IV Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЙ ДОМ.
Караваева Д.И., Глухов Д.А.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

В современном мире остро встает вопрос об экологической безопасности жилища. Ведь жилье должно быть безопасным, как для его обитателей, так и для окружающей среды. Несмотря на важность данного вопроса – мало, кто действительно задумывается над ним: из чего строить жилье и от чего его защищать. Испокон веков люди строили свое жилище из самых разнообразных материалов, но в наше время окружающая среда намного агрессивней, поэтому требуются более современные средства защиты, опирающиеся на опыт предыдущих поколений. Однако постройка дома из эко материалов - это лишь первый шаг на пути к экологически чистому дому будущего. Нужно защищать его еще и внутри, чистый воздух в доме – залог здоровья его обитателей. Для этого требуется уделять внимание чистоте жилища, обновлению и очистке воздуха внутри него. Так стоит задуматься о предотвращении многих экологических проблем в будущем, используя зеленую энергию и снижение отходов жизнедеятельности. Тема EXPO этого года «Энергия будущего» воодушевила многих на создание экологически чистых домов.

Актуальность. С развитием науки и техники возникают новые пути наиболее рационального использования природных богатств страны.

В настоящее время, проблема создания дешевого и экологичного жилья была и остается объектом исследований и инноваций. Экодома можно строить в любой местности с самым разным климатом. Главное - грамотно использовать энергосберегающие технологии на всех этапах: от производства материалов для строительства такого дома до каждодневной его эксплуатации.

Цель: доказать преимущества проекта экологического дома.

Задачи:

- собрать и изучить литературные источники о видах «Экодома»;

- рассмотреть положительные и отрицательные стороны «Экодома», его конструкцию и обеспечения его теплом и энергией;

- изучить влияние пыли на здоровье человека;

- изучить роль растений в экосистеме дома;

-ознакомиться с методами вторичного производства отходов, изучение шумоизоляции и вентиляции.

Гипотеза: Полученный проект «Экодома» может использоваться в строительстве в качестве дачных домиков.

Методы исследования: анализ литературы по теме исследования, визуальные наблюдения и химические исследования.

Практическая значимость: результаты наших исследований можно использовать для планировки экологического жилья будущего.

1. Основные виды и принципы строительства экодома

  1.  
    1. Основные принципы устройства экодомов

1. Природное окружение. Дом «правильно» вписан в окружающий ландшафт, то есть учитывает природные явления (восход, закат солнца и т.д.).

2. Энергоэффективность. Использование энергосберегающих бытовых приборов и инженерных систем.

3. Минимальные энергопотери. Применение новых строительных технологий, улучшенная теплоизоляция. Улучшение системы вентиляции, на которой обычно теряется 1/3 тепла.

4. Использование сложных инженерных систем с единой системой управления. Применение современной высокотехнологичной продукции и продукции, использующей природные элементы - солнечные батареи, тепловые насосы и т.д.

5. Пониженный уровень безопасности воздействия приборов, инженерных сетей на обитателей дома.

6. Применение новой концепции отопления, ведущую роль в которой играет система терморегулирования. Использование «бесплатных» источников тепла (солнечное тепло, тепло бытовых приборов и т. д.).

7. Экологический стиль элементов интерьера и бытовых приборов. Возможность последующей переработки материалов [4].

1.2. Характеристика положительных и отрицательных сторон экодомов

Авторы проекта провели сравнительную характеристику самых распространенных видов частных домов в мире, полученные результаты записали в таблицу 1 [7].

Из таблицы видно, что по соотношению плюсов и минусов, каменный дом является самым практичным из всех представленных в нашем регионе.

Таблица - 1 Характеристика положительных и отрицательных сторон экодомов

характеристики

Соломенный (прил. 1)

Саманный (прил. 2)

Деревянный (прил. 3)

Каркасный (прил. 4)

Каменный (прил. 5)

влагоустойчивость

-

-

+

-

+

сейсмоустойчивость

-

-

-+

-

+

стоимость

+

+

-

+

-

долговечность

-

-

-+

-

+

вредители

+

+

+

+

-

внешний вид

-

-

+

+

+

огнестойкость

-

+

-

-

+

время на строительство

-

-

+

+

+

температурный режим

+

+

+

-

-

вентиляция

+

-

+

-

+

звукоизоляция

-

+

+

-

+

1.3. Обеспечение дома теплом и энергией

Дома отапливаются с помощью различных способов, и чтобы выяснить, какой из способов подходит нашему дому, мы составили таблицу 2, которая показывает, какое отопление подойдет больше для нашего дома.

