Способ улучшения воздушной среды закрытых помещений с использованием транспирирующих и газопоглотительных свойств комнатных растений Российский патент 2024 года по МПК F24F8/00 

Изобретение относится к гигиене, в частности к способам улучшения состояния воздушной среды в помещении с использованием транспирирующих и газопоглотительных свойств комнатных растений.

Существует несколько способов улучшения качества воздушной среды, которые имеют собственные особенности и недостатки.

Известен способ улучшения воздушной среды, включающий ежедневную подачу в помещение летучих веществ при помощи специальных дозаторов, и создание концентрации этих веществ, близкой к природной, поддержание этой концентрации в течение определенного времени (см. Фитонциды в медицине/ Макарчук Н.М. Лещинская Я.С. Акимов Ю.А. и др. Отв. ред. Гродзинский A.M. АН УССР. Центральный республиканский ботанический сад. Киев: Наукова думка, 1990.- С.5-30). К недостаткам известного способа можно отнести значительные материальные и трудовые затраты, необходимость использования специально подготовленных препаратов и дозирующего оборудования, необходимость в подготовке обслуживающего персонала.

Известен также способ улучшения, включающий размещение интактных живых растений в помещение и содержание их там в течение требуемого времени (Коверга А.Е. Дегтярева А.П. Чиркина Н.И. Кормилицин A.M. Антимикробное действие летучих веществ, выделяемых в воздух декоративными растениями в процессе жизнедеятельности. /В кн. 150 лет Государственному Никитскому ботаническому саду. Сб. науч. трудов, т.XXXVII. М. Колос, 1964. с. 214-223).

Известен способ улучшения воздушной среды помещений, включающий обработку помещения летучими веществами эфиро - масличных растений (Череватый Б., Мошанова Н.С. В сб. тезисов докладов Всесоюзной научно-практической конференции по пульмонологии, Ялта, 1981). Недостатком известных способов является отсутствие четких количественных критериев, которые позволили бы обеспечить стабильный санирующий эффект равномерно на единицу площади.

Известен способ улучшения воздуха помещений, включающий обработку помещения летучими веществами эфиромасличных растений, отличающийся тем, что для обработки используют эфирное масло растения из рода Origanum sp.(душица) в количестве не менее 300 мкг на 100 м³ помещения (патент РФ №2102085, МПК A61L 9/14, опубл. 20.01.1998 г.).

Известен способ насыщения воздуха закрытых помещений лекарственными веществами, включающий подачу воздуха в помещение с помощью воздуховода, снабженного источником лекарственных и ароматизированных веществ, подачу которых можно дозировать (пат. РФ 2039576, МПК А61М 11/00, опубл. 20.07.1995 г.).

Недостатками выше приведенных двух способов являются их дороговизна, малый спектр антимикробного действия, отсутствие комплексного воздействия на среду обитания, возможность передозировки лекарственных веществ, возникновение аллергических реакций.

Известен способ улучшения воздуха в закрытых помещениях, включающий размещение в помещении хвойных декоративных растений с густой кроной (а. с. СССР 1803679, МПК A61L 9/00, опубл. 23.03.1993 г.).

Недостатком известного способа является недостаточная эффективность улучшения воздуха помещения в связи с узким спектром выделяемых летучих веществ в воздух помещения, а также относительная дороговизна, связанная с дополнительной обработкой ультрафиолетом.

Известен способ улучшения воздуха помещений, включающий использование летучих веществ эфирномасличных растений из семейства миртовых, на примере Мирта обыкновенного (Myrtus communis) в продезинфицированной комнате в количестве, обеспечивающем общую площадь их листьев 0,55-2,00 м² на 100 м³ площади помещения (патент РФ №2080866, МПК А61К 35/78; A61L 9/00, опубл. 13.07.1993 г.). В модельных экспериментах, проведенных на микроорганизмах с различной устойчивостью, было показано, что летучие выделения Myrtus communis оказывают антимикробное действие в зависимости от количества растений на объем дезинфицируемого помещения.

