Кейс II тура командной научной игры Science Game

Кейс II тура командной научной игры Science Game Умные здания экономят ресурсы «На коне»

Цели и задачи В последнее время за границей (особенно в Европе и США) получила распространение система “Умный дом”. Как правило, такая система охватывает три сферы. Во-первых, ресурсосбережение. Во-вторых, обеспечение безопасности. В-третьих, развлечение и комфорт жителей. Цель нашего проекта - исследовать этот вопрос с точки зрения ресурсоэффективности и сделать вывод о выгоде от использования умных многоквартирных домов. Для этого мы поставили перед собой следующие задачи: ● изучить поставленный вопрос в глобальном масштабе, узнать последствия неэффективного управления ресурсами; ● исследовать мнение людей касательно исходной проблемы и их отношение к возможным нововведениям с помощью социологического опроса; ● отобрать наиболее успешные разработки и подтвердить их реализуемость в условиях современного рынка; ● провести расчёты, подтверждающие выгодность использования данных решений.

Изучение проблемы Одной из глобальных проблем является нерациональное использование ресурсов. По данным ООН, через 15 лет потребность в пресной воде превысит ее запасы на 40%. Помимо этого, наблюдается неэкономичное использование электроэнергетических ресурсов. Человек сам виноват в своих проблемах: потеря воды при протечках или постоянно включенном кране, трата электроэнергии на работающих, но неиспользуемых приборах, освещение пустых комнат. . . Из-за нерационального потребления страдают сами люди, вынужденные оплачивать большие счета за коммунальные услуги. В то же время ресуры нашей планеты не безграничны и об этом стоит задуматься. Расточительность одного человека – малая беда, но всех – катастрофа. Что же можно сделать на пути к реурсоэффективному потреблению? Большим шагом на пути решения этих проблем может стать автоматическая система “Умный дом”, контролирующая расход электроэнергии, водных ресурсов и т. п. Совокупность разработок, направленных на сохранение ресурсов, будет удобна и выгодна жителям. Мы предлагаем вашему вниманию несколько идей, отобранных нами, исходя из возможной выгоды.

Водоснабжение «Умный кран» • Умные краны позволяют существенно сократить расходы воды. Например, при обычной чистке зубов вода из крана льется непрерывно, и в итоге тратится около 5 литров воды. Чистка же зубов при подаче воды только при необходимости затратит всего 200 мл. Несложно посчитать, что экономия на одного человека в год составит 1728 литров только на чистке зубов. Стоимость умных кранов превышает стоимость обычных на несколько тысяч рублей, что окупится примерно за полгода. Защита от потопа • Для предотвращения потопа мы предлагаем использовать датчики, которые перекроют поступление воды. По статистике каждый человек раз в 5 -6 лет становится участником затопления своей или соседской квартиры. Впоследствии ремонт квартир обходится в среднем в 500 000 рублей. Эта система позволит избежать подобных расходов, при стоимости от 8 000 до 20 000 рублей, что несравнимо с возможными потерями. Одна из возможных систем защиты от затопления.

Питьевая вода • Важной проблемой при создании «Умного дома» является загрязненность водопроводной воды. Даже в мегаполисах при наличии мощных очистных сооружений воду, поступающую в здания, можно считать лишь условно питьевой. Установка системы обратного осмоса является наиболее действенным методом избавления от солей тяжелых металлов, нефтепродуктов, мышьяка, нитратов, также позволяет решить проблему вирусных бактерий. Степень очистки 90 -98%. • При установки фильтра обратного осмоса на каждую квартиру возникают проблемы: 1) Высокая стоимость бытовых приборов для пользователей (10 000 – 30 000 рублей – Российских производителей; 25 000 – 150 000 р. – иностранных производителей ) 2) Дорогостоящее сервисное обслуживание (5 000 – 20 000 рублей / год на каждый прибор) 3) Занятость хозяйственного пространства под мойкой в кухне 4) Высокий расход воды (15 -20% очищенной воды поступает в кран, 80 -85% удаляется в канализацию) • Мы предлагаем решить эти проблемы путем подключения большого количества потребителей к одному более мощному источнику очистки с возможностью использовать повторно процент воды (ранее удаляемый в канализацию), перенаправляя его с помощью труб и накопителя обратно в водопровод на хозяйственные нужды.

Система обратного осмоса • Промышленная система обратного осмоса RO-500 (г. Екатеринбург) – розничная цена 270 000 рублей Стоимость установки системы обратного осмоса в отдельную квартиру 20 000 рублей плюс необходимые услуги сервис-мастера за год могут составить до 10 000 рублей, тогда на весь дом 7 200 000 рублей (т. к. среднестатистический дом имеет 240 квартир). При этом 80% воды уходит в канализацию. Так как в среднем семья потребляет за день до 10 л. воды (очищенной), то, учитывая потери, за день на питьевую воду расходуется 50 л. В год набегает 18 250 л. Литр холодный воды стоит ~20, 38*10^-3 руб. Выходит, за год весь дом суммарно платит 89 265 рублей за воду. Итого 7 289 265 рублей. • С каждой квартиры же на общедомовую систему требуется собрать 1125 рублей, так как сама система стоит 270 000 рублей, и услуги сервис-мастера на обслуживание составят около 20 000 рублей (83 рубля с квартиры). Плюс для создания нашей системы необходимы стояк и дополнительное оборудование – 10 000 +15 000 рублей. При этом мы не теряем 80% воды, как в отдельных фильтрах. И за год выходит 17 850 рублей на питьевую воду. Итого на дом 332 850 рублей. Разница с установкой отдельных фильтров значительна. • Данная система способна удалять до 97% растворенных в воде веществ, 98% органических соединений и свыше 99% бактерий и вирусов. На сегодняшний день RO система является наиболее совершенным устройством для очистки воды. Она экономична, проста в управлении и обслуживании, надежна и безопасна. • Мы выбираем систему обратного осмоса, так как фильтры среднего качества (~5 000 рублей) не полностью удовлетворяют медицинским стандартам, слабо очищают воду и индивидуальны в зависимости от региона (например, для Санкт-Петербурга направлены на очищение примесей железа и т. п. ). •

Система водоснабжения • Мы предлагаем создать небольшую систему резервуаров, которую можно оформить в виде нескольких наземных каналов и небольшого декоративного пруда. Она будет наполняться с помощью дождевой и талой воды, стекающей по стокам. После очистки ее можно будет использовать как обычную воду. • Более того, мы предлагаем дополнить систему водоснабжения «Умного дома» отстойниками, где использованная вода будет последовательно очищаться путем выпадения в осадок примесей и фильтрации на очистительной установке, после чего вода будет использоваться повторно. Таким образом, система потенциально может быть полностью независимой. Но возможен вариант и частичной независимой. • Схематично систему можно изобразить следующим образом: Через трубу в разделитель(4) попадают все канализационные отходы, где происходит разделение на органические отходы и грязную воду. Далее вода попадает в отстойники(1), где проходит частичную очистку. После вода попадает в очистительную установку(2). Также, в установку вода попадает из резервуара, где накапливается дождевая и талая вода. Затем очищенная вода подается обратно в дом. Органические отходы попадают в установку для биогаза(3), где перерабатываются в природный газ. • Подобная система уже реализована в одном из районов Стокгольма.

Энергетика Биогаз • Канализационные отходы в нашей стране никак не используются. Большие средства тратятся на их вывоз и утилизацию. Существуют установки, позволяющие перерабатывать органические отходы в биогаз. Раньше подобные установки использовались только в сельском хозяйстве. Но на сегодняшний день современные разработки позволяют эффективно использовать эти установки и в жилых домах. • Принцип работы: органические отходы поступают в ёмкость с анаэробными бактериями, которые перерабатывают их в природный газ. В ёмкости необходимо поддерживать определенную температуру, а так же следить за поступлением только органических отходов. Данная установка не сможет полностью обеспечить жилой дом газом, но существенно снизит затраты на него. Геотермальное отопление • Подземное глубинное отопление больше не фантастика. Такие установки можно спокойно купить в России. Причем геотермальные установки в состоянии работать как в условиях Севера, так и в южных широтах. • Например, тепловая установка SDW-04 Evi с тепловой мощностью 15 к. Вт стоит 487 тысяч рублей. Для многоквартирного дома целесообразно делать индивидуальный заказ у производителя. • Несмотря на высокую стоимость, установка имеет практически бесконечный энергетический потенциал. Видео о принципе работы

Теплопотери здания • Существуют 2 способа теплоизоляции стен: внутренний (т. е. внутри квартиры) и наружний. Специалисты не рекомендуют утеплять квартиру изнутри, так как при этом способе теплопотери наружной части стены будут в 6 раз выше, чем при втором способе. • Также, теплопроводность плоских крыш большинства зданий в 3 -4 раза превышает стандарты, поэтому крыши тоже нуждаются в утеплении, которое может сократить теплопотери здания на 20%. • Существует множество технологий по утеплению крыш. Самая эффективная из них базируется на использовании экструдированного пенополистирола в качестве утеплителя. • Поскольку затраты на отопление составляют 40% и выше от общих расходов населения на жилищно -коммунальные услуги, напрашивается вывод о том, что экономия тепловой энергии в приоритете перед экономией других энергоресурсов.