На основании данных Таблицы - 2, делаем вывод, что водяное отопление будет самым оптимальным решением.

Таблица - 2 Характеристика видов отопления

Характеристики

Водяное

Воздушное

Электри-ческое

Радиа-торное

Газовое

Стоимость

-

+

-

+

-

Бесшумность

+

-

+

-

+

Независимость от включения

+

-

+

-

+

Равномерное распределение тепла

+

-

+

-

+

Долговечность

+

+

-

-

+

Регуляция температуры

+

+

+

+

-

Простота

-

+

+

-

-

Утечка

+

-

-

-

+

Экологичность

+

+

+

-

-

Чтобы узнать количество солнечных батарей, необходимое для обеспечения дома, авторы рассчитали среднее потребление электрической энергии приборами в доме внутри и снаружи (Таблица - 3) [6].

Таблица – 3 Расчет потребления энергии электроприборов

Название

Мощность, Вт/ч

Время работы, ч

Итоговое потребление, кВт/ч

Лампа энергосберегающая (30)

360

8

86,4

Холодильник

188

24

135,36

Компьютер

75

8

18

Телевизор

700

3

63

Стиральная машина

1500

1

45

Пылесос

800

1

24

Фен

600

0,5

9

Утюг

1000

0,4

12

Микроволновка

1000

0,5

15

Электрочайник

2000

1

60

Электроплита

3500

3

315

Монитор

55

8

13,2

   

Итого

795,96

Из этих расчетов следует, что 2 м2 солнечных батарей полностью покроет потребление одноэтажного дома средних размеров (10х10 м).

2. Обзор литературных источников о механических и биологических факторах

2.1. Влияние пыли на здоровье человека

Из химических загрязнителей воздуха можно выделить углекислый и угарный газы, которые чаще всего наблюдаются в помещениях.

Углекислый газ образуется в результате окислительно-восстановительных свойств, протекающих в организме людей и животных, горения топлива, гниения органических веществ, в результате содержание углекислого газа в атмосфере непрерывно повышается, что обуславливает, в числе других факторов, потепление климата (парниковый эффект).

Количество углекислого газа в атмосфере колеблется от 0,03 до 0,04%. В воздухе городов концентрация углекислого газа увеличивается за счет промышленных выбросов до 0,045%, в жилых помещениях до 0,06-0,8%. Взрослый человек в покое выделяет в среднем 22 л углекислоты в час, а при физической работе в 2-3 раза больше. Гигиенической нормой содержания углекислого газа в воздухе жилых домов считается концентрация 0,1%.

Угарный газ обладает повышенным сродством к гемоглобину крови, которое в 200-300 раз превышает сродство гемоглобина к кислороду. При отравлении угарным газом в тканях возникает кислородное голодание.

Наибольшую угрозу для человека представляют формальдегид, фенол, бензол, оксиды азота, ацетон, аммиак, стирол. Источниками этих химических веществ служат строительные и отделочные материалы, бытовая химия.

Большинство из перечисленных веществ способны накапливаться в организме человека, обладают аллергенной, мутагенной и канцерогенной активностью.

Механические примеси воздуха

Механическими примесями являются пыль, частицы почвы, дыма, золы, сажи. Пыль представляет собой легкие плотные частицы минерального или органического происхождения.

Запыленность возрастает при недостаточном озеленении территории, неблагоустроенных подъездных путях, нарушении сбора и вывоза отходов производства, а также при нарушении санитарного режима уборки помещений (использование сухих веников для подметания пола, нерегулярная влажная уборка и др.). Кроме того, запыленность помещений увеличивается при нарушениях в устройстве и эксплуатации вентиляции.

Запыленность воздуха – важнейший экологический фактор, сопровождающий нас повсюду. Пылью считаются любые твёрдые частицы, взвешенные в воздухе. Безвредной пыли не существует. Экологическая опасность пыли для человека определяется их природой и концентрацией в воздухе. Пыли можно подразделить на две большие группы:

Мелкодисперсная пыль, состоящая из лёгких и подвижных частиц размером до нескольких десятков и сотен микрон. Такая пыль может находиться в воздухе длительное время. Она попадает с воздухом в лёгкие при дыхании, может накапливаться в организме.

Крупнодисперсная пыль, состоящая из тяжёлых и малоподвижных частиц, образуя пылевое отложение. Отложение пыли является источниками вторичного загрязнения воздуха.

Наиболее токсичны пыли, содержащие сложные белковые молекулы и простейшие организмы, например, пыль белково-витаминного концентрата, пыль хитинового покрова отмерших бытовых насекомых: мух, тараканов, муравьев и т.д. Такие пылинки вызывают аллергические заболевания. Очень важно уметь оценивать качество воздуха по содержанию в нём пыли, зная ее разнообразие и представляя экологическую опасность.

Специалисты измерили, что за сутки мы вдыхаем вместе с воздухом в среднем около двух столовых ложек пыли. По информации института иммунологии, каждый третий житель подвержен аллергии. От бронхиальной астмы страдает 12% населения. По прогнозам, в ближайшие годы эти показатели будут увеличиваться [9].

Для борьбы с запыленностью в жилых, общественных зданиях, спортивных залах следует проводить регулярно влажную уборку.

Проветривание помещений нужно делать после уборки, а не во время нее, чтобы пыль не рассеивалась. Необходимо принимать меры против занесения пыли с улицы в помещение с обувью и верхней одеждой.

Биологические факторы

Воздушная среда малопригодна для размножения микробов из-за отсутствия в ней питательных веществ, наличия губительных для многих бактерий солнечных лучей. Поэтому загрязнённость микроорганизмами воздушной среды обычно относительно невелика. Однако воздух городских зон и мест скопления людей, особенно промышленных центров, характеризуется повышенной запылённостью. Именно пылевая частица, как правило, является благоприятной средой для жизнедеятельности микроорганизмов и их колоний. В атмосферном воздухе обнаруживается до 383 видов бактерий и 28 родов микроскопических грибов, что обусловлено многообразием источников воздушного загрязнения, которыми являются человек, дикие и домашние животные, растительные организмы, почвенный покров. Далеко не все микроорганизмы являются патогенными.

Микробы имеют свойство размножаться при попадании в питательную среду, причем из одного микроорганизма, при определённых условиях, вырастает колония, в которой могут быть многие тысячи микробов. Такая колония хорошо видна невооружённым глазом.

В воздухе помещений содержится много микроорганизмов, которые могут стать источником заражения людей и пищевых продуктов. Воздух закрытых помещений считается чистым, если количество микроорганизмов в 1 м3 не превышает 1500.

Бактериальное загрязнение воздуха представляет опасность в эпидемиологическом плане. В воздухе находятся различные микроорганизмы: бактерии, вирусы, плесневые грибки, дрожжевые клетки. Самый распространенный способ передачи инфекции – воздушно-капельный. Например, при кашле и чихании мельчайшие капельки разбрызгиваются на расстояние 1-1,5 м и с воздухом распространяются на 8-9 м. Эти капельки находятся во взвешенном состоянии до нескольких часов, а потом оседают. В пыли вирус гриппа сохраняет жизнеспособность 120-150 дней. Существует взаимосвязь: чем больше пыли в воздухе помещений, тем больше в нем содержится различных микроорганизмов.

В жилых помещениях бактериальная загрязненность воздуха может быть значительной. Количество микробов в воздухе помещений является одним из главных критериев оценки его гигиенического состояния.

2.2. Влияние зеленых растений на состояние воздуха

На протяжении всей истории человеческого общества, растения всегда украшали жизнь людей. Комнатные растения - не просто деталь интерьера, украшающая наш дом, они радуют наш глаз, напоминают о великолепии весны, впечатляют своими живыми и сочными красками.

В настоящее время комнатное растениеводство – отрасль садоводства, т.е. выращивание декоративных растений в горшках для украшения помещений. В жизни современного человека комнатные растения имеют большое значение. Общеизвестно сильное эмоциональное и эстетическое воздействие умело подобранных и размещенных в помещении растений.

Комнатные растения способствуют звукопоглощению, увлажняют воздух, насыщают его кислородом и очищают от вредных примесей, играют важную санитарно-гигиеническую роль: растения очищают воздух от избытков углекислого газа, пыли и других вредных веществ. Поэтому у людей, проводящих долгое время в закрытых помещениях, всё чаще появляется чувство тошноты, аллергии, катара верхних дыхательных путей. Начало изучению свойств растений в качестве природных фильтров положили еще эксперименты ученых NASA 1989 года. Исследователи помещали различные виды комнатных растений в камеры, заполненные летучими соединениями, такими как бензол, формальдегид и трихлорэтилен. Оказалось, что многие распространенные виды домашней флоры активно поглощают и связывают эти опасные для человеческого здоровья соединения. Поэтому выращивать в квартире растения не только красиво, но и полезно. Желательно иметь хотя бы одно небольшое растение на 5 м площади жилого помещения или одно крупное на 10 м. Наиболее активно очищают воздух в доме такие растения: хлорофитум, фикус, диффенбахия, сансевиерия (тещин язык), драцена, спатифиллум, плющ (Хедера), пеларгония, эпипремнум золотистый (Сциндапсус золотистый).

Но важно не забывать о растениях, которые должны расти во дворе дома. Наиболее эффективно защищают от пыли: газон и живая изгородь из высоких кустарников. Согласно исследованиям, самыми эффективными считаются: лох узколистный, скумпия коггиргия, сумах уксусный, облепиха, калина гордовина и вечнозеленая, дейция шершавая, жимолость с красноватыми листьями и др. [1, 2]. Хорошо задерживают пыль кроны плодовых и декоративных деревьев.

В плане поглощения шума полезны высокие полосы лиственных и хвойных древесных пород, включая кустарники. Помимо всего прочего, растения наполняют воздух отрицательно заряженными ионами, что улучшает кровообращение, нормализует давление, способствует регуляции дыхания, снятию усталости, повышению интенсивности процесса обмена веществ и активизации защитных систем организма.

3. Практические рекомендации по совершенствованию эксплуатации экодома

3.1. Сортировка отходов

Проблема сортировки мусора на данный момент времени очень актуальна. Разделение мусора делается для того, чтобы избежать смешивание разных типов мусора и загрязнения окружающей среды. Разделение мусора помогает предотвратить разложение мусора, его гниение и горение на свалках. Данный процесс позволяет подарить отходам «вторую жизнь», как правило благодаря вторичному использованию и переработке. В результате, уменьшается вредное влияние на окружающую среду.

Поэтому для классификации мусора предлагается следующая таблица - 4, в которой будет отражена возможность переработки мусора в будущем.

Таблица – 4 Цвета мусорных баков для распределения мусора

Цвет

Тип отходов

Возможность переработки

Зелёный

Стекло (бутылки, стаканы)

Есть

Синий

Газеты, журналы и другие печатные издания

Есть

Жёлтый

Картон, пустые картонные упаковки

Есть

Чёрный

Органические остатки, пищевые отходы (например: компост)

Есть

Коричневый

Опасные отходы (батарейки)

Есть

Оранжевый

Пластиковые бутылки и пластиковые упаковки

Есть

В последствие отходы будут увозить на переработку и использовать вторично.

3.2 Циркуляция воздуха в доме и шумоизоляция

Циркуляция воздуха

Вентиляция дома многими людьми оставляется без внимания, однако на самом деле это не считается правильным, поскольку именно от нее зависит комфортность жизни. Современный человек должен всегда находиться в таких условиях, которые будут благоприятным для него и его организма, самочувствия и работоспособности [3].

Первоначально важно выделить основные функции данной системы, к которым относится:

1. Поддержание в различных помещениях оптимальной влажности и температуры;

2. Устранение из комнат различных примесей или загрязнений, содержащихся в воздухе;

3. Обновление воздуха, что положительно сказывается на работе всех внутренних систем организма человека;

Постоянный приток свежего воздуха, а если вентиляция будет качественной и надежной, то этот воздух перед подачей в помещение может быть нагрет до оптимальной температуры или может быть очищен от всех вредных и ненужных компонентов [3].

Таким образом, вентиляция в доме является невероятно важной и нужной. Заниматься ее формированием можно даже своими руками, однако, здесь важно много внимания уделить качественным расчетам, чтобы получить действительно эффективную работу. Для этого изначально формируется специальная схема будущей системы с учетом площади помещения и места размещения системы вентиляции. Также важно определиться с видом системы, поскольку она может быть представлена во многих разновидностях.

Основные виды вентиляционных систем

1. Естественная вентиляция в доме считалась относительно недавно единственно возможным вариантом для обновления воздуха в помещениях. Она предполагает периодическое проветривание помещений, для чего открываются либо форточки, либо окна. В таких помещениях, как ванная комната, в которых отсутствуют окна, создаются небольшие отверстия, причем на достаточно большом расстоянии друг от друга. Одно выполняет функцию вытяжки, а другое наоборот используется для притока воздуха в комнату. Такая система имеет как положительные, так и отрицательные параметры. Она легка в формировании, не требует существенных финансовых затрат при создании и использовании. Однако ее эффективность напрямую зависит от погодных условий на улице. Система не будет защищать помещения от холодного воздуха в зимнее время, что особенно неприемлемо для такого помещения, как ванная комната.

2. Принудительная вентиляция сегодня считается самой популярной. Для ее создания могут применяться различные небольшие вентиляторы или целостные установки, которые могут быть даже канальными, в результате чего можно обеспечить эффективный воздухообмен во всех комнатах строения. Данное устройство вентиляции будет требовать определенных финансовых трат, причем лучше всего сразу приобрести дорогостоящее и надежное оборудование, которое будет справляться с основными задачами и дополнительно может обогревать ионизировать и очищать воздух.

3. Комбинированная система обычно создается в сочетании естественной вентиляции с принудительной системой. При этом можно самостоятельно решить, каким образом будет поступать свежий воздух, а каким отводиться отработанный [3].

Поскольку в доме требуется обновлять большой объем воздуха, следовательно, необходимо использовать комбинированную систему вентиляции, за счет ее наибольшей эффективности.

Шумоизоляция

Мы подобрали территорию, которая бы подошла для «Экодома».

Предполагаемая территория «Экодома» (г. Алматы) [8].

Данная территория экологически благоприятна для «Экодома», и одним из факторов благоприятности является низкий уровень шума, который очень важен для физического и психологического здоровья человека. Для сравнения уровня шума мы использовали мобильное приложение «Шумомер» и записали данные, которые измеряли внутри помещения и снаружи (таблица 5).

Таблица - 5 Уровни шума в различной местности.

Место

Уровень шума внутри, Дб

Уровень шума снаружи, Дб

«Экодом»

40-50

50-60

НУ «Школа «Престиж»

70-80

80-90

Жилое помещение

60-70

70-80

Также чтобы усилить шумоизоляцию помещения, нужно использовать качественные оконные рамы и хорошие шумоизолирующие материалы.

Заключение

Существует множество способов сделать дом экологическим, начиная с постройки и заканчивая жизнью в нем. Нужно подобрать правильные экологичные материалы, безопасное устройство дома. Для улучшения санитарно-гигиенического состояния необходимо проводить регулярную влажную уборку в доме, высаживать комнатные растения и интегрировать в дом источники зеленой энергии. Таким образом, станет возможным улучшить экологическую ситуацию.

Основные выводы по работе:

1) Экологически чистый дом может быть построен из вышеперечисленных материалов. По нашим исследованиям по соотношению плюсов и минусов, так же учитывая местные условия: наиболее оптимальным является каменный дом.

2) Дом можно полностью обеспечить энергией с помощью солнечных батарей небольшой площади, а наиболее оптимальным решением для отопления дома являются водяная система отопления.

3) В каждой комнате должна проводиться регулярная влажная уборка и проветривание, чтобы в комнате не скапливалась пыль и бактерии, которые отрицательно влияют на организм человека, вызывая различные заболевания.

4) Растения являются естественными ионизаторами. Растения, произрастающие рядом с домом и внутри него, очищают воздух от вредных примесей и организмов, что положительно влияет на здоровье человека.

5) 1. Почти все отходы дома возможно переработать при правильной сортировке мусора.

2. Защита от шума является очень важным фактором для экологического благополучия.

Необходимости ввести экологическую комиссию в учреждения, которая сможет давать оценку экологичности жилья или любого другого учреждения. Таким образом, создание экодомов будет способствовать улучшению экологической обстановки в целом и здоровью людей.

Список использованных источников

  1. Сайт: https://leplants.ru/tsvetovodstvo/rasteniya-ochishchayushchie-vozduh-v-kvartire/

  2. Сайт: http://liidweb.com/node/2549

  3. Сайт: http://oventilyatsii.ru/ventilyaciya-doma.html

  4. Сайт: https://rodovid.me/tinyhome/8-principov-sozdaniya-ekodoma-arhitektura-antipotrebleniya.html

  5. Сайт: wikipedia.org

  6. Сайт: http://www.electricdom.ru/article16.htm

  7. Сайт: http://www.sovershenstvo-mysli.ru/sreda-obitaniya/ekodom-plyusy-i-minusy.html

  8. Сайт: https://www.google.ru/maps/@43.173048,76.9072052,333m/data= !3m1!1e3

  9. Сайт: http://clearsystem-spb.ru/faq/148/

Приложение

  1. Соломенный дом.

4. Каркасный дом.

2. Саманный дом

5. Каменный дом

3. Деревянный дом.

 

Рабочий процесс

Создание макета «Экодом»

Работа над созданием макета «Экодом»

Финальный макет