Недостатком известного способа является сложность агротехнических мероприятий содержания мирта обыкновенного в зимний период в закрытых помещениях. В природе растения произрастают в местах с высокой влажностью воздуха (не ниже 50%). В помещениях с началом отопительного сезона влажность воздуха может быть ниже 20%, а это приводит к потере декоративности и фитонцидных свойств растения.

Известен способ улучшения воздуха в помещении, включающий размещение в помещении хвойных декоративных растений с густой кроной, отличающийся тем, что площадь листьев хвойных декоративных растений составляет 2,8-6,8 м², и в помещении дополнительно размещают лиственные декоративные растения с площадью листьев 0,7-1,6 м². При этом общая плотность размещения растений 0,23-0,35 шт. /м², а концентрация в воздухе выделяемых растениями аэрофолинов составляет 2,7-16,8 мг/м³. (патент РФ №2143922, МПК А61К 35/78; A61L 9/00, опубл. 10.01.2000 г.).

Недостатком известного способа является то, что указанные виды хвойных растений (сосна горная, можжевельник казацкий, пихта бальзамическая, ель канадская, кипарисовики горохоплодный и туполистный) не могут долго находиться в закрытых помещениях. Они теряют свои декоративные качества и газопоглотительные свойства, погибая через 3-6 месяцев из-за высокой температуры воздуха и низкой освещенности.

Известен способ долговременного улучшения воздуха в помещении, включающий размещение лиственных растений, в количестве 0,2-0,5 м² листовой поверхности на 1 м³ помещения согласно их биологическим требованиям к освещенности, а в качестве растений используют не менее двух видов растений, выбранных из группы, включающей офиопогон японский (Japanese ophiopogon), сансевиерию (sansevieria), кардамон настоящий (real cardamom), хлорофитум хохлатый (crested chlorophytum), гибискус китайский (chibiscus hinese), циперус (cyperus) (патент РФ №2288009, МПК A61L 9/00 опубл. 27.11.2006 г.). Japanese ophiopogon, sansevieria, cardamom размещают в частях помещения с освещенностью от 200 до 800 люкс.Chlorophytum, chibiscus, сурегшразмещают в частях помещения с освещенностью 500-3000 люкс.Кроме того, в помещении дополнительно осуществляют разбрызгивание масла лаванды и/или шалфея мускатного в количестве 0,7-1 мг/м³.

Недостатком указанного способа является недостаточно оптимальный состав растений, используемых для улучшения воздуха (количество листовой поверхности на 1 м³ составляет 0,2-0,5 м²), что требует размещения большого количества растений в ограниченном пространстве помещения, возможность передозировки и аллергические реакции от использования эфирных масел, а также повышение стоимости улучшения воздуха в помещении при использовании эфирных масел.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ санации воздуха в помещении (патент РФ №2787940, МПК A61L 9/00, опубл. 13.01.2023 г.), который включает размещение в помещении растений, способных продуцировать фитонциды, согласно биологическим требованиям к освещенности и своевременный уход за растениями в том числе их полив. Комнатные растения выбирают с учетом отсутствия их антагонистического аллелопатического воздействия друг на друга, обеспечения фитонцидной активностью, нейтрализующих воздушные загрязнители различного происхождения и продуцирующих кислород, которые размещают в виде фитомодулей в количестве 0,4-1,33 м² листовой поверхности на 100 м³ помещения при освещенности в интервале 800-2500 люкс. Почвенный корневой полив растений осуществляют талой водой комнатной температуры с отрицательным окислительно-восстановительным редокс-потенциалом ОВП соответствующим диапазону от -10 до -200 мВ и рН=7,5±0,2 с частотой полива не реже 1 раза в 3 дня. Кроме того, ежедневно опрыскивают листья растений талой водой с вышеуказанными параметрами. Размещение растений для улучшения

Однако в способе-прототипе не исследованы транспирирующие свойства фитомодулей, т.е. не изучено влияние на регулирование влажности в помещениях образовательных учреждений, а также не оптимизирована их газопоглотительная способность.

Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение улучшения воздушной среды закрытых помещений за счет очищения и транспирации воздуха в помещении путем оптимизации видового состава комнатных растений и соотношения площади их листовой поверхности.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе улучшения воздушной среды закрытых помещений с использованием транспирирующих и газопоглотительных свойств комнатных растений, включающем размещение в помещении согласно биологическим требованиям к освещенности вечнозеленых комнатных растений в виде фитомодулей, своевременный уход за растениями в том числе их почвенный полив и орошение; вечнозеленые комнатные растения выбирают с учетом отсутствия их антагонистического аллелопатического воздействия друг на друга, обеспечения фитонцидной активности, нейтрализации воздушных загрязнителей различного происхождения, продуцирования кислорода и наличия транспирирующих свойств, согласно изобретения, фитомодули содержат комнатные растения Chlorophytum comosum, Cyperus alternifolius и Sansevieria trifasciata, обладающие повышенной транспирирующей и газопоглотительной способностью с соотношением их листовой поверхности в фитомодулях составляющим 1:1:2 соответственно, обеспечивающей баланс газопоглотительной и транспирирующей способности указанных растений, которые размещают в помещении в количестве 1,0-1,4 м² листовой поверхности растений на 100 м³ помещения при освещенности в интервале 1000-3500 люкс и исходной относительной влажности воздуха в помещении 34-36%.

Описание способа улучшения воздушной среды в закрытых помещениях. Комнатные растения выбирают с учетом отсутствия их антагонистического аллелопатического воздействия друг на друга, обладающих высокой транспирирующей и газопоглотительной способностью, стимулирующих работоспособность, снижающих утомляемость человека и нейтрализующих воздушные загрязнители различного происхождения, продуцирующих кислород и увлажняющих воздушную среду. Растения размещают в виде фитомо дуля в состав которого входят: Chlorophytum comosum, Aspidistra elatior, Begonia ricinifolia, Hibiscus rosa-sinensis, Kalanchoe blossfeldiana, Coleus blumei, Murraya exotica, Nephrolepis exaltata, Sansevieria trifasciata, Cyperus alternifolius, которые размещают в помещении в количестве 1,0 м² листовой поверхности растений на 100 м³ помещения. Согласно изобретения, фитомодули содержат комнатные растения Chlorophytum comosum, Cyperus alternifolius и Sansevieria trifasciata, обладающие повышенной транспирирующей и газопоглотительной способностью с соотношением их листовой поверхности, составляющим 1:1:2 соответственно, обеспечивающей баланс газопоглотительной и транспирирующей способности указанных растений, которые размещают в помещении в количестве 1,0-1,4 м² листовой поверхности растений на 100 м³ помещения при освещенности в интервале 1000-3500 люкс и исходной относительной влажности воздуха в помещении 34-36%.

Фитомодуль - это вертикальная конструкция, преимущественно расположенная вдоль стен помещения, выполненная с учетом стилистики конкретного интерьера. Фитомодульная система размещения растений имеет преимущество перед выращиванием растений в вазонах и на подоконниках. Не раз доказывалась профилактическая роль мероприятий с использованием фитонцидных растений в оздоровлении воздушной среды помещений в условиях длительного зимнего периода (Правила внутреннего и наружного озеленения детских учреждений: Методические рекомендации для руководителей детских учреждений, гигиенистов / колл. авт.: Цыбуля Н.В., Рычкова Н.А., Чиндяева Л.Н. и др. - Новосибирск: Издательство «Арто», 2-е дополненное, 2005. 36 с).

Фитомодуль в помещении располагают вдоль стены, обеспечивающей дневной рассеянный свет при освещенности в интервале 1000-3500 люкс.

Транспирация - процесс движения воды через растение и ее испарение через наружные органы растения, такие как листья, стебли и цветки.

Почвенный корневой полив растений осуществляют талой водой комнатной температуры с отрицательным окислительно-восстановительным редокс-потенциалом ОВП соответствующим диапазону от -10 до -200 мВ и рН=7,5±0,2 с частотой полива, зависящей от вида растений и влажности почвы в горшках с растениями. Кроме того, ежедневно опрыскивают листья растений талой водой с вышеуказанными параметрами.

Растения следует обеспечить необходимым рассеянным светом (1000-3500 люкс) и температурным режимом, создать оптимальную влажность воздуха, поддерживать требуемую влажность и плодородие почвы.

