Жилой комплекс Звезда

XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Жилой комплекс Звезда

Степанов Н.Е. 1Вальчугов Д.В. 1Шпуров М.И. 1
1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"
Полиенко Д.В. 1
1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Экономическое и социальное развитие связано с большим потреблением энергии. Она необходима практически в каждой области нашей жизни. Даже простые с виду действия требуют расхода определенного количества энергии. Мир стоит на пороге беспрецедентного поворотного момента. Изменение климата — это реальная и неизбежная угроза благополучию, которого сегодня уже достигли многие и к которому стремятся и ради которого трудятся миллионы людей. Поэтому так необходимо обеспечить выживание наиболее уязвимых жителей планеты и защиту экосистем и биологического разнообразия. Климат меняется во многом вследствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания ископаемых видов топлива, хотя есть и другие важные причины. Чтобы остановить изменение климата, мы должны сократить потребление этих видов топлива, насыщенных углеродом. Возобновляемые источники энергии могут и должны стать центральным элементом этого плана.

Актуальность темы:

Преимущества возобновляемых источников энергии многочисленны и очевидны, однако столь же многочисленны и очевидны препятствия к их внедрению. Сложившиеся рыночные структуры, непонимание принципов действия новых технологий, основанных на возобновляемых источниках энергии, затрудненный доступ к финансированию и его высокая стоимость – все эти факторы сыграли свою роль в сдерживании использования возобновляемых источников энергии. К счастью, благодаря усердной работе предприятий данной отрасли, правительств, финансовых учреждений и регулирующих органов многие из этих препятствий преодолеваются.

Использование возобновляемых источников энергии постепенно входит в нашу жизнь, в частности, в сфере обслуживания жилых домов и инфраструктуры города. Ничто не омрачает жизнь так, как частые перебои с электроэнергией. С такой проблемой регулярно сталкиваются домовладельцы, которые живут в частном доме или коттедже. С точки зрения производительности, лидером по праву являются гидроэлектростанции. Однако несмотря на то, что ветрогенераторы для дома и вырабатывают меньше энергии, чем гидроэлектростанции, "топливо" для них есть везде. Ведь течение рек крайне медленное для работы гидростанции. А в районах с хорошими ветрами ветрогенератор отдаёт заметно большую мощность, чем солнечные батареи. Поэтому мы считаем, что для решения данной проблемы, ветрогенератор будет самым доступным и мощным из источников возобновляемой энергии!

Цель исследования: Использование ветра как возобновляемого источника энергии для функционирования жилого комплекса «Звезда».

Задачи исследования:

  1. Изучить виды возобновляемых источников энергии;

  2. Рассмотреть особенности ветряной энергии;

  3. Исследовать понятие умный город;

  4. Проанализировать ряд новых интерактивных детских площадок;

  5. Смоделировать и запрограммировать проект Жилого комплекса «Звезда».

В качестве источников информации мы использовали информационные сайты. При оформлении проекта мы брали идеи из большой книги «LEGO Идеи: новая жизнь старых деталей» [1], при конструировании движимых частей проекта нам помогли книги и методические пособия о простых и сложных механических передачах, подробно о зубчатых передачах [2], при создании программ мы руководствовались учебными пособиями по образовательной робототехнике [3].

Глава 1. Теоретическая часть материала по теме исследования

    1. Виды возобновляемых источников энергии.

Источники энергии — это встречающиеся в природе вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую для существования энергию. Альтернативный источник энергии является возобновляемым ресурсом, он заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, способствующий росту парникового эффекта и глобальному потеплению. Причина поиска альтернативных источников энергии состоит в потребности получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Так же во внимание может браться экологичность и экономичность [4].

Ветровую энергию используют давно. Ветрогенераторы представляет собой систему лопастей, которые соединены с генератором через редуктор или напрямую. Максимальной энергии ветрогенераторы достигают на высоте более 15 метров. Современные разработки формы лопастей приспособили ветрогенераторы под все условия эксплуатации и движения воздуха: тихоходные, быстроходные и роторные.

