XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

«Мойка воздуха» – создание благоприятного микроклимата дома

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Лактионов В.В. 1

---

1МАОУ "Лицей №97 г. Челябинска"

Сигута Н.Н. 1

---

1МАОУ Лицей №97 г. Челябинска

Работа в формате PDF

1.8 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

1. ВВЕДЕНИЕ

В современном мире, учитывая интенсивное развитие промышленности и постоянный рост объемов производства добывающих и перерабатывающих предприятий, остро встает вопрос ухудшения среды обитания человека и животных.

Челябинская область также не является исключением, так как в ней сосредоточено большое количество добывающих, металлургических и машиностроительных предприятий. Так по итогам 2021 года в регионе зафиксировано 467,1 млн тонн выбросов загрязняющих веществ [1]. Кроме того, существенное воздействие на воздух оказывает автомобильный транспорт, так выбросы вредных веществ по Уральскому региону за год составляют около 406,4 тон, и подсчитано, что в среднем на одного проживающего человека приходится по 32,9 тонн [2].

По расчетам ученых здоровье и долголетие современного человека на 10% зависит от здравоохранения, на 20% - от генетики, на 20% - от экологии и состояния окружающей среды, на 60% - от образа и стиля жизни [3].

Актуальность моей работы заключается в том, что современный человек очень много времени проводит в помещении. На здоровье человека большое влияние оказывает качество воздуха. Моя мама регулярно протирает пыль с поверхностей, моет пол в квартире, стирает шторы, так как на них оседает много пыли. То есть проводит влажную уборку помещения. Так я задумался, а можно ли помыть воздух? Можно ли создать прибор, для того чтобы помыть воздух в офисе или жилом помещении?

Гипотеза: улучшить среду обитания в помещении можно, если выполнять очистку и увлажнение воздуха, или кратко «мойка воздуха».

Объект исследования – улучшение среды обитания человека в помещении, а предмет исследования – прибор для «мойки воздуха».

Целью моего проекта стало создание прибора для «мойки воздуха».

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- изучить литературу по данной теме;

- изучить условия необходимые для оптимального существования человека;

- изготовить прибор «мойку воздуха»;

- провести испытания прибора;

- проанализировать исследования результатов работы прибора - «мойки воздуха».

В ходе выполнения проекта была изучена литература и источники информации в интернете, статьи про здоровье человека, об оптимальных условиях среды для человека, способах очистки и увлажнения воздуха.

2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.1. ОПИСАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО МИКРОКЛИМАТА ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА В ЖИЛОМ ПОМЕЩЕНИИ

В современном мире люди большую часть времени проводят в помещениях – классе, офисе, квартире. Создание комфортных условий в местах нахождения человека – залог нашего здоровья. Наличие в воздухе загрязняющих факторов, таких как промышленных выбросов предприятий, выхлопных газов автотранспорта, пыли от бытовых вещей приводит к уменьшению работоспособности и разным формам заболеваний [4]. Еще одним важным фактором создания благоприятной среды обитания и для нормального самочувствия человека является влажность воздуха. Зимой и летом во время работы центрального отопления или кондиционеров, воздух содержит слишком мало влаги.

Существует межгосударственный стандарт ГОСТ 30494-2011 [5], устанавливающий строительные требования к микроклимату общественных и жилых зданий. Этот ГОСТ определяет микроклимат помещения как «состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на человека». Внутренняя среда – это, по большей части, воздух внутри помещения. Недаром далее следует уточнение, что микроклимат помещения характеризуется в основном температурой, влажностью и подвижностью воздуха.

Микроклимат, в самом деле, оказывает прямое воздействие на человека. Если он хороший («оптимальный», как выражается строгий ГОСТ), то человек испытывает ощущение комфорта, а организм не тратит силы на адаптацию к внешним условиям. Например, хороший микроклимат исключает жару, при которой человеческому телу пришлось бы активизировать механизмы теплорегуляции.

Микроклимат жилых и общественных зданий складывается из многих параметров, но первоочередными будут:

температура воздуха;

влажность воздуха;

чистота воздуха;

свежесть воздуха.

Требования. Рекомендуемая для человека влажность – 40-60%. Превышение этой отметки – уже сырость, которая чревата порчей имущества и появлением плесени. Влажность ниже указанной может негативно воздействовать на самочувствие: Вы можете почувствовать сухость в горле, глазах. При этом, дети нуждаются в более влажном воздухе, чем взрослые. Влажность можно измерить бытовым гигрометром или домашней метеостанцией.

Для замера влажности воздуха и температуры в нашем случае я попросил родителей приобрести специальный прибор – электронный термометр / гигрометр, Модель - HYT005 (Приложение I).

Рекомендуемая влажность воздуха в квартире в тёплый период.

