SCI采集模块漂流——探究教室内空气质量及温度湿度变化情况 简单

一、探究目的

        为了让同学们了解空气质量及教室内空气质量及温度湿度的变化情况，为更好的改善教室内空气质量提供依据，我结合DFrobot开展的SCI采集模块漂流活动，申请了空气质量传感器套装，进行了我班教室内空气质量指数的探究活动。

        孩子是家庭的未来，是国家和民族的希望，让孩子健康成长不仅是家长所盼望的，也是教育行政部门工作的重中之重。

        根据中小学校规定的上下学时间，学生每天至少1/3以上的时间在学校度过。教室是中小学生每天课业学习的重要场所、教室内空气质量的好坏更是真接影响着孩子们的身体健康。

        而近年来，中小学生因学校教室内空气污染物含量超标而导致生病住院、死亡案例却不断增加。多少祖国的花朵还没有来的及绽放就凋谢在了病房中...

二、关于空气质量指数及温度湿度

        本文中的空气质量指数主要由下面三个指数构成。

        1.AQI指数

        空气质量指数（Air Quality Index，简称AQI）是定量描述空气质量状况的无量纲指数。其数值越大、级别和类别越高、表征颜色越深，说明空气污染状况越严重，对人体的健康危害也就越大。针对单项污染物还规定了空气质量分指数。参与空气质量评价的主要污染物为细颗粒物、可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳六项。2012年新版空气质量标准——《环境空气质量标准》（GB3095－2012）出台。新版的AQI是在原有API评价的3种污染物（SO2、NO2、PM10）的基础上增加了细颗粒物（PM2.5）、臭氧（O3）、一氧化碳（CO）3种污染物指标。

        AQI等级参考

        2.TVOC指数

        TVOC是“Total Volatile Organic Compounds”的英文缩写，意思是总挥发性有机化合物。

室内空气品质的研究人员通常把他们采样分析的室内有机气态物质称为VOC，它是Volatile Organic Compound三个词第一个字母的缩写；各种被测量的VOC被总称为总挥发性有机物TVOC（Total Volatile Organic Compounds）。

        TVOC是三种影响室内空气品质污染中影响较为严重的一种。TVOC是指室温下饱和蒸气压超过了133.32Pa的有机物，其沸点在50℃至250℃，在常温下可以蒸发的形式存在于空气中，它的毒性、刺激性、致癌性和特殊的气味性，会影响皮肤和黏膜，对人体产生急性损害。世界卫生组织（WHO）、美国国家科学院/国家研究理事会（NAS/NRC）等机构一直强调TVOC是一类重要的空气污染物。美国环境署（EPA）对VOC的定义是：除了一氧化碳，二氧化碳，碳酸，金属碳化物，碳酸盐以及碳酸铵外，任何参与大气中光化学反应的含碳化合物。

        TVOC浓度参考

        3.eCO2/CO2指数

        eCO2即等效二氧化碳，指甲烷、一氧化二氮、卤代烃这些温室气体，这里是通过TVOC计算而来。

        eCO2/CO2浓度参考

       4.温度湿度

        据专家通过实验发现，如果室内温度在18摄氏度左右，相对湿度控制在百分之30到40%之间，人体感觉是最为舒适的。

        二、探究方案

        采用DFrobot新发布的SCI数据采集器结合Gravity: ENS160 空气质量传感器、Gravity SHT31数字温湿度传感器测量教室内一天当中空气质量指数的变化情况，然后将采集得到的数据利用图表形式展示，结合作息时间表和实际上课下课情况分析。

使用的主要器材如下，具体参数说明可以点击链接官网查看，再次不在重复。

        1.Gravity SCI 采集模块

        2.Gravity ENS160 Air Quality Sensor，SKU:SEN0514

        3.Gravity SHT31数字温湿度传感器

        将两传感器和SCI数据采集器链接，因采用标配连接线，只要将连接线一端插入传感器接口，另一端插入SCI数据采集器接口即可。

        因为教室是一个比较大的空间，不同的部位空气质量存在差异，比如靠近门窗的位置和教室中间的位置。此次探究因为只有一套设备，所以只能将设备固定在一个地方，方便起见，我将设备固定在了教室前面黑板的上方，开启SCI数据采集器记录模式，数据刷新率为1min，连续测量了24h，然后将数据导出进行分析。

         三、测量结果及分析

        通过将SCI数据采集器中记录的数据，分析结果如下：

        1.24h内教室内空气质量指数-AQI的变化情况

        （1）整体变化情况

        从图像整体可以看出，教室内空气质量指数AQI在一天当中随教学活动而变化，平均值为2.5，属于一般或差的水平。

        （2）晚自习期间（20:00-22:00），AQI指数在1-2之间，处于特别好和好之间，具体AQI指数变化如下图：

        （3）晚自习结束后到第二天早上（22:00-6:30），AQI指数变化不大，在1-2之间，具体AQI指数变化如下图：

        （4）早上上课期间（6:30-12:00）期间，AQI指数在3-4之间，个别时段达到最大值5，空气质量一般或差，课间操（10:00-10:30）之间学生到操场活动，教室内AQI指数回落到2，具体AQI指数变化如下图：

        （5）中午放学期间（12:00-14:20），学生不在教室，AQI指数回落到2，具体AQI指数变化如下图：

        （6）下午上课期间（14:30-15:30），AQI指数在3-4之间，空气质量一般或差，具体AQI指数变化如下图：

        2.24h内教室内空气质量指数-TVOC的变化情况

24小时内空气质量指数TVOC平均值为366，空气质量较差。整体变化情况跟AQI指数变化情况相似，在上课期间指数较大，空气质量较差；在放学期间指数较小，空气质量恢复到较好，具体TVOC指数变化如下图：

        3.24h内教室内空气质量指数-ECO2的变化情况

        24小时内空气质量指数ECO2平均值为711，在正常范围。整体变化情况跟AQI指数变化情况相似，在上课期间指数较大，空气质量较差；在放学期间指数较小，空气质量恢复到较好，具体ECO2指数变化如下图：

        4.24h内教室内空气温度的变化情况

        因为处于冬季供暖期间，24小时内室内温度平均值为22.5，一天当中室内温度基本恒定，没有大的变化，具体室内温度变化如下图：

        5.24h内教室内空气相对湿度的变化情况

        因为处于北方地区，24小时内室内空气相对湿度平均值为14.1%，非常干燥，一天当中有学生在教室内上课时，相对湿度大约在16%左右，学生不在教室内时，湿度大约在10%左右，具体室内温度变化如下图：

        从总体来看，通过传感器采集的空气质量指数跟个人主观感受基本一致，通过此次测量，将对教室内空气质量有了更加量化了解，通过观察数据可以发现，因为学生人数较多，加上北方冬季为了保暖，较少开门窗通风，所以造成上课期间室内空气质量较差，影响师生健康，进而影响教学质量。同时也发现，可以通过尽量多开开门窗、增加开门窗时间、课余多到室外活动等方式提高教室内空气质量，有条件的学校，应该为教室内安装新风系统，提高空气质量，更好的保护师生健康。