Для правильного ухода и обеспечения растениям оптимальной среды обитания каждое растение рекомендуется промаркировать с указанием правильного ботанического названия. К основным обязательным агротехническим мероприятиям относятся полив, опрыскивание, подкормка, прополка и рыхление почвы, пересадка растений из меньших в большие емкости по мере их роста и развития. Частота и обилие полива зависят от вида растения, объема кашпо и величины земляного кома, состава почвосмеси, а также влажности воздуха в помещении. Растения из группы суккулентов (Sansevieria trifasciata) необходимо поливать после полного пересыхания земляного кома, а остальные растения не чаще 1 раза в 3 дня. Во время отопительного сезона ежедневно рекомендуется также проводить опрыскивание растений.

Рекомендуется проводить подкормку растений не реже 1 раза в месяц, используя органические удобрения для хорошего развития листового аппарата.

После регулярного увлажнения горшечных и кадочных культур талой водой декоративность и физиологическая активность растений улучшается в разы, а также улучшаются биохимические процессы в почве, в которой произрастают растения, повышается растворимость и биодоступность микроэлементов, содержащихся в почве. При постоянной подпитке корней биоактивной водой листья растений приобретают упругость, а их цвет становится насыщенным и сочным. Почвенный субстрат в посадочных емкостях остается рыхлым намного дольше при поливе талой водой, чем при использовании водопроводной. Применяя талую воду^{1 1}https://www.o8ode.ru/article/tawa/The_history_of_research_of_meit_water можно восстановить энергию, ускорить рост и наладить обмен веществ в комнатных растениях за счет повышения растворимости в талой воде органических и минеральных веществ. Опыты в НИИ садоводства Сибири в свое время показали, что энергия прорастания семян растений при замачивании в талой воде повышалась по сравнению с замачиванием их в обычной воде; возрастала и всхожесть с 67,2 до 82,5%. Положительная реакция семян на талую воду наблюдалась там многие годы, причем семена, стратифицированные в талой воде, во все годы наблюдений меньше поражались грибными заболеваниями в период прорастания.

Талая вода с пониженным по сравнению с природными водами содержанием дейтерия является стимулятором жизненных процессов в растениях и почве, в которой они произрастают. Дейтерий тормозит, а талая вода с пониженным содержанием дейтерия способствует обмену веществ в биологических объектах. Удаление дейтерия из воды активирует воду и биологические процессы, происходящие с ее участием.

Талую воду получают следующим образом. Водопроводную воду отстаивают в течение суток, а затем разливают в пластиковые бутыли из-под питьевой воды объемом 1,5-2,0 л. Бутыли заправляют по горлышко, закрывают винтовыми пластиковыми пробками, помещают в холодильник и выдерживают при температуре -20°С в течение 24 часов. Через 24 часа бутыли вынимают, открывают пробки. Оттаявшую воду в количестве 5-10 масс. % выливают в канализацию, а остальной лед размораживают и полученную талую воду доводят до комнатной температуры. Когда температура оттаявшей воды достигает +20°С, измеряют значения рН, ОВП и концентрацию растворенного кислорода.

Электрохимические характеристики воды измеряют прибором «Эксперт 001» фирмы «Эконикс» (Москва) с разными электродами. Величина рН измеряют стеклянным электродом ЭСК-1060, величину ОВП определяют платиновым электродом относительно хлорсеребряного электрода, концентрация растворенного кислорода - электродом Кларка. Температуру воды измеряют термопарой. Кислотность исходной воды составляет рН=7,5±0,2, окислительно-восстановительный потенциал ОВП относительно хлорсеребряного электрода ОВП_ХСЭ=+610±50 мВ. Содержание растворенного кислорода 5,4±0.2 мг/л.

В талой воде, достигшей температуры 20°С, концентрация кислорода составляет [О₂]=0,2±0,1 мг О/л. Окислительно-восстановительный потенциал ОВП_ХСЭ=-145±30 мВ. Значение кислотности не изменяется, рН=7,5±0,2.