Тёплый период года, согласно всё тому же межгосударственному стандарту, характеризуется среднесуточной температурой внешней среды не менее +8°C. Для помещений с постоянным пребыванием людей оптимальная температура помещения должна быть в пределах +22…+24°C. Допустимая в пределах значений +19…+27°C. При этом относительная влажность 60 - 30%, допустимая 60%.

Какая должна быть влажность в квартире зимой.

В зимнее время года любое жилое помещение отапливается. В северных районах страны особенно интенсивно из-за сильных морозов. Тепло от радиаторов или пола с подогревом высушивает воздух. Это можно определить довольно просто – пересыхание слизистой носа и носоглотки, особенно это заметно после сна. Именно эти факторы ведут не только к дискомфорту, но и повышенному риску заболеванием ОРЗ.

Во сне мы более уязвимы, поэтому увлажнять воздух лучше всего на ночь или вечером.

Оптимальной температурой для полноценного проживания считается +18…+24°C. Нормальная влажность воздуха в квартире должна быть 45 - 55%. Максимально допустимая – 60%.

Какая влажность должна быть в комнате ребёнка.

Детская мало чем отличается по уровню влажности в доме или квартире. По нормам, температура такая же, как и для обычной комнаты, чтобы воздух зимой не понижался ниже +18°C и не повышался выше +20°C. Влажность – 40 - 60%.

Чистота воздуха.

Воздух в квартире содержит загрязнения из различных источников. Во-первых, это частицы, поступающие в помещение снаружи – через открытые окна или систему вентиляции без очистки. Это может быть, как пыль и пыльца, так и выхлопные газы, и заводские выбросы. Во-вторых, это испарения от мебели, отделочных материалов, предметов. Нередко в воздухе квартир можно обнаружить формальдегид. В-третьих, это биологические загрязнения от людей – так называемые антропотоксины. Организм человека выделяет ацетон, аммиак, фенолы, амины, углекислый газ CO2. Разумеется, приведенные категории загрязнителей отличаются по степени опасности. Скажем, концентрированные выбросы сероводорода с соседнего завода причинят больше вреда, чем любой из антропотоксинов. В любом случае, хороший микроклимат в квартире подразумевает минимальное содержание загрязнителей в воздухе.

Для определения чистоты воздуха требуются дорогостоящие специализированные устройства, в моем случае я решил провести исследование степени очистки воздуха путем исследования воды под микроскопом, послужившей при «мойке» воздуха.

2.2. СОЗДАНИЕ ПРИБОРА «МОЙКА ВОЗДУХА»

Для того, чтобы осуществить «мойку воздуха», разработал свой прибор, работающий от электричества.

Прежде чем приступить к изготовлению прибора, передо мной встала проблема. Как сделать прибор небольших размеров, при этом обеспечив эффективную производительность работы и увеличить площадь поверхности для испарения воды. Также необходимости автоматической подачи воды в прибор, так как при интенсивном испарении вода быстро заканчивается.

«Мойка воздуха» состоит из следующих частей:

1. Корпус прибора (Приложение IV).

Состоит из двух емкостей, образующих нижнюю часть (резервуар) и верхнюю часть, со встроенным вентялятором. К нижней части, также относится отсек с электрокомпонентами. К электрокомпонентам относятся мотор-редуктор, блок питания.

2. Электрокомпоненты.

2.1. Вентилятор для подачи воздуха (Приложение IV).

Вентилятор выбрал с достаточной производительностью работы – 2,72 куб. м/мин, с рабочим напряжением 12 Вольт, с подшипником качения, размерами 120 х 120 мм.

2.2. Мотор-редуктор (Приложение II).

Представляет собой электродвигатель с редуктором, за счет которого понижается скорость вращения вала. Согласно паспортным данным, скорость вращения мотор-редуктора составляет 9 оборотов в минуту.

2.3. Блок питания (Приложение II).

Преобразует напряжение 220 Вольт в 12 Вольт, и обеспечивает работу вентилятора и мотор-редуктора.

3. Ось вращения с дисками (Приложение IV).

На ось вращения передается крутящий момент через зубчатую передачу от мотор-редуктора. На ось надеты девять (9) дисков диаметром 180 мм.

4. Система автоматической подачи воды (Приложение V).

Предназначена для обеспечения постоянной подачи воды в резервуар «мойки-воздуха», так как происходит интенсивное испарение воды. Вода подается через шланг диаметром 6 мм, через поплавковый клапан, который предотвращает, перелив воды.

5. Принцип работы «мойки-воздуха».

Воздух из помещения подается во внутрь прибора посредством вентилятора. В резервуаре «мойки-воздуха» находится вода. Завлекаемый воздух с частицами загрязнения попадает на поверхность воды, а также на стенки дисков и прилипают, тем самым остаются в воде. Диски все время вращаются, нижняя часть которых намокает и очищается от прилипших частиц загрязнения в воде. Очищенный (помытый) и увлажненные воздух выходит из прибора через два вентиляционных отверстия. Периодически, по мере загрязнения воды в «мойке-воздуха», необходимо производить очистку прибора и замену воды.

2.3. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ ПРИБОРА «МОЙКА ВОЗДУХА»

После сборки прибора «Мойка воздуха» (Приложение VI) провел испытание в моей комнате с площадью – 12 квадратных метров. Температура воздуха на 30 августа 2022 г. в 9 часов утра составляла 16 градусов Цельсия.

Относительная влажность воздуха – 35 процентов. Наблюдения оформим в виде таблицы.(Приложение VII)

Относительная влажность в моей комнате на седьмой день испытаний стала соответствовать норме. По своим ощущениям я заметил, что дышать стало легче. После сна нет сухости во рту и носу. На поверхностях мебели не собирается пыль. По визуальному наблюдению, вода в «мойке воздуха» стала грязной.

Также провел исследование воды из «мойки воздуха». Для начала использованную воду из прибора профильтровали через марлю, и на остатки загрязнения посмотрел под микроскопом. Как видим по фотографии (Приложение VIII), в воде находится множество различных частиц и пыли.

Согласно источнику [6], пыль — это твердые частицы размером от 10 до 0,01 микрона. Пылинки размером менее 10 мкм постоянно плавают в воздухе, частицы от 10 до 50 мкм оседают постепенно, а более крупные — осаждаются практически сразу.

Домашняя пыль может содержать шерсть и перхоть домашних животных, фрагменты перьев, частицы насекомых, волос и кожи человека, споры плесневых грибов, нейлон, стекловолокно, песок, частицы тканей и бумаги, мельчайшие фрагменты материалов, из которых сделаны стены, мебель и предметы обихода. Но основную — до 80% — и наиболее вредоносную часть домашней пыли составляют микроскопические пылевые клещи.

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Поработав над этой темой, можно сделать следующие выводы, что невидимый нами воздух, которым мы дышим и к которому мы привыкли, может содержать в себе большое количество загрязнений. Кроме того, один из параметров характеристики воздуха, как относительная влажность воздуха, имеют большое значение для терморегуляции организма. Сухой и влажный воздух приводит к ослаблению иммунной системы человека в целом. При низкой влажности воздуха происходит быстрое испарение влаги с поверхности слизистых оболочек носа, гортани, легких, что приводит к кашлю, хрипоте, увеличивается риск подхватить респираторную инфекцию и ухудшению состояния в целом.

Работа прибора «мойки-воздуха» показала, что он отлично справляется с поставленной задачей. Воздух в помещении значительно стал чище, о чем говорит отсутствие пыли на поверхностях в помещение, а также наличие задержанных загрязнений в воде «мойки-воздуха». В период проведения испытания относительная влажность воздуха находилась в пределах рекомендуемых значений, о чем свидетельствуют показания прибора гигрометра. Учитывая вышесказанное, планирую данный прибор использовать и в дальнейшем.

Кроме того, можно сделать вывод, что при относительно не больших затратах на комплектующие запчасти «мойки-воздуха» (по нашим расчетам прибор обошелся по стоимости в 2 200 руб.), можно сделать вполне качественный и производительный климатический прибор, не уступающий по своей работе заводским фирменным импортным аналогам.

Считаю, что поставленные передо мной задачи были выполнены.

Цель проекта достигнута.

4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Из чего состоит домашняя пыль? / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.vokrugsveta.ru/articles/iz-chego-sostoit-domashnyaya-pyl-id682367/.

2. Международный стандарт. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/1200095053.

3. Норма влажности воздуха в квартире: как поддерживать оптимальные показатели и чем опасен для человека сухой воздух в помещении / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://news.rambler.ru/weather/40601775-norma-vlazhnosti-vozduha-v-kvartire-kak-podderzhivat-optimalnye-pokazateli-i-chem-opasen-dlya-cheloveka-suhoy-vozduh-v-pomeschenii/.

4. Области России с наибольшим количеством выбросов от машин / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://zen.yandex.ru/media/id/60c33416f55260159843b217/oblasti-rossii-s-naibolshim-kolichestvom-vybrosov-ot-mashin-60c9be6e53530700cd517f98.

5. Федеральное бюджетное учреждение здравоохранения «Центр гигиенического образования населения». От чего зависит продолжительность здоровой жизни / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://cgon.rospotrebnadzor.ru/content/62/567#.

6. Челябинская область не попала в число регионов-лидеров по промышленным выбросам / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://chel.dk.ru/news/237169030.

Приложение I

Электронный термометр / гигрометр, Модель - HYT005

Приложение II

Мотор-редуктор Блок питания

Приложение III

Процесс сборки мойки-воздуха

Приложение IV

Корпус мойки воздуха

Приложение V

Система автоматической подачи воды

Приложение VI

Мойка-воздуха в сборе

Приложение VII

Таблица наблюдений №1

Приложение VIII

Исследование воды под микроскопом