Тема: инфраструктура города и экология

«Зелёная» крыша. Использование крыши дома для создания сада

Создатели: Монфред Иван, Еркин Артём, Денисов Арсений

Ученики 11 «Б» и «А» класса школы № 000

Руководитель: (*****@***ru)

Учитель Географии

Содержание

I Введение……………………………………………………………………...….2

       Проблема………………………………………………………………...…2

       Гипотеза…………….……………………………………………………....2

Цель…………………………………………………………………………3

Методы…...………………………………………………………………...3

Задачи……………...……………………………………………………….3

II Основная часть……………………………………………………………..…4

Выбор места………………………………………………………………..4

Теплица………...…………………………………………………………..5

Обогрев...…………………………………………………………………...5

Оснащение теплиц/парников……………………………………………9

Финансовый вопрос……………………………………………………....12

III Итог……………………………………………………………………......….14

Литература……………………………..…………………………………...…...15

Приложение……………………………………………………………….....… .16

I Введение

Проблема

В современной действительности человечество вынуждено уделять особое внимание вопросам экологии. В частности, это касается проблем загрязнения почвы, воды, воздуха и атмосферы. К сожалению, потребительский характер использования ресурсов Земли обуславливает крайнюю актуальность этих проблем, влияние которых многократно увеличивается с течением времени. Именно поэтому так важно вовремя пересмотреть свои взгляды на окружающую среду, которую мы сами постепенно уничтожаем. Например, в больших городах, таких как Москва и Санкт-Петербург, весьма остро стоит вопрос о загрязнении воздуха. Многие государственные решения уже были призваны изменить ситуацию в лучшую сторону, однако полностью решить проблему им не под силу. Основная идея, которой мы руководствовались, создавая наш проект - нахождение нового метода, который поможет стабилизировать экологическую обстановку в сфере борьбы с загрязнением воздуха в крупных городах. 

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Гипотеза

Плотная застройка в наиболее крупных городах является причиной недостатка свободного места между зданиями. Статистика показывает, что наиболее транспортно загруженные части города располагаются в первую очередь в его центре, а значит, подвергаются наибольшему загрязнению со стороны средств передвижения, выделяющих чрезмерное количество углекислого газа и других вредных продуктов горения. Таким образом, нам предстояло найти способ расположения установок по очистке воздуха. Так как же поставить очистительные установки в крупных городах и как они будут выглядеть?

Мы предлагаем использовать пустующее пространство на крышах зданий в качестве площадки для размещения качественно новых конструкций, не применяющихся ранее на территории РФ. На крыше можно расположить теплицы с растениями, биологические процессы в которых поглощают углекислый газ совместно с выделением кислорода. Однако такая практика уже имеет применение в нашей столице.  Только представлена она в виде маленьких газонов,  зачастую выполняющих больше декоративную функцию, нежели экологическую. Но и это может послужить хорошим толчком к развитию комплексной системы органической очистки воздуха. С этой гипотезы и началась разработка нашего проекта.

Цель

Разработать универсальную программу по озеленению крыш при учёте всех рисков и возможных трудностях при создании данных структур.

Методы

Анализ, проектирование, разработка, поиск информации, сравнение полученных данных, создание модели и теоретическая проверка в реальных условиях.

Задачи

    Архитектурный анализ, направленный на проектирование конкретного расположения участков озеленения на различных зданиях Сопоставление проекта с нынешним отношением власти к основным экологическим проблемам на законодательном уровне. Разработка оптимальной конструкции "парника" и его примерных габаритов с учётом климатических особенностей территории РФ. Поиск информации об основных способах обогрева тепличных помещений и выбор самых подходящих из существующих, либо предложение альтернативного варианта. Анализ основных предполагаемых затрат, которые понадобятся для осуществления условий проекта. Анализ рисков и проверка на жизнеспособность проекта в реальных условиях.