Пример 1. Экспериментальная оценка газопоглотительной активности Chlorophytum comosum, Sansevieria trifasciata и Cyperus alternifolius и возможности их использования в организованных детских коллективах для улучшения экологии воздушной среды

Проведена экспериментальная оценка газопоглотительных свойств комнатных растений. Из изучаемых нами 10 видов растений (Хлорофитум хохлатый (Chlorophytum comosum), Аспидистра высокая (Aspidistra elatior), Бегония рицинолистная (Begonia ricinifolia), Гибискус китайский (Hibiscus rosa -sinensis), Каланхое блосфельда (Kalanchoe blossfeldiana), Колеус блюме (Coleus blumei), Мурайя экзотическая (Murraya exotica), Нефролепис возвышенный (Nephrolepis exaltata), Сансевиерия трехполосая (Sansevieria trifasciata), Циперус зонтичный (Cyperus alternifolius), данной активностью обладают Chlorophytum comosum, Sansevieria trifasciata и Cyperus alternifolius. Исследование проводилось в модельных лабораторных условиях. В качестве модельной среды использовали герметичные ингаляционные затравочные камеры объемом 200 литров, в качестве индикатора воздуха был выбран формальдегид, т.к. источниками формальдегида и других карбонильных соединений (ацетальдегида, акролеина, бензальдегида) в воздухе помещений могут быть строительные материалы, лаки, краски, декоративные покрытия, материалы, применяемые при изготовлении мебели.

В ингаляционные камеры были размещены изучаемые виды комнатных растений (Chlorophytum comosum (камера 2/1), Sansevieria trifasciata (камера 1/2) и Cyperus alternifolius (камера 2/2). Камера 1/1 - была контрольной, в ней модельные среды соответствовали по концентрациям камере 2/1, но растения в нее не помещались. Площадь листового аппарата была статичной к объему камеры и в эксперименте составляла - 0,1 м² листовой поверхности на 1 м³ воздушного пространства², ²Объем камеры - 200 л (0,2 м3), площадь листового аппарата взрослых растений Chlorophytum comosum и Cyperus alternifolius по 0,1 м2., Sansevieria trifasciata - 0.2 м2. В камеры размещали по 0,2 м2 на 0,2 м3 пространства или 0,01 м2 на 0,1 м3 и соответственно 0,1 м2 на 1 м3 т.е. в камерах размещалось по 2 растения Chlorophytum comosum и Cyperus alternifolius (с площадью листового аппарата в 0,1 м²) и 1 растение Sansevieria trifasciata (с площадью листового аппарата в 0,2 м²).

Концентрация формальдегида была динамичной для всех камер. В камеру 1/1 (контроль) и 2/1 (Chlorophytum comosum) подавался формальдегид с концентрацией от 0,011 до 0,03 мг/м³ (1,1-3,0 ПДК), всего 10 вариаций (модельных условий) с шагом в 0,001 мг/м³ от 1 ПДК до 2 ПДК и в 0,05 от 2 ПДК до 3 ПДК. В камере 1/2 (Sansevieria trifasciata) исследование проводилось в трех модельных средах, соответствующих 1,1 ПДК, 1,3 ПДК и 1,6 ПДК; для камеры 2/2 (Cyperus alternifolius) - в трех модельных средах, соответствующих 1,1 ПДК, 1,2 ПДК и 1,3 ПДК.

Предварительно были отработаны модельные условия для каждой из изучаемых концентраций формальдегида, обеспечивая поддержание стабильных значений концентрации на протяжении не менее 4 часов с фиксацией результатов и последующим размещением в камерах изучаемых растений. После размещения в камерах растений, подача формальдегида в камеры соответствовала модельным условиям, исходно поддерживающим стабильную концентрацию. Наблюдения проводились круглосуточно до снижения концентрации формальдегида до уровня ПДК и ниже с интервалом проведения измерений в 1 час. При этом продолжительность исследований была синхронизирована и соответствовала продолжительности исследования в модельных условиях с наибольшей концентрацией формальдегида (ЗПДК), в результате для модельных сред в камере 1/1 (без растений) - 24 часа; в камере 2/1 (с Chlorophytum comosum) - 38 часов; в камере 1/2 (с Sansevieria trifasciata) - 24 часа; в камере 2/2 (с Cyperus alternifolius) - 27 часов. Продолжительность исследования зависела от максимальной выбранной стартовой концентрации и соответствовала продолжительности достижения в данных условиях концентрации формальдегида в 0,01 мг/м³.