Электричество «Умный свет» • Одним из самых эффективных способов экономии электроэнергии на освещении является технология «Умного света» . Её суть в том, чтобы при помощи датчиков движения, установленных в комнатах, включать свет только там, где он необходим. Также такая система позволяет регулировать уровень освещённости в зависимости от времени суток. Если же хозяева квартиры надолго уезжают, например, в отпуск, то система может создать видимость присутствия жильцов дома. • Данная система будет выгодна и в парадных, где свет горит постоянно. • По данным некоторых СМИ, только 10% энергии электрической лампы используется для освещения. Остальная энергия уходит на выделение тепла. Рационально использовать компактные флуоресцентные лампочки, у которых нет таких недостатков. Они затрачивают на 80% меньше электроэнергии и служат в 12 раз дольше.

Управление розетками • С помощью автоматического управления розетками можно сэкономить на потраченной в пустую электроэнергии, потому как мощности будут перераспределяться более эффективно посредством данной системы. Оборудование предназначено для использования с уже работающей электросетью, поэтому нет необходимости в проведении дополнительных строительных работ. • Плюсы данной системы: 1) Можно запрограммировать каждую розетку на уникальный режим работы. 2) Легко следить, сколько каждая из розеток потребляет энергии. При превышении допустимого уровня напряжения они могут самостоятельно отключаться. 3) Электроприборы не пострадают из-за перепадов в сети. 4) Становится возможным управление работой техники, установленной и подключенной в труднодоступных местах. 5) Простое дистанционное управление. Комплексное управление энергопотреблением • Автоматическое управление энергопотреблением снизит затраты на электричество на 35%. В «Умном доме» можно установить дизель-генератор для того, чтобы обеспечить дом энергией при полной нагрузке. Особенно он незаменим, когда отключается электричество в доме. Кроме того, больше не придется переживать по поводу оставленной включенной стиральной машины или другой электрической техники в доме. • Достоинства системы: 1) возможность реализовать последовательное включение и выключение обогрева полов в разных комнатах; 2) эффективное управление электроприборами; контроль освещения дома и прилегающей территории; 3) управление радиаторами для создания необходимого уровня тепла в помещении. • Стоимость подобного комплекса может достигать 15 000 рублей на квартиру.

Социологический опрос Цель социологического опроса - оценить понимание людей проблемы расточительного использования ресурсов и, как следствие, выявить их готовность к внесению изменений. Ниже представлены результаты опроса: Считаете ли Вы высокие счета за коммунальные услуги следствием нерационального приборопользования? Да Считаете ли Вы рациональной установку систем автоматизации света, воды? Да 17% 83% Нет 13% Согласны ли Вы вложиться в общедомовые системы при условии их выгоды и более высокого качества? Да Нет 15% 87% Согласны ли вы установить у себя некоторые технологии системы «Умный дом» , позволяющие следить за расходом ресурсов вашей квартиры и корректировать его? Да Нет 24% 85% 76% Таким образом, около 80% опрошенных петербуржцев не считают большие счета за коммунальные услуги следствием неэффективного приборопользования, однако многие готовы к нововведениям.

Вывод Нами была изучена система «Умный дом» с точки зрения ресурсосбережения. Мы рассмотрели возможность применения данной системы в многоквартирных зданиях. Наша команда исследовала данный вопрос в различных аспектах: экономия воды, тепла и электричества. Помимо этого, был проведён опрос, подтвердивший реализуемость задуманных нововведений. Исходя из проведенных расчетов, была доказана целесообразность внедрения описанных нами разработок. Таким образом, проведенная работа подтверждает выгоду использования представленных технологий системы «Умный дом» .

«На коне» У Лукоморья дуб зелёный, Златая цепь на дубе, Томь. Нас пригласи, совет учёный, В свой храм науки - умный дом! Мы молоды, честны и дерзки, Артанцам доблестным под стать И аргумент имеем веский Страну Великую создать!