II Основная часть

Выбор места

Почему именно крыша? Ответ достаточно прост - экономия площади. Именно это сподвигло нас начать исследование в этой области. Для начала был проведен поиск информации на наличие уже существующих «станций» по очистке воздуха на крышах. Мы думали, что эта идея пока что нова в нашей стране, но оказалось, что ее уже начинают успешно использовать  в виде газонов и маленьких садиков на крышах (Приложение 1 - пример). Не секрет, что многие крыши в центре Москвы открыты для посторонних посетителей. Хотя стоит отметить, что используется свободное место, как правило, малорационально, разве только для технических нужд или в качестве смотровой площадки. Но и это нас обрадовало, ведь мы нашли теоретический простор для творчества, не требующий излишних затрат.

Дальше мы приступили к поискам ныне существующих похожих проектов по озеленению.  Мы выяснили, что некоторые предприятия и жители современных жилых комплексов уже применили такую технологию, обустроив у себя на крышах небольшие садики. 

Чаще всего сады представлены в виде газонов, но даже такая  мелочь поможет нашей Земле, если высаживать большое количество таких небольших садиков в городах. Но позже, в ходе рассуждений, возникла проблема. Как растения будут справляться с серьезными зимами? Ведь не будут обычные жители уносить горшки с растениями к себе в квартиру, а потом выносить обратно? В таком случае растения все равно могут погибнуть от неожиданных заморозков.

Теплица

К чему обычно прибегают люди на своих дачных участках, когда хотят сохранить растения в тепле? Конечно к самому простому выходу из такой обыденной для них ситуации – они сажают теплолюбивые растения в парнике. Принцип работу теплиц и парников довольно прост. Тепло, получаемое при нагреве от солнечных лучей, собирается внутри и сохраняется благодаря относительной герметичности конструкции и меньшего испарения влаги. Таким образом внутри сохраняется оптимальная и относительно стабильная температура. Также это защищает от внешних погодных условий, таких как снег, град, дождь и других. Насекомым и птицам тоже закрыт проход в теплицы. Единственная нерешенная проблема, которая подлежит рассмотрению –  неустойчивость климатических условий. Наши зимы намного суровее, чем у наших европейских коллег. Зима – одна из главных проблем, почему у нас так мало всесезонных открытых садов. После того как мы представили решение одного из проблемных вопросов, перед нами незамедлительно возник другой, не менее серьёзный, и мы приступили к очередным рассуждениям.

Обогрев

Поиск способа обогрева теплиц затруднялся тем, что нам предстояло найти из ряда решений самый эффективный и при этом недорогой вариант. Мы отыскали несколько способов и приступили к рациональному отбору.

    Использование солнечной энергии для отопления

Этот способ один из наименее затратных, но при этом обладающий рядом серьёзных недостатков. Теоретически, именно принцип сохранения солнечного тепла лежит в основе работы парников, в которых садоводы так любят выращивать пригодные к еде культуры, такие как огурцы и помидоры. Но при наших особенностях климата работоспособность этого метода маловероятна, при учёте крайне дождливой и пасмурной погоды в последние годы. Более того, энергии солнца в зимний период будет недостаточно для сохранения комфортной для растений температуры. Конечно, можно разработать конструкцию прозрачных поверхностей теплицы такой, чтобы она собирала как можно больше тепла и работала по принципу собирающей линзы, но это  экономически невыгодно и не работает в пасмурную погоду, поэтому мы не хотели бы затрагивать эту идею в нашем проекте. Перед нами по-прежнему стояла задача сохранение жизнеспособности растений в парниках в течение зимнего периода. 

    Биохимическое отопление

Такой способ отопления можно назвать пассивным, или же просто химическим. Его смысл состоит в том, что специалистами подбирается оптимальный состав почвы и набор удобрений, пригодный для роста конкретного вида растений. В процессе химических реакций можно получать выделение тепла и отапливать тем самым теплицы. Но и в этом варианте существует набор недостатков. Реагенты для отопления имеют крайне ограниченный срок действия и способны испортить почву остаточными продуктами распада. Таким образом, как с солнечным обогревом, биологическое отопление можно использовать частично, комбинируя с какими-либо другими, но полностью обеспечить достаточным количеством тепла не в силах. Мы вынуждены были отказаться и от этого метода, выявив его несостоятельность в реальных условиях. Мы поставили себе цель найти максимально простой по конструкции способ, работоспособность которого не будет зависеть от целого списка необходимых условий.