Альтернативная энергетика представлена также биотопливом. В качестве источника энергии биотоплива служат органические отходы животного или растительного происхождения.

Наибольшей популярностью на сегодняшний день пользуются солнечные коллекторы, то есть гелиоэнергетика. Солнечная энергия один из самых перспективных источников неиссякаемой энергии. За год на поверхность земли попадает солнечного излучения в 30 000 раз больше, чем годовое потребление электроэнергии всем населением планеты. Производители совершенствуют и создают более новые и универсальные модели гелиосистем. Ученые выяснили, что на квадратный метр приходится около 300 Вт в сутки энергии Солнца. Расчет имеет смысл в тех местах, где солнечные лучи имеют максимальные потоки [5].

    1. Особенности ветряной энергии.

С давних времен люди старались использовать для своих нужд силу ветра. На основании фресков, обнаруженных в гробницах фараонов, стало известно, что уже 5000 лет до н.э. Египтяне использовали энергию ветра для передвижения лодок. Интересным решением, применяемым еще древними цивилизациями Дальнего Востока, были механизмы водокачки с использованием ветряной энергии. Эти механизмы можно назвать первыми ветрогенераторами. С течением времени ветрогенераторы становились все более распространенными. В Индии использовали их для транспортировки воды, в Китае для орошения обрабатываемых полей. В то же время, изобретателями ветрогенераторов для помола зерна (мельниц) считаются персы. Их мельницы имели крылья, движущиеся в горизонтальной плоскости на вертикальной турбине. Первая мельница в европейском государстве появилась во Франции в XII веке. Не прошло и ста лет, как мельницы стали популярны по всей Европе. Сперва европейцы строили мельницы по принципу деревянная будка с прикреплёнными крыльями. Такая будка прикреплялась к столбу и вращалась, чтобы установить крылья против ветра. После недолгого кризиса мельниц, связанного с появлением парового и электрического двигателей для производства муки или водокачки, пришло их возрождение. Замечено, что энергия ветра может стать источником электрической энергии.

Ветрогенератор – это один из основных источников возобновляемой энергии (Рисунок 1.2.1 Приложения). Прототипом ветровой турбины, механизма заменяющего энергию ветра в механическую энергию (которая далее превращается в электрическую энергию) стала конструкция, придуманная в 1988 году американцем Чарльзом Ф. Брашем, диаметром 17 метров со 144 деревянными лопастями, заменяющими давние крылья мельницы. Скоро оказалось, что это прочное и эффективное оборудование отлично подходит для строительства ветровой электростанции. Первый ветрогенератор для производства электроэнергии появился в 1890 г. В Дании. Также в Дании применили новаторское решение, благодаря которому ветрогенераторы могли производить водород, применяемый в качестве горючего в уличных лампах. В Польше первая ферма ветрогенераторов появилась в 1999 г. в Чисове и действует до сегодняшнего дня. На ферме «работает» 14 турбин с 40-меторвыми лопастями.

Настоящим прорывом в ветроэнергетике стало строительство в 1950 году Йоханнесом Юулем электростанции с генератором переменного тока. Применяемые до сегодняшнего дня решения, предложенные Юулем, значительно ускорили развитие ветроэлектростанций, которые со времен нефтяного кризиса 70 годов, стали объектом особого интереса [6].

    1. Понятие умный город.

Умный город (от англ. smart city) – это инфраструктура, основанная на взаимодействии информационных и коммуникативных технологий и интернета вещей (IoT) и предназначенная для управления городским имуществом. Иными словами, самые умные города мира – те, что научились использовать все свои ресурсы для повышения качества жизни населения.

Основные критерии оценки цифровых городов:

• мобильная связь 5G;

• функционирование сетей мобильного широкополосного доступа;

• большое количество точек доступа Wi-Fi;

• смартфоны как универсальное средство управления сервисами;

• умная парковка;

• услуги по обмену автомобилями (каршеринг);

• оптимизированная система движения транспорта;

• отлаженная работа интернет-сервисов для вызова и оплаты такси;

• возможность мониторить дорожный трафик в режиме онлайн;

• наличие сети заправочных станций для электромобилей;

• сервис по предоставлению услуг каршеринга;

• онлайн-доступ к государственным услугам;

• переработка мусорных отходов;

• активная гражданская позиция горожан;

• активность и количество пользователей Всемирной сети;

• применение электронных карт учащихся;

• доступность данных о рынке труда;

• применение экологически чистых и возобновляемых источников энергии;

• рациональное использование электроэнергии и воды и др. [7]

Глава 2. Практическая часть материала по теме исследования

2.1 Интерактивные детские площадки.

Детская площадка — место, предназначенное для игры детей, преимущественно дошкольного возраста. Находится в населённом пункте и ограждена от дорог.

Детская площадка — территория, на которой расположены элементы детского уличного игрового оборудования с целью организации содержательного досуга. Игровое оборудование, в свою очередь, представляет собой набор конструктивных сооружений, способствующих физическому и умственному развитию, оказывая при этом благоприятное воздействие на социальную адаптацию ребёнка. В зависимости от содержания, детские площадки делятся на:

• детская площадка для конкретной возрастной группы (от 3 до 6 лет, от 7 до 12 лет или от 12 до 16 лет);

• универсальная детская площадка, включающая в себя модули для разных возрастов.

Площадки для каждой из возрастных категорий имеют свои особенности, и предназначенные для них зоны включают в себя определённые элементы. Для самого младшего возраста — переход по мостику, ступеньки, песочницы; для среднего возраста — канатные сетки и дороги, спиральные спуски, извилистые горки; для старшего возраста — спортивные турники и лестницы. Качели и карусели считаются подходящими для всех возрастов, при условии сопровождения старших для детей младшего возраста.

Все элементы детской площадки должны соответствовать возрасту, росту, весу и физическим возможностям ребёнка. Лучше всего обустраивать детскую площадку в соответствии с требованиями безопасности для игровых элементов, таких как безопасность материалов, максимальная высота свободного падения, зоны безопасности. При проектировании учитывается также освещение и наличие свободного пространства вокруг элементов. Производство детских площадок невозможно без получения сертификата соответствия необходимым ГОСТам [8].

Интерактивная детская площадка – это место, где дети взаимодействуют друг с другом, с воспитателем-педагогом, с артистами, с персонажами.

Мальчики и девочки на интерактивной площадке:

1. Играют и развлекаются.

2. Приобретают полезные навыки.

3. Получают сведения о мире.

4. Проигрывают жизненные ситуации.

5. Учатся мыслить, творить, действовать.

И необязательно это будет место, оборудованное ультрасовременными компьютерами, с выходом в интернет или полностью автоматизированное. Опять повторимся, что главное на такой площадке – это взаимодействие и полное погружение в игровую реальность.

Существуют несколько разновидностей интерактивных площадок для детей:

• Спортивные и танцевальные комплексы. Да, они могут быть оборудованы специальными датчиками, табло, автоматическим управлением. Но обыкновенное футбольное поле тоже будет считаться интерактивной площадкой, где есть необходимые оборудование и атрибутика, а дети играют и взаимодействуют друг с другом.

• Проекция. Это могут быть трехмерные изображения на все помещение либо проекционная игра прямо на столе (стене). Обычно, такие проекции можно не только рассматривать, но и трогать, ходить, изменять.

• Музей. В обычной картинной галерее детям скучно и неинтересно. Но существуют музеи, где можно потрогать экспонаты, где экскурсовод расскажет интересную историю, где существуют световые шоу и организуются мастер-классы.

• Театр. Существуют интерактивные театры для самых маленьких. И вот в этом случае совершенно не нужны высокие технологии. В таких театрах показывают интерактивные сказки для детей. Ребенок полностью погружается в сюжет, во время представления малыши играют, поют, танцуют. На некоторых постановках можно даже иметь собственного сказочного героя и управлять им. Дети часто уверены, что это они делают сказку [9].