Для обеспечения должной точности результатов исследования проводились по каждой оцениваемой модельной среде с троекратным повтором. Общее количество проведенных замеров формальдегида в подготовительный период и в модельных средах составил 1841 замер ³. ³На подготовительном этапе с целью стабилизации модельных условий в двух камерах проведено 212 измерений содержания формальдегида.

На экспериментальном этапе изучения газопоглотительной способности комнатных растений проведено 1 629 замеров, в т.ч.:

- по Chlorophytum comosum проведено по 39 замеров троекратно по каждой модельной концентрации (их 10) - всего 1170 замеров;

- по Cyperus alternifolius по 24 замера троекратно по трем модельным средам (с 1,1 ПДК, 1,3 ПДК и 1,6 ПДК) - 216 замеров; по Sansevieria trifasciata (с 1,1 ПДК, 1,2 ПДК и 1,3 ПДК) -по 27 замеров троекратно по трем модельным средам -243 замера.

В течение 24 часов в камере №1/1 (контроль) концентрация формальдегида поддерживалась на уровне 0,01±0,0005 мг/м³.

В камере №2/1 (Chlorophytum comosum) исследование продолжалось 38 часов, за данный период времени в модельной среде с концентрацией в 3 ПДК содержание формальдегида было снижено до 0,01 мг/м³. При этом в модельной среде с исходной стабильной концентрацией в 1,1 ПДК концентрация была снижена до 0,01 мг/м3 за 3 часа; в 1,2 ПДК - за 6 часов; в 1,3 ПДК - за 9 часов; в 1,4 ПДК - за 12 часов; в 1,5 ПДК - за 15 часов; в 1,6 ПДК - за 18 часов; в 1,7 ПДК - за 21 час, в 1,8 ПДК - за 24 часа; в 1,9 ПДК -за 27 часов; в 2,0 ПДК - за 30 часов; в 2,5 ПДК - за 35 часов; 3,0 ПДК - за 38 часов.

В камере №1/2 (Sansevieria trifasciata) исследование продолжалось 24 часа, за данный период времени в модельной среде с концентрацией в 1,6 ПДК содержание формальдегида было снижено до 0,01 мг/м³. При этом в модельной среде с исходной стабильной концентрацией в 1,1 ПДК концентрация была снижена до 0,01 мг/м³ за 4 часа; в 1,2 ПДК - за 12 часов; в 1,3 ПДК-за 24 часа.

В камере №2/2 (Cyperus alternifolius) исследование продолжалось 27 часов, за данный период времени в модельной среде с концентрацией в 1,3 ПДК содержание формальдегида было снижено до 0,01 мг/м³. При этом в модельной среде с исходной стабильной концентрацией в 1,1 ПДК концентрация была снижена до 0,01 мг/м³ за 18 часов; в 1,2 ПДК - за 12 часов; в 1,3 ПДК - за 27 часов.

Внешний вид и темпы роста растений до и после эксперимента не менялись, признаков неблагоприятного влияния формальдегида на растение не выявлено, что может иметь определенный научный и практический интерес.

1.1. Разработка алгоритма расчтеных процедур для рационального подбора растений, обеспечивающего улучшение экологии воздушной среды и снижение концентрации формальдегида

Учитывая, что из трех видов растений, как и ожидалось, газопоглотительная активность Chlorophytum comosum была наиболее высокой, для удобства дальнейших расчетов она была принята за 1 условную единицу (у.е.), соответственно газопоглотительная активность Sansevieria trifasciata составила 0,667 у.е, Cyperus alternifolius - 0,334 у.е. Это позволило разработать расчетную таблицу по подбору растений с учетом площади помещения, экология которого требует коррекции, площади листового аппарата растений и концентрации формальдегида (табл.1).

