Содержание:
Раздел | стр | Раздел | стр | Раздел | стр |
2 | 4 | 5 | |||
3 | 4 | 5-7 | |||
3 | 4 | 9 10 | |||
3 | 4 | Приложения: Прил 1. График разницы температур, Прил 2. Опросник “Какую зиму вы любите?”, Прил 3. Опросник “Вы делаете зиму теплее?”, Прил 4. Перечень причин увеличения температуры и способы оценки значимости, Прил 5. Результаты опросов | 11-17 |
Тезисы
Этот исследовательский проект посвящен наблюдению за температурой
в городе и за ним и выяснению причин этого явления. Я выбрал эту тему потому что мне было интересно какова разница температуры в городе и за городом, что больше всего влияет на ее разницу и как это проверить. Была выдвинута гипотеза: в городе зима теплее за счёт того что в городе больше развита деятельность человека. Для проверки гипотезы я изучил доступную литературу по данному вопросу [14-17], провел наблюдение за температурой после которого сделал график разницы температур. Для него мне мои знакомые которые живут за городом присылали каждый день температуру. Я искал информацию на открытых источниках [1-13], делал опросники: “Какую зиму вы любите?” и “Вы делаете зиму теплее?”. Я сделал эти опросники для того чтобы уточнить данные или найти недостающую информацию.
В итоге я установил по данным графика что в городе температура теплее, чем подтвердил выдвинутую гипотезу. Был установлен список причин и степень их влияния на повышение температуры. Для каждой из причин был установлен способ их проверки.
Введение
Приступая к проведению исследования я попытался найти книги и статьи по данной теме [14-17], а также провел поиск в Интернете. Я узнал, что многие учёные считают, что именно деятельность человека влияет на потепление климата. Я также выяснил, что учёные обеспокоены повышением температуры во всём мире и считают это одной из главных проблем человечества. Я рассмотрел также исследовательские работы выполненные школьниками до меня и опубликованные в Каталоге исследовательских работ учащихся [18]. Так я узнал, что многие школьники также озабочены вопросами сохранения экологии и глобального потепления.
Актуальность темы и оригинальность исследования
Эта тема актуальна для меня потому что зимой в городе почти нет снега, а очень хочется поиграть в снежки, построить снежную крепость, поваляться в снегу. Также я выбрал эту тему потому что мне интересно что нужно сделать для того чтобы в городе зима была такой же снежной как и за городом, что влияет на перемену температуры и как влияет? Из опроса которого мы провели среди моих одноклассников мы сделали вывод что для других людей в зиме важно тоже самое что и для меня.
При этом большинство исследований посвящено загрязнению атмосферы вредными веществами, но ни одно исследование не затрагивало проблему выделения тепла в результате человеческой деятельности. Так, например, ежегодные публикации по экологии в Санкт-Петербурге [8] подробно рассказывают о том сколько и каких вредных веществ ежедневно выбрасывается в воздух в нашем городе, но данных
о выбросах тепла промышленными предприятиями, автомобилями и пр. отсутствуют.
Поэтому мое исследование является актуальным и оригинальным. Так как позволяет взглянуть на проблему изменения климата под новым углом зрения
и выявить причины таких изменений, не учтенные ранее другими учеными.
Цель исследования
Цель нашего исследования убедиться что в городе зима теплее и узнать какие причины на это влияют. Установить как они на это влияют и что нужно сделать для того чтобы зима в городе была такой же снежной как и за городом.
Задачи исследования
- Провести эксперимент по наблюдению за температурным режимом
- Установить список причин, влияющих на повышение температуры в городе
- Определить значимость каждой причины
Основная часть
Гипотеза
Я предполагаю что в городе зима теплее за счёт того что в городе больше развита деятельность человека.
Для проверки гипотезы мною было организовано наблюдение за температурой в зимний период в городе и за городом, организованы опросы для выявления и уточнения причин влияющих на повышение температуры в городе, придуманы способы проверки значимости этих причин, рассчитаны значения для каждой из причин, определена значимость каждой причины.
Организация наблюдения
Для проверки гипотезы я изучил доступную литературу по данному вопросу [14-17], провел наблюдение за температурой после которого сделал график разницы температур. Для него мне мои знакомые которые живут за городом присылали каждый день температуру (см. Приложение 1). Наблюдение проводилось с 1 января до 31 января. Температуру в Санкт-Петербурге я брал из специального приложения для сотового телефона, а температуру в Левашово мне каждый день в 4 часа дня СМС присылали знакомые.
Рис. 1. График разницы температур.
Для выявления причин, вызывающих увеличение температуры я искал информацию на открытых источниках [1-13], делал опросники: “Какую зиму вы любите?” (см. Приложение 2) и “Вы делаете зиму теплее?” (см. Приложение 3). Я сделал эти опросники для того чтобы уточнить данные или найти недостающую информацию.В итоге я установил по данным графика что в городе температура теплее, чем подтвердил выдвинутую гипотезу. Был установлен список причин и степень их влияния на повышение температуры. Для каждой из причин был установлен способ их проверки (см. Приложение 4).
Выявление причин, влияющих на повышение температуры
Я выявил причины которые влияют на разницу температур сделав опросник по результатам которого выяснил- что люди считают причиной потепления.
Я опросил 39 человек (см. Приложение 5). 65 % опрошенных хотят чтобы в городе была такая же снежная зима как и за городом. Также 85 % опрошенных считают что температура от 0 до -10 градусов зимой будет для них более комфортной и только 6 % опрошенных ничего не знают о том что влияет на повышение температуры в городе. 96 % опрошенных считают что разница температур в городе и за городом 3 и более градусов.
Значимость причин
В соответствии с определенной для каждой причины процедурой проверки были произведены расчёты выделения тепла. Для этого, после изучения специальной литературы, я составил алгоритм расчета для каждой из причин. Данные найденные в Интернете уточнялись по результатам проведенных опросов. Опрошенными были названы самые важные на их взгляд причины: транспорт, отопление, промышленность, человек.
Человек
Тело взрослого здорового человека с нормальной температурой в состоянии покоя выделяет тепло в эквиваленте 60 Вт/ч. Если он занимается легкой физической работой, например, пешей ходьбой, то это значение увеличивается до 100-120 Вт/ч. Примем за среднее значение - 110 Вт/ч.[5]
В результате анализа итогов опроса “Вы делаете зиму теплее?”, мы вычислили, что в среднем человек проводит на улице около 1,5 часов в день. В городе Санкт - Петербург население около 5 225 690 человек. Ежедневно метро пользуются 2,77 млн. ч. При этом, согласно нашему опросу почти половина (43,5%) пользуются общественным транспортом 5 и более дней в неделю (см. рис. 1). Это значит, что 1,375 млн.ч. пользуются общественным транспортом. Однако при этом почти все эти люди (за исключением 0,03%) бывают ежедневно на улице. Поэтому
на улице ежедневно бывает - 1375000*1,565=2151875 чел. Мы можем сделать вывод что все кто бывают на улице за 1,5 часа выделяют 236706250 Вт.
Рис. 2. Частота пользования общественным транспортом (цифра - количество дней в неделю).
Транспорт
Всего в Санкт-Петербурге зарегистрировано около 1 500 000 автомобилей [6]. Для того, чтобы посчитать сколько тепла в день выделяет автомобиль в окружающий нас воздух, надо узнать две вещи:
- сколько времени в день человек использует машину,
- сколько тепла выделяет одна машина.
Для того чтобы найти сколько одна машина проезжает в день надо узнать сколько она проезжает в неделю. Чтобы найти сколько она проезжает в неделю надо вычислить среднее арифметическое результатов опроса № 1 “Делаете ли Вы зиму теплее” (Вопрос: “Пользуется ли ваша семья машиной зимой?”). По данным опроса (39 ответов), среднее время пользования машиной составляет в неделю:362 ч./39 = 9,3 ч.
Среднее время пользования машиной в день: 9,3ч / 7дней = 1 ч. 20 мин.
Таким образом, в день все машины ездят: 1 ч 20 мин*1500000=2000000 часов.
В среднем один автомобиль выделяет в воздух с выхлопными газами 2 кВт/ч тепла [7]. Умножив 2 млн. ч. на 2 кВт, получим 4 млн. кВт. Если сравнить количество выделяемого тепла с количеством тепла производимым для обогрева Южной ТЭЦ Санкт-Петербурга, то выясниться, что автомобили выделяют в час тепла в полтора раза больше чем производит ТЭЦ.
Промышленность
Мне не удалось найти прямых данных о выбросе тепла промышленными предприятиями. Но мне удалось найти какова доля атмосферного выброса промышленными предприятиями из общего атмосферного выброса [8]. Учитывая, что основными загрязнителями воздуха являются предприятия сжигающие топливо (предприятия делающие энергию и тепло), можно сосчитать количество выбрасываемого в воздух тепла как долю от атмосферного выброса. На диаграмме (см. рис. 2) мы видим, что доля выброса промышленности составляет 17,3% от вырабатываемого автомобилями.
Рис. 3. Диаграмма соотношения атмосферного выброса промышленности и транспорта.
Соответственно если промышленность выбрасывает 17,3 %, а нам известно что все автомобили выбрасывают 4 000 000 МВт в сутки то нам нужно выбросы поделить на проценты соответственно все промышленные предприятия в Санкт-Петербурге выбрасывают 692 МВт в сутки.
Жилые дома
Мне нужно было узнать сколько всего все дома в нашем городе выделяют тепла в сутки. Для этого мне надо было найти сколько всего жилых домов, сколько один этаж выделяет тепла, сколько всего жилых домов в Санкт - Петербурге, площадь всех жилых домов, площадь одного жилого дома и среднюю этажность.
Теплопотери зданий.
Теплопотери домов можно посчитать зная какие значения теплосбережения установлены для разных видов ограждений (стен, крыш и др.) На сегодняшний день теплосбережение является важным параметром, который учитывается при сооружении любого жилого или офисного помещения. В соответствии со СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» [12]. Нам важно узнать сколько тепла теряет в день жилой дом по нормам. Теплопотери зданий в Санкт-Петербурге рассчитаны в соответствии с предписывающим подходом [1] исходя из требований нормативной документации [12] Эти требования описаны в Разделе 4.4 “Поэлементные требования к ограждающим конструкциям”. В пункте 4.4.2 данного раздела сказано, что коэффициент сопротивление теплопередаче R для ограждающих конструкций должно быть не менее требуемого:
- 3,08 - для стен;
- 4,6 - для покрытий,
- 4,06 - для чердачных и цокольных перекрытий жилых зданий и общеобразовательных учреждений.
Сопротивление теплопередачи покажет, какое количество тепла просочится через квадратный метр конструкции при заданном перепаде температур.
R = ΔT/q.
где
- q – это количество тепла, которое уходит через квадратный метр поверхности стены или окна. Это количество тепла измеряют в ваттах на квадратный метр (Вт/ м2);
- ΔT – это разница между температурой на улице и в комнате (°С);
- R – это сопротивление теплопередачи (°С/ Вт/ м2или °С· м2/ Вт).
Тогда потери тепла в Санкт-Петербурге можно посчитать для:
- стен жилых зданий q= разница температур/3.08;
- крыш жилых зданий q1=разница температур/4.6.
Таблица 4.1 - Расчетные температуры наружного воздуха в холодный период года[1]
Город | Расчетные температуры наружного воздуха, °С, | ||
наиболее холодной пятидневки | средняя за отопительный период для зданий | ||
жилых, общеобразовательных учреждений и других общественных зданий кроме перечисленных в графе 4 | поликлиник и лечебных учреждений, домов-интернатов и дошкольных учреждений | ||
1 | 2 | 3 | 4 |
Санкт-Петербург | -26 | -1,8 | -0,9 |
В соответствии с Таблицей 4.2[2] - “Расчетная температура, относительная влажность и температура точки росы внутреннего воздуха помещений, принимаемые при теплотехнических расчетах ограждающих конструкций” температура внутри жилых зданий, общеобразовательных учреждений и других общественных зданий устанавливается - 20 градусов.
Тогда я могу сосчитать средние теплопотери в день одного метра ограждений жилого или общественного здания по формулам:
- для стен (tp)= (20-(-1,8))/3,08, что равно 21,8/3,08, и составляет 7,08 Вт/ м2
- для крыш (tp1)= (20-(-1,8))/4,6, что равно 21,8/4,6, и составляет 4,74 Вт/ м2.
Площадь всех жилых домов составляет Sобщ=123 млн м²[5]. Средняя этажность жилых домов для Санкт-Петербурга - 5 этажей [2]. Количество жилых домов в Санкт-Петербурге - 47000 зданий [3]. Зная все эти данные я могу посчитать общую площадь стен всех домов и общую площадь крыш.
Средняя площадь жилого дома - Sд=Sобщ/Количество домов = 2617 м2
Средняя площадь одного этажа - Sэт=Sд/средняя этажность =523 м2
Длина стены условного этажа - Lстены=√Sэт=23 м
Высота стены условного здания - hстены=Средняя этажность*3=15 м
Площадь условной стены Sстены=hстены* Lстены= 23*15=345 м2
Площадь поверхности условного здания - Sповерхности=Sстены*4=345*4=1380 м
Теплопотери одного условного здания - Q=Sповерхности*tp+Sэтtp1=1380*
Следовательно, теплопотери одного условного здания составят - 12249,42 Вт, а теплопотери всех жилых зданий в Санкт-Петербурге составят - 575,72 МВт.
По результатам всех проведенных расчётов была определена значимость каждой из причин в процессе потепления городского климата (см. таб. 1).
Причина | Значение (МВт) |
транспорт | 4000 |
промышленность | 692 |
отопление | 575,72 |
человек | 307,71 |
Таб. 1. Рейтинг значимости причин потепления.
Заключение
По результатам моих исследований и сделанных расчетов моя гипотеза полностью подтвердилась.
Я сделал такой вывод, что сильнее всего на разницу температур в городе и за городом влияет транспорт. Следом за ним идет отопление и т. д (см. рис. 3). К сожалению, не удалось установить количество тепла выделяемого подземными коммуникациями, т. к. никаких данных об этом обнаружить не удалось, а произвести замеры не представлялось возможным.
Рис. 4. Диаграмма значимости причин увеличения температуры в городе.
Я выдвинул свои предположения о том как можно снизить влияние этих причин на температуру. Для того чтобы автомобили не выбрасывали в атмосферу тепло и всякие вредные вещества можно перейти на электромобили, пропагандировать велосипед как транспорт, больше пользоваться общественным транспортом. Для того чтобы дома и здания не излучали тепла можно их строить из новейших теплоизоляционных материалов. Чтобы промышленные предприятия не выбрасывали лишний дым в воздух его можно перенаправить для отопления промышленных зданий и домов. А с человеком мы ничего поделать не можем так как запретить ему дышать не в наших силах. По результатам расчётов человек является самой маловажной причиной. Поэтому этой причиной можно пренебречь и посоветовать людям селиться за городом.
Список источников
- "Энергетическая эффективность жилых и ... - aquagroup.ru." , , http://aquagroup.ru/normdocs/1370. Доступ получен 14 февр.. 2018.
- "2ГИС подсчитал среднюю этажность городов" , , http://info.2gis.ru/ufa/company/news/2gis-podschital-srednyuyu-etazhnost-gorodov. Доступ получен 14 февр.. 2018.
- "Сколько домов в Санкт-Петербурге и сколько штрафов ...." , , поварпврhttp://gkxspb.ru/skolko-domov-v-sankt-peterburge-i-skolko-shtrafov-vypisyvaet-goszhilinspektsiya-2/. Доступ получен 14 февр.. 2018.
- “Тепло человеческого тела – источник бесплатной энергии” http://zaryad.com/2011/09/08/teplo-chelovecheskogo-tela-istochnik-besplatnoy-energii/. Доступ получен 14 февр.. 2018.
- "Регионы России - Федеральная служба государственной статистики." , , http://www.gks.ru/free_doc/doc_2016/region/reg-pok16.pdf. Доступ получен 4 янв.. 2018.
- “Рейтинг российских городов-миллионников по обеспеченности автомобилями”, , https://www.autostat.ru/. Доступ получен 4 янв.. 2018.
- “Использование тепла отработавших газов для обогрева салона автомобиля”, https://sibac.info/studconf/science/xx/75528. Доступ получен 10 февр.. 2018.
- Доклад об экологической ситуации в Санкт-Петербурге в 2016 году, http://www.infoeco.ru/assets/files/Doklad/doklad_2016.pdf Доступ получен 14 февр.. 2018.
- Сайт рекламного бюро КОММЕТ http://kommet.ru/stats#60
- КПД двигателя внутреннего сгорания http://autoepoch.ru/avtoazbuka/kpd-dvigatelya-vnutrennego-sgoraniya.html
- Тепловое загрязнение http://studbooks.net/871914/ekologiya/teplovoe_zagryaznenie
- СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»/ - М: ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ И ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОМУ КОМПЛЕКСУ, 2004
- Ревич Б. А. Изменение здоровья населения России в условиях меняющегося климата //Проблемы прогнозирования. – 2008. – №. 3.
- Бобров Е. А. Социально-экологические проблемы крупных городов и пути их решения //Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Естественные науки. – 2011. – Т. 16. – №. 15 (110).
- Владимиров Р. В. В. Принципы преобразования города в биосферосовместимый и развивающий человека //Журнал «Градостроительство» №. – 2009. – Т. 3. – С. 20-30.
- Олейник М. Д., Матюхина В. И., Экологический проект "Земля-для нас, а мы-для Земли", Каталог исследовательских работ. http://catalog.pedagogi.info/Home/Details/11. Доступ получен 4 янв.. 2018.
- Пушкарёва Т. Д. Человек "царь" природы. Каталог исследовательских работ. http://catalog.pedagogi.info/Home/Details/85. Доступ получен 4 янв.. 2018.
Приложения
Приложение 1. График разницы температур.
день наблюдений | дата наблюдений | температура в городе | температура за городом | разница температур |
1 | 1 января | 1 | 0 | 1 |
2 | 2 января | 4 | 1 | 3 |
3 | 3 января | 3 | 0 | 3 |
4 | 4 января | 2 | 0 | 2 |
5 | 5 января | 2 | 1 | 1 |
6 | 6 января | 4 | 2 | 2 |
7 | 7 января | 0 | -2 | 2 |
8 | 8 января | -1 | -2 | 1 |
9 | 9 января | -1 | -3 | 2 |
10 | 10 января | 0 | 1 | -1 |
11 | 11 января | 0 | -1 | 1 |
12 | 12 января | 0 | -3 | 3 |
13 | 13 января | -5 | -5 | 0 |
14 | 14 января | -4 | -3 | -1 |
15 | 15 января | -2 | -9 | 7 |
16 | 16 января | -4 | -10 | 6 |
17 | 17 января | -7 | -11 | 4 |
18 | 18 января | -4 | -6 | 2 |
19 | 19 января | -2 | -8 | 6 |
20 | 20 января | -5 | -8 | 3 |
21 | 21 января | -7 | -9 | 2 |
22 | 22 января | -10 | -10 | 0 |
23 | 23 января | -10 | -10 | 0 |
24 | 24 января | -1 | -8 | 7 |
25 | 25 января | 4 | -4 | 8 |
26 | 26 января | 2 | -6 | 8 |
27 | 27 января | 1 | -6 | 7 |
28 | 28 января | 0 | -6 | 6 |
29 | 29 января | -1 | -5 | 4 |
30 | 30 января | -4 | -5 | 1 |
31 | 31 января | -6 | -7 | 1 |
Приложение 2. Опросник “Какую зиму вы любите?”
Приложение 3. Опросник “Вы делаете зиму теплее?”
Приложение 4. Перечень причин увеличения температуры и способы оценки значимости
Причина | Способ проверки |
Промышленность | Установить сколько тепла выделяют фабрики, заводы, ТЭЦ и др. |
Коммуникации | Определить сколько тепла выделяют трубы с горячей водой и отоплением, проложенные под землёй. Померить температуру поверхности земли над местом, где пролегают трубы и сравнить её с местом без труб |
Отопление | Установить выделяется ли стенами и крышами жилых домов тепло. Сосчитать общую их поверхность и определить общее количество выделяемого тепла. |
Транспорт | Определить сколько тепла выделяют в атмосферу ежедневно автомобили. Для этого надо установить сколько времени каждый день люди пользуются машиной и сколько машин каждый день выезжают на улицу. |
Человек | Выяснить сколько людей ежедневно бывает на улице и определить количество выделяемого тепла |
Приложение 5. Результаты опросов
Результаты опроса "Какую зиму вы любите?"
Результаты опроса "Вы делаете зиму теплее?"
[1] Нумерация таблицы приведена в соответствии с нумерацией в нормативном документе
[2] Нумерация таблицы приведена в соответствии с нумерацией в нормативном документе