獲得相關(guān)文獻(xiàn)45篇。

　　(1)以“教室微環(huán)境”為關(guān)鍵詞進(jìn)行全文檢索獲得相關(guān)文獻(xiàn)4篇，僅《天津市某中學(xué)教室內(nèi)微環(huán)境污染研究》(2004年)與本課題有一定相關(guān)性。

　　(2)以“教室微環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)”為關(guān)鍵詞進(jìn)行全文檢索獲得相關(guān)文獻(xiàn)0篇。

　　(3)以“學(xué)校教室環(huán)境監(jiān)測(cè)”為關(guān)鍵詞進(jìn)行全文檢索獲得相關(guān)文獻(xiàn)40篇。

　　這些文章均為衛(wèi)生監(jiān)督管理部門(mén)、環(huán)保部門(mén)或預(yù)防醫(yī)學(xué)工作者對(duì)教室環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析為主。

　　上述文獻(xiàn)均以檢測(cè)報(bào)告形式呈現(xiàn)對(duì)教室(包括中小學(xué)和高校)環(huán)境的檢測(cè)結(jié)果，并提出了部分改進(jìn)意見(jiàn)。潘慶仲、張愛(ài)芹對(duì)影響教室空氣環(huán)境衛(wèi)生質(zhì)量的主成分分析得出影響教室空氣衛(wèi)生質(zhì)量的主要指標(biāo)，風(fēng)速、CO2、噪聲是決定第一主成分的主要指標(biāo)。余志琪等對(duì)3所高校教室空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，抽取蘭州市3所高校的 40間教室，對(duì)室內(nèi)的溫度、濕度、風(fēng)速、CO、CO2、甲醛、可吸入顆粒物、空氣細(xì)菌總數(shù)共8項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果檢測(cè)期間教室內(nèi)污染較嚴(yán)重的是可吸入顆粒物和CO2，指出控制教室內(nèi)CO2的含量至關(guān)重要。何倫發(fā)等研究指出新風(fēng)量不足，呼吸產(chǎn)生的CO2可造成室內(nèi)CO2含量嚴(yán)重超標(biāo)，影響學(xué)生學(xué)習(xí)，降低課堂教學(xué)效果。另有研究對(duì)天津地區(qū)的某中學(xué)教室內(nèi)的環(huán)境污染物采用便攜式紅外線(xiàn)分析儀測(cè)試教室內(nèi)CO2的含量。CO2室內(nèi)含量超標(biāo)，CO2是由教室內(nèi)人的呼吸產(chǎn)生的，室內(nèi)含量高的主要原因是人員密度大，通風(fēng)差;室內(nèi)CO2濃度偏高，在上課的大部分時(shí)間內(nèi)教室的平均CO2濃度都大于國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值，只有課間休息CO2濃度才低于標(biāo)準(zhǔn)值。

　　上述文獻(xiàn)的研究都認(rèn)為CO2濃度是教室環(huán)境問(wèn)題的主要因素之一，幾乎所有的教室環(huán)境檢測(cè)報(bào)告均指出教室環(huán)境存在污染情況，為什么出現(xiàn)這樣的結(jié)論?簡(jiǎn)析原因，一方面，學(xué)校、教師、學(xué)生對(duì)教室微環(huán)境缺少認(rèn)識(shí)，加之學(xué)生在校學(xué)習(xí)時(shí)間長(zhǎng)(尤其是高中)，有的班級(jí)學(xué)生人數(shù)多，以及沒(méi)有重視開(kāi)窗通風(fēng)，導(dǎo)致教室微環(huán)境出現(xiàn)污染;另一方面，教室微環(huán)境出現(xiàn)CO2濃度過(guò)高的時(shí)間不固定，受到外界自然環(huán)境的影響。

　　要持久改善教室微環(huán)境，使室內(nèi)CO2濃度達(dá)標(biāo)的有效措施是對(duì)教室微環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)改善。

　　“教室CO2濃度實(shí)時(shí)監(jiān)控及自動(dòng)改善系統(tǒng)”設(shè)計(jì)項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)就是應(yīng)用傳感器技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，對(duì)教室CO2濃度和室內(nèi)光強(qiáng)度進(jìn)行“實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)改善”，本項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)尚無(wú)同類(lèi)研究。

　　三、設(shè)計(jì)目的和基本思路

　　設(shè)計(jì)目的：引起大家對(duì)教室微環(huán)境的重視，并對(duì)影響學(xué)習(xí)效率和生長(zhǎng)發(fā)育的主要環(huán)境指標(biāo)之一CO2濃度進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)，當(dāng)指標(biāo)超出正常值時(shí)實(shí)施自動(dòng)改善措施(如換氣等)，尤其適用于秋冬季節(jié)(室外氣候條件不適宜開(kāi)窗換氣時(shí))。

　　設(shè)計(jì)基本思路：在教室里分布監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)教室內(nèi)的CO2濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并結(jié)合監(jiān)測(cè)結(jié)果啟動(dòng)教室微環(huán)境改善系統(tǒng)。

　　四、工作原理

　　采用CO2傳感器對(duì)教室CO2濃度進(jìn)行適時(shí)監(jiān)測(cè)。

　　一旦教室內(nèi)CO2含量達(dá)到極限值，通過(guò)CO2傳感器的監(jiān)測(cè)變化來(lái)輸出電頻，并用三極管的放大效應(yīng)激活繼電器，控制排氣扇運(yùn)行。

　　TGS4160二氧化碳傳感器是一種內(nèi)含熱敏電阻的混合式CO2敏感元件。該元件在兩個(gè)電極之間充有陽(yáng)離子固體電解質(zhì)。它的陰極由鋰碳酸鹽和鍍金材料制成，而陽(yáng)極是鍍金材料。該敏感元件的基襯是用對(duì)苯二酯聚乙烯和玻璃纖維加固，然后采用不銹鋼網(wǎng)做圓柱型封裝。元件的內(nèi)層采用100目雙層不銹鋼網(wǎng)套在鍍鎳銅環(huán)上，并用高強(qiáng)度樹(shù)脂粘合劑與基襯固定在一起。其外層頂蓋上又罩上了一層60目的不銹鋼網(wǎng)。為了達(dá)到降低干擾氣體影響的目的，TGS4160在內(nèi)外兩層不銹鋼網(wǎng)之間還填充有吸附材料(沸石)。傳感器的6個(gè)引腳通過(guò)0.1mm的箔導(dǎo)線(xiàn)與內(nèi)部相連。其等效的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示。圖中，陽(yáng)極與傳感器的第3腳 S(+)相連，陰極與傳感器的第4腳S(-)相連，Pt加熱器與傳感器的第1，6腳相連，內(nèi)部熱敏電阻與傳感器的第2，5腳相連。內(nèi)部熱敏電阻的作用是通過(guò)該電阻探測(cè)環(huán)境溫度，以便對(duì)該傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，從而使校正后的測(cè)量值更加準(zhǔn)確。

　　五、應(yīng)用前景

　　這件作品的成功設(shè)計(jì)具有現(xiàn)實(shí)意義。設(shè)計(jì)理念符合現(xiàn)代科技的發(fā)展方向，更加環(huán)保，更加自動(dòng)化、人性化。在自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和改善教室CO2濃度這一微環(huán)境問(wèn)題上提出了可行的技術(shù)方案，并成功根據(jù)原理設(shè)計(jì)了作品。本作品涉及到化學(xué)、物理、機(jī)電等多個(gè)學(xué)科，創(chuàng)新性地解決了學(xué)校教室這一人員密集區(qū)域的微環(huán)境中自動(dòng)改善問(wèn)題，可以引起研究人員和有關(guān)部門(mén)對(duì)該項(xiàng)目的高度關(guān)注，有利于廣大在校學(xué)生的身心健康，制作成產(chǎn)品當(dāng)具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，項(xiàng)目研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

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