Таблица 1. Количество часов, необходимое для доведения концентрации формальдегида в воздухе помещений до уровня гигиенического норматива при заданной площади листового аппарата (0,1 м², 0,2 м², 0,3 м², 0,4 м²) на 10 м² помещения (в часах)

С целью прикладного характера был разработан алгоритм расчетных процедур для рационального подбора растений для улучшения экологии воздушной среды и снижения концентрации формальдегида до уровня гигиенического норматива.

Так, например, было установлено, что для приведения концентрации формальдегида, превышавшей на 10% ПДК (0,011 мг/м³) к уровню гигиенического норматива (0,01 мг/м³) при установке 18 растений в групповой ячейке площадью 56 м² и высотой 3,2 м² потребуется 30 часов, при установке 9 растений - 60 часов (не менее 3 суток). Вместе с тем, превышение ПДК в 2 раза при прочих равных исходных условиях потребует для 18 растений - 300 часов (не менее 13 суток), для 9 растений потребуется - 600 часов (не менее 25 суток).

Использование Sansevieria trifasciata и Cyperus alternifolius для реализации газопоглотительной функции потребует еще большего времени для достижения необходимого результата. В том числе, для снижения концентрации формальдегида, превышавшей на 10% ПДК (0,011 мг/м³) к уровню гигиенического норматива (0,01 мг/м³) за 30 часов благодаря газопоглотительной функции Sansevieria trifasciata потребуется уже не 1,8 м² листового аппарата а 2,4 м² (12 растений с площадью листового аппарата в 0,2 м²), для Cyperus alternifolius - 3,0 м² листового аппарата (30 растений с площадью листового аппарата в 0,1 м²). Для планирования подбора растений с целью доведения концентрации формальдегида в воздухе помещений до уровня гигиенического норматива в теоретическом аспекте может использоваться газопоглотительная активность комнатных растений.

Для достижения должного газопоглотительного эффекта в помещениях с превышением содержания формальдегида рекомендуется выполнить следующие действия:

Действие №1. Провести измерения концентрации формальдегида;

Действие №2. Необходимо определиться с выбором вида комнатных растений, планируемых к установке в организации;

Действие №3. Провести измерение площади помещения;

Действие №4. Определиться с временем достижения необходимого результата с использованием таблицы 1;

Действие №5. Рассчитать количество растений, необходимое для установки в помещении с учетом площади листового аппарата одного растения.

Далее представлены примеры рационального подбора растений для улучшения экологии воздушной среды и снижения концентрации формальдегида до уровня гигиенического норматива.

Пример №1. Расчет необходимого количества Chlorophytum comosum для установки в групповой ячейке дошкольной образовательной организации площадью 56 м² после проведения ремонтных работ для снижения концентрации формальдегида с 0,013 мг/м³ до уровня гигиенического норматива в течение 30 ч.

Действие №1: 0,013 мг/м³;

Действие №2: Chlorophytum comosum;

Действие №3: 56 м²;

Действие №4: 30 ч;

Действие №5: 0,3*56/10/0,1 = 16,8 => необходимо установить 17 растений (площадь листового аппарата не менее 1,68 м²).

Пример №2. Расчет необходимого количества Sansevieria trifasciata для установки в групповой ячейке дошкольной образовательной организации площадью 56 м² после проведения ремонтных работ для снижения концентрации формальдегида с 0,013 мг/м³ до уровня гигиенического норматива в течение 30 ч.

Действие №1: 0,013 мг/м³;

Действие №2: Sansevieria trifasciata;

Действие №3: 56 м²;

Действие №4: 30 ч;

Действие №5: 0,4*56/10/0,2 = 11,0 => необходимо установить 11 растений (площадь листового аппарата не менее - 2,2 м²).

1.2. Результаты оценки экстракта листьев растений

Chlorophytum comosum после контакта с формальдегидом

Учитывая, что внешний вид и темпы роста растений до и после эксперимента существенно не менялись, совместно с институтом химической кинетики и горения им. В. В. Воеводского Сибирского отделения Российской академии наук был изучен химический состав экстрактов листьев Chlorophytum comosum до и после контакта с газообразным формальдегидом. Свободный формальдