Vi khí hậu trong phòng học và điều hòa thân nhiệt

Ba tiêu chuẩn quan trọng nhất của vi khí hậu lớp học là: nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ chuyển động không khí.

Nhiệt độ: Nhiệt độ là một trong 3 yếu tố vi khí hậu trong phòng học. Dưới tác động của nhiệt độ, nhiều biến đổi sinh lý khác nhau diễn ra trong các cơ quan của cơ thể. Tuỳ theo nhiệt độ trong phòng cao hay thấp mà có thể nhận thấy học sinh bị lạnh hay bị nóng. Khi nhiệt độ trong phòng tăng (25-35 độ C), các quá trình ô xy hoá trong cơ    thể giảm đi một chút, nhưng sau đó có thể lại tăng lên. Nhịp thở nhanh và nông. Thông khí phổi đầu tiên tăng lên sau đó thì không thay đổi. Nếu nhiệt độ cao kéo dài, ảnh hưởng đến hệ thống tim mạch, hệ thần kinh (giảm chú ý, các phản ứng vận động chậm, định hướng chuyển động kém), quá trình trao đổi vitamin, nước và muối khoáng bị rối loạn.

 

Tác động của nhiệt độ lên cơ thể được xác định không chỉ bởi đơn vị tuyệt đối mà còn phụ thuộc vào biên độ dao động của nó. Cơ thể rất khó thích nghi khi nhiệt độ thường xuyên thay đổi với biên độ lớn. Tác động của nhiệt độ cũng phụ thuộc vào sự phối hợp của các yếu tố vi khí hậu khác như độ ẩm và tốc độ chuyển động của không khí. Khi độ ẩm tăng trong điều kiện nhiệt độ thấp làm tăng tính dẫn nhiệt của không khí dẫn đến tăng khả năng gây lạnh của nó. Đặc biệt, khả năng truyền nhiệt tăng lên khi tốc độ chuyển động của không khí tăng

Nhiệt độ tốt nhất trong các phòng học đóng kín cửa là nhiệt độ mà đại đa số người ở trong phòng đó cảm thấy dễ chịu thường là 18-22 độ C theo kết quả nghiên cứu ảnh hưởng tổng hợp của các điều kiện vi khí hậu đối với cơ thể trẻ em. Khi nhiệt độ vượt quá mức trên 4-5 độ C thì học sinh sẽ hết cảm giác dễ chịu.

Độ ẩm: Độ ẩm là lượng hơi nước chứa trong không khí. Người ta chia độ ẩm thành 3 loại là độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm cực đại và độ ẩm tương đối.

Độ ẩm tuyệt đối là lượng hơi nước có trong không khí tính bằng gam/m3 vào thời điểm nhất định và ở nhiệt độ nhất định

Độ ẩm cực đại hay độ ảm bão hoà là lượng hơi nước bão hoà trong không khí tính bằng gam/m3.

Độ ẩm tương đối là tỷ lệ phần trăm giữa độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm bão hoà.

Trong thực hành vệ sinh trường học, người ta thường sử dụng giá trị độ ẩm tương đối để đánh giá điều kiện vi khí hậu trong phòng học. Chỉ số này cho phép hình dung được khả năng toả nhiệt của cơ thể bằng con đường bay hơi nước. Khi độ ẩm thấp, khả năng không khí tiếp nhận thêm hơi nước tăng lên. Do đó sự toả nhiệt diễn ra mạnh mẽ nhờ kết quả của quá trình tiết và bay hơi mồ hôi trên da.

Cảm giác về nhiệt độ rất khác nhau khi độ ẩm thay đổi. Trong điều kiện nhiệt độ cao kết hợp với độ ẩm thấp, con người cảm thấy dễ chịu hơn trong điều kiện nhiệt độ cao và độ ẩm cũng cao do tăng độ ẩm không khí làm giảm khả năng toả nhiệt trên bề mặt da nhờ bay hơi nước.

Không khí bão hoà hơi nước trong điều kiện nhiệt độ thấp có khả năng làm cho cơ thể nhiễm lạnh. Chúng ta biết rằng khi nhiệt độ môi trường cao từ 35 độ C trở lên thì bài tiết và bay hơi mồ hôi là con đường chính để cơ thể truyền nhiệt vào môi trường không khí. Người ta nhận thấy rằng trong điều kiện khí hậu bình thường độ ẩm tương đối thích hợp là 60-80%.

Vận tốc chuyển động của không khí: Vận tốc chuyển động của không khí được đo bằng m/giây. Chuyển động của không khí có vai trò thực sự trong quá trình trao đổi nhiệt của cơ thể. Gió mạnh làm tăng khả năng truyền nhiệt của cơ thể bằng con đường đối lưu và bay hơi nước. Trong những ngày nóng nực, gió làm cho cơ thể dễ chịu. Trong điều kiện nhiệt độ thấp, độ ẩm cao, gió có thể làm cơ thể nhiễm lạnh. Gió mạnh và kéo dài ảnh hưởng không tốt đến trạng thái thần kinh-tâm lý, đến cảm giác chung của cơ thể.

Chuyển động của không khí có ý nghĩa vệ sinh quan trọng là làm sạch không khí trong phòng học và loại bỏ các chất ô nhiễm (bụi, hơi khí, vi khuẩn...)

Vận tốc chuyển động không khí trong phòng 0,1-0,3m/g trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm dễ chịu sẽ gây cảm giác khoan khoái cho cơ thể, tăng cường khả năng toả nhiệt.

Tác động tổng hợp của các yếu tố vi khí hậu:

Trong quá trình hoạt động sống, cơ thể con người phải chịu đựng những tác động tổng hợp của các yếu tố vi khí hậu như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất khí quyển... Chúng ta có thể nhận thấy những tác động có lợi hay có hại của các yếu tố vi khí hậu lên cơ thể phụ thuộc vào sự tổ hợp và độ lớn của các yếu tố này. Tác động tổng hợp mang tính quy luật lên cơ thể của các yếu tố lý học này cho phép xác định các điều kiện tối ưu cho hoạt động sống của cơ thể.

Như chúng ta đã biết, con người chỉ có thể hoạt động bình thường, làm việc tốt khi thân nhiệt của cơ thể được bảo toàn trong một giới hạn xác định (36,1- 37,2oC), có sự cân bằng nhiệt giữa cơ thể và môi trường, nghĩa là có sự cân bằng giữa quá trình sinh nhiệt và quá trình toả nhiệt. Trong trường hợp một quá trình này trội hơn quá trình kia thì dẫn đến hiện tượng bị lạnh hoặc bị nóng. Như vậy, khi mất nhiều nhiệt cơ thể sẽ bị lạnh, khả năng chống đỡ của cơ thể sẽ giảm mà hậu quả của nó là số người bị mắc các bệnh cảm cúm tăng lên, các bệnh mãn tính tiến triển mạnh.

Mặc dù các yếu tố vi khí hậu có sự dao động khá lớn nhưng cơ thể con người vẫn duy trì một thân nhiệt ổn định. Đó là do cơ chế điều hoà hoá học và lý học nằm dưới sự kiểm soát của hệ thần kinh trung ương. Điều hoà nhiệt bằng con đường hoá học được hiểu là khả năng của cơ thể có thể thay đổi cường độ trao đổi chất để cho lượng nhiệt được sinh ra tăng lên hay giảm đi. Điều hoà lý học được thực hiện nhờ co hoặc giãn các mạch máu ở trên bề mặt của da.

Nhiệt được sinh ra do toàn bộ cơ thể, nhưng một lượng nhiệt nhiều nhất được tạo ra ở gan và các cơ. Phụ thuộc vào trạng thái nhiệt độ của không khí, trao đổi cơ bản thay đổi trong một giới hạn rộng. Ví dụ, khi nhiệt độ môi trường xung quanh giảm (dưới 15o), sự sinh nhiệt gia tăng, ở nhiệt độ từ 15-25 độ C nhận thấy quá trình tạo nhiệt ổn định, từ 25-35 độ C thì ban đầu giảm sinh nhiệt còn sau đó tăng lên (khi nhiệt độ 35 độ Choặc cao hơn).

Sự sinh nhiệt cũng phụ thuộc vào cường độ và mức độ nặng nhọc của công việc. Ngoài ra nhiệt còn xâm nhập từ bên ngoài vào do bức xạ mặt trời, từ những vật bị nung nóng hoặc nhờ ăn thức ăn nóng.

Đồng thời với quá trình tích luỹ nhiệt trong cơ thể là quá trình toả nhiệt ra môi trường bên ngoài. Sự truyền nhiệt từ cơ thể ra môi trường bên ngoài được thực hiện bằng con đường bức xạ, dẫn nhiệt (đối lưu hoặc tiếp xúc), tiết mồ hôi và bay hơi ẩm trên bề mặt da. Truyền nhiệt bằng đối lưa diễn ra do đốt nóng không khí tiếp xúc với da. Truyền nhiệt qua tiếp xúc là hiện tượng cơ thể truyền nhiệt ra bề mặt của vật mà con người chạm vào. Mất nhiệt do bức xạ diễn ra khi có các vật ở xung quanh có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của da con người. Truyền nhiệt diễn ra nhờ sự bốc hơi mồ hôi từ bề mặt của da. Cuối cùng, có một lượng nhiệt không đáng kể được truyền vào môi trường cùng với không khí thở ra và các chất bị đào thải.

Lượng nhiệt mà cơ thể truyền ra môi trường phần lớn phụ thuộc vào đặc tính lý học của môi trường không khí. Ví dụ như  truyền nhiệt bằng con đường đối lưu tăng lên cùng với tăng tốc độ chuyển động của không khí, chênh lệch nhiệt độ giữa cơ thể và không khí, diện tích bề mặt của da. Khi chênh lệch nhiệt độ giảm, truyền nhiệt bằng con đường đối lưu cũng giảm, còn khi nhiệt độ là 35- 36 độ C và cao hơn thì sự truyền nhiệt đối lưu ngừng lại hoàn toàn. Tốc độ chuyển động của không khí có ảnh hưởng thực sự đến sự truyền nhiệt bằng con đường đối lưu.

Bề mặt da của con người là nguồn bức xạ nhiệt. Truyền nhiệt bằng con đường bức xạ của cơ thể con người diễn ra theo cơ chế chung đối với các nguồn nhiệt có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ không tuyệt đối (273oK). Trong đó lượng nhiệt bức xạ phụ thuộc vào nhiệt độ của các bức tường và các vật dụng xung quanh. Truyền nhiệt bức xạ phụ thuộc vào sự chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ cơ thể con người và nhiệt độ của các đồ vật xung quanh. Nếu như nhiệt độ của các đồ

vật bao quanh con người cao hơn 35oC thì truyền nhiệt bằng con đường bức xạ ngừng hẳn. Ngược lại sẽ có sự hấp thụ nhiệt của cơ thể. Sự rối loạn cân bằng bức xạ có thể dẫn đến việc cơ thể bị nóng hoặc lạnh. Khi chênh lệch nhiệt độ giữa cơ thể và môi trường gần bằng 0, hoặc trong trường hợp nhiệt độ môi trường cao hơn nhiệt độ cơ thể thì quá trình truyền nhiệt chủ yếu là nhờ bay hơi mồ hôi.

Cường độ bay hơi mồ hôi phụ thuộc vào độ ẩm của không khí và tốc độ chuyển động của nó, vì thế mà những yếu tố này xác định hệ số thoát ẩm. Ví dụ, khi nhiệt độ không khí cao hơn 35oC và độ ẩm vừa phải thì mất nước do bay hơi có thể đạt đến 5 lít, còn khi nhiệt độ cao hơn có thể mất đến 10 lít nước trong một ngày. Khi bay hơi 1 gam hơi nước thì lượng nhiệt mất đi khoảng 2,51Kj (0,6Kcalo)

Nghiên cứu tác động tổng hợp của nhiều yếu tố đối với cơ thể phép chúng ta xác định được giá trị tối ưu của chúng đối với môi trường sống: nhiệt độ từ 18- 20 độ C, độ ẩm 40-60% và tốc độ chuyển động của không khí từ 0,1-0,2m/s.