2.2 Модель проекта жилого комплекса Звезда на базе LEGO WeDo 2.0 и City.

В нашем проекте вы можете увидеть жилой комплекс с частными домами, парковку, площадку, торговый центр и магазин (Рисунок 2.2.1 Приложения). И весь этот небольшой район обеспечивает электроэнергией система отличных ветрогенераторов (Рисунок 2.2.2 Приложения). В безветренную погоду есть возможность выработать энергию физически с помощью качели на датчике наклона (Рисунок 2.2.3 Приложения). Через некоторое время, когда ветер возобновится, от датчика расстояния начнут работать ветрогенераторы (Рисунок 2.2.4 Приложения), запуская при этом ещё и карусель. Наши модели функционируют благодаря 3-м угловым повыщающим зубчатым передачам, ременной, осевым передачам и ещё 2-м угловым зубчатым передачам (Рисунок 2.2.5 Приложения).

Мы сконструировали проект жилого комплекса «Звезда» на базе LEGO WeDo 2.0 и City, где установлены (Рисунок 2.2.6 Приложения):

  • 2 хаба для управления моделью через Bluetooth-связь с компьютером;

  • 1 мотор для движения качели в целях выработки энергии для района;

  • 1 мотор для работы 2 ветрогенераторов и карусели на интерактивной детской площадке;

  • 1 датчик наклона для управления качелью.

  • 1 датчик расстояния для запуска ветрогенератов с каруселью.

Заключение

В результате нашей работы над проектом мы успешно:

1. Изучили виды возобновляемых источников энергии;

2. Рассмотрели особенности ветряной энергии;

3. Проанализировали ряд новых интерактивных детских площадок;

4. Смоделировали и запрограммировали проект Жилого комплекса «Звезда» на базе конструктора LEGO WeDo 2.0 и City.

Список используемой литературы:

  1. LEGO Книга идей: новая жизнь старых деталей: 181 удивительный механизм и устройство; [пер. с англ. А. Аревшатян]. – Москва, Издательство «Эсмо», 2015. - 200 с.;

  2. Богданова С.М., Попова Е.Е. Благодаря механическим передачам Lego- конструкции оживают / С.М. Богданова, Е.Е. Попова// «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании»: материалы VII Международной научно-технической конф. 2017 С. 160-163. Режим доступа- https://elibrary.ru/item.asp?id=30700400

  3. Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;

Интернет источники:

  1. https://ru.m.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BB%D1%8C%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0

  2. https://feko.com.ua/2016/12/16/vidy-alternativnyh-istochnikov-energii/

  3. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0

  4. https://obrazovanie-gid.ru/pereskazy1/umnyj-gorod-eto-kratko.html

  5. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B5%D1%82%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D1%89%D0%B0%D0%B4%D0%BA%D0%B0

  6. https://u-skazki.com/blog/chto-soboy-predstavlyayut-interaktivnye-detskieploshchadki/#:~:text=%D0%98%D0%BD%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F%20%D0%B4%D0%B5%D1%82%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F%20%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D1%89%D0%B0%D0%B4%D0%BA%D0%B0%20%E2%80%93%20%D1%8D%D1%82%D0%BE%20%D0%BC%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%BE,%D0%9F%D1%80%D0%B8%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B5%D1%82%D0%B0%D1%8E%D1%82%20%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%B7%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D0%BD%D0%B0%D0%B2%D1%8B%D0%BA%D0%B8.

Приложение

Рисунок 1.2.1 – Устройство ветрогенератора

Рисунок 2.2.1 – Процесс создания жилого района

Рисунок 2.2.2 – Первый ветрогенератор

Рисунок 2.2.3 – Качель на датчике наклона

Рисунок 2.2.4 – 2 ветрогенератора в работе

Рисунок 2.2.5 – Наш проект

Рисунок 2.2.6 – Программа проекта

Просмотров работы: 62