    Водяное отопление

Пожалуй, этот метод по праву можно считать самым популярным. Он используется повсеместно: начиная с гигантских промышленных зданий и заканчивая централизованным водяным отоплением практически в каждом из наших жилых многоквартирных домов. Его элементарное устройство понятно каждому городскому человеку: берется разогретая до высоких температур вода, которая движется с достаточно высокой скоростью по системе транспортных труб и постепенно отдаёт тепло, согревая с помощью радиаторов пространство вокруг себя. Подобную отопительную систему можно без проблем подключить к основному отоплению жилого дома. Но когда мы стали думать о принципиальной схеме для наших теплиц, мы выяснили, что подключение водяного охлаждения будет сопровождаться многими трудностями. Например, при строительстве районных котельных или ТЭС при создании проекта строительства рассчитывается необходимая мощность силовой установки котельной так, чтобы напор воды и её температуры хватало для отопления множества жилых построек. Таким образом, подключение теплиц к системе отопления вызовет дополнительную нагрузку на все городское оборудование и приведет к увеличению его износа. А это, в свою очередь, чревато дополнительными излишними затратами. В дополнение ко всему сказанному, водяное отопление придётся на регулярной основе обслуживать, загружая и без того занятые службы ЖКХ.  Поэтому мы решили проверить последние два способа.



    Воздушное отопление

Устройство данного метода заключается в проточной вентиляции предварительно нагретого потока воздушных масс. Холодный воздух принудительно забирается в нагревательную установку и поступает в теплицу/парник, а уже насыщенный кислородом воздух выдувается наружу. Так обеспечивается постоянная циркуляция воздуха внутри постройки. Нам понравилось это решение, ведь оно не требует каких-либо сложных технических решений. Достаточно самого нагревательного элемента и пары вентиляторов. Мы считаем, что этот метод один из самых перспективных, однако и здесь есть ограничивающие обстоятельства. Во-первых, для поддержания температуры одних воздушных потоков недостаточно. Проблема заключается в том, что материалы внешней облицовки здания и корпус самого парника охлаждается под воздействием внешней температуры. Всем нам знаком эффект передачи холода сквозь, например, стекло или металл. Прислонившись зимой, скажем, в транспорте к окну, практически моментально начинает промерзать тело даже сквозь зимнюю одежду, хотя внутри помещения достаточно тепло. А теперь попробуем представить, что произойдет с почвой и корнями растений, растущих, по сути, на бетонной крыше с небольшой теплоизоляционной прослойкой. Поэтому мы решили пойти дальше и нашли решение еще лучше.

    Электрическое отопление

Развитие электроэнергетики позволило нам с вами получить большой простор в использовании различных электронагревательных приборов. Мы уверены, у каждого нынешнего городского жителя в квартире находится не один вид электрических нагревательных приборов. Чайники, плиты, утюги, масляные обогреватели, фены - лишь малая часть того, что было создано руками человека для упрощения нашей жизни. Но больше всего нас вдохновила технология «тёплых полов», которая становится все популярнее и популярнее. Действительно, долговечность, относительно невысокая цена и эффективность нагревающихся электрических кабелей заслуженно завоевала спрос покупателей на рынке. И к нам пришла мысль: мы решили развивать идею «тёплых полов» в нашем проекте. 

Смысл системы заключается в прокладке кабелей под плодородным слоем почвы с созданием песчаной прослойкой между кабелями и землёй. Конечно, при этом нужна крайняя осторожность, чтобы не повредить корневую систему растений, но при должном расчете мощности обогрева можно добиться поразительных результатов. Проложив систему нагревательных кабелей можно обеспечить равномерный прогрев почвы и объема теплицы в зимний период. А если совместить подпочвенные кабели с воздушным проточным обогревом, то получатся практически идеальные климатические условия для множества растительных культур. Итак, проанализировав основные существующие варианты поддержания оптимальной температуры, мы пришли к наилучшему варианту. Теперь предстоит углубиться в техническую часть нашего проекта.

Оснащение теплиц/парников

Прежде всего, стоит начать с формы теплицы:  Вероятно, лучше всего подойдет крыша из прозрачного материала, который будет пропускать  наибольшее количество солнечного света, а так же будет по форме покатой (Приложение 2) или же выпуклой цилиндрической, для скатывания дождя и снега. В качестве основного материала изготовления рациональнее всего будет использовать полимерные материалы, обладающие повышенными прочностными характеристиками. Например, поликарбонат или органическое стекло, а также их композитные аналоги. Эти полимерные материалы уже давно используются в различных сферах промышленности, начиная со строительной и заканчивая космонавтикой. Особые прочностные требования связаны, прежде всего, с тем, что на крышах высоких зданий воздействие погодных условий ощущается гораздо сильнее, чем на Земле. А еще одним из существенных преимуществ полимерных стекол является его низкий вес, который поможет снизить излишнюю нагрузку с поверхности крыши здания. Да и долговечность этой конструкции будет выше.  Внутри же устройство теплицы может быть различным. Это может быть представлено в форме грядок, на которых будут посажены различные культуры, либо многочисленные горшки с растениями, также возможна комбинация этих двух способов. Мы решили пойти путём стандартизации и унификации и предлагаем решение, как для грядок, так и для горшков.

Когда мы начали рассуждать о теплицах и парниках, мы решили взять за основу конструкцию землепользования в форме грядок. Говоря о грядках, у каждого человека невольно возникают ассоциации с дачей и бесчисленными рядами различных сельскохозяйственных культур, с которых ежегодно собираются килограммы урожая. Вот и мы решили начать с того, что ближе каждому. Грядки вполне ожидаемый и относительно простой выход для наполнения наших теплиц. Однако процесс выращивания все-таки отличается от классического.

На схеме представлена конструкция нового поколения, характерная больше для массового производства, нежели для дачного участка. (Приложение 3). Однако только таким способом можно добиться результатов сбора урожая для морозостойких теплиц. В первую очередь мы должны подготовить покрытие крыши для установки всей системы. Для этого размещается слой гидроизолирующего и теплоизолирующего отражающего материала, чтобы предотвратить потери тепла и проникновение влаги сквозь бетонное основание парника. Чтобы избавиться от скопления влаги под почвой, крайне необходимо засыпамть почву и размещать кабели под треугольным уклоном, а по бокам размещать водостоки. Затем устанавливается система с нагревательными элементами, поверх которой засыпается слой песка. Нагретый песок будет постепенно передавать тепло земле, не нанося ущерба почве и корневой системе растений. Поверх этой конструкции засыпается плодородный слой и высаживаются растения. Как мы уже выяснили, для достижения наилучших результатов рациональнее всего стоит применить комплексную систему обогрева воздуха и почвы, комбинируя несколько методов обогрева. Так, мы предлагаем использовать технологию «тёплых полов» совместно с системой циркуляции подогретого заранее воздуха. Это работу призван взять на себя рекуператор, позволяющий при малых расходах эффективно подогревать воздух или просто выполнять функцию системы вентиляции, например, в летнее время, когда обогрев не нужен. (Приложение 4)

Данная конструкция позволит круглогодично сохранять растения в тепле. Это будет способствовать постоянной выработке кислорода посредством фотосинтеза, что не происходит в нашем климатическом поясе, так как большую часть года растения находятся под снежным покровом.

Примерная стоимость установки

Представлена средняя стоимость составляющей

Стоимость, руб.

Рекуператор (с мощностью достаточной для циркуляции воздуха на 100 м^2)

27 000

Нагревательный кабель  (100 м^2)

55 000

Оргстекло для всей конструкции (4 мм толщина)

320 000

Теплоизолирующий слой (100 м^2)

26 000

Грунт (включая песок)

14 000 за 100 м^2

Строительные работы

70 000

Термостат (х2)

700 х 2 = 1 400

ИТОГО: 513 400

Электричество, требуемое для работы электроники (расчёт идёт по ночному тарифу):

1700 руб. за месяц (средняя температура от 10 °C до 0 °C)

2150 руб. за месяц (средняя температура от 0 °C до -10 °C)

Финансовый вопрос

       Мы выяснили, как можно построить удобную теплицу на крыше и как она может быть оборудована, чтобы пережить зиму. Но на протяжении всей разработки проекта мы не раз задавались вопросом: кто за это будет платить? В процессе рассуждений, мы пришли к выводу, что это может быть либо государство, либо обычные граждане и жители дома.

Сначала мы предположили, что установкой теплиц будет занимать государство, ведь ежегодно наша страна тратит примерно 110 млрд. рублей на охрану и очистку воздуха. Но это будет слишком трудный и затратный проект, даже по меркам государственного бюджета. Деньги понадобятся не только на постройку специальной конструкции со всем оборудованием и закупку этого оборудования, но также на привлечение сторонних людей, которые будут следить за состоянием теплиц и их работоспособностью. Исходя из количества этих расходов, мы понимаем, что без поддержки сторонних организаций государству невыгодна данная программа, но что если привлечь обычных граждан?

Мы предлагаем ввести программу «Зелёная» крыша. Она заключается в том, что специалистами разрабатывается план, включающий список домов, на которых возможна установка тепличных систем. Затем проводится добровольное голосование, где жители могут принять решение о размещении теплиц. Совместно с выделенными из бюджета средствами, вводится дополнительный сбор для жителей дома и устанавливается дата точного строительства теплиц. Это поможет разделить расходы между двумя заинтересованными сторонами. В промежуток между принятием решения и строительством сбор сохраняется, а после постройки дом переводится на режим льготной оплаты электричества, например, по ночному тарифу. Таким образом, жители будут заинтересованы условиями нашего проекта, а временные затраты будут компенсированы существенной экономией в будущем. 

Также мы готовы предложить реализовать наш проект заинтересованным компаниям. Это, например, Газпром, Союз московских архитекторов и бизнес-центр “Белые сады”. Они уже построили на своих крышах «зелёные» насаждения, но они также неэффективны в зимнее время года из-за морозов и сильных осадков. Компания «Экодомострой» может выступить не только в роли спонсора, но и непосредственного исполнителя нашего проекта, так как это входит в её сферу влияния. Также не стоит забывать о таких компаниях как EcoStandard group и . Они занимаются преимущественно вопросами экологии нашей страны и будут крайне заинтересованы в реализации нашего проекта.

III Итог

В этом проекте мы затронули тему загрязнения воздуха и возможности его очистки с помощью растений. Мы разработали конструкцию, которую можно установить на крышу жилого дома. Также рассказали о технологиях, которые можно использовать для отопления теплицы в зимнее время. Рассмотрели несколько вариантов отопления и нашли лучшую их комбинацию. Проанализировали примерные затраты на создание теплицы. Также разработали государственную программу, которая должна поспособствовать созданию теплиц и парников на крыше города и позаботится об экологической обстановке в нашей стране. И нашли спонсоров, заинтересованных реализации проекта.


Литература

http://www. anothercity. ru/open-roofs-2017 http://www. anothercity. ru/print? url=/grass-roofs http://v-teplo. ru/sposopi-otopleniya-teplici-zimoi. html http://bevelavita. ru/vyrashhivanie/teplitsa-zimoj-otoplenie-ustrojstvo-shema-i-rastsenka/ https://wHYPERLINK "https://www. vedomosti. ru/partner/articles/2016/12/05/668241-zelenii-protsent"wHYPERLINK "https://www. vedomosti. ru/partner/articles/2016/12/05/668241-zelenii-protsent"w. vedomosti. ru/partner/articles/2016/12/05/668241-zelenii-protsent https://www. nkj. ru/archive/articles/4270/ https://www. kk-k. ru/catalog/ventilation/chto-takoe-rekuperator/939-chto-takoe-rekuperator/ https://www. e-reading. club/bookreader. php/127468/Mel%27nikov_-_Teplica%2C_parnik%2C_zimniii_sad. html http://polikarbonatus. ru/kharakteristiki/orgsteklo-ili-polikarbonat/ Роджер Маршалл: Урожайные теплицы и парники. Поэтапные инструкции постройки. Устройство и оборудовании, 224 стр., Издательство: Клуб семейного досуга, 2010 г. 

Приложение


Приложение 1 - сад на террасе  квартиры в современном  комплексе на Проспекте Мира

Приложение 2 – схема прохождения  солнечных лучей

Приложение 3 – схема создания  грядок с нагревательным кабелем.

Приложение 4 -  схема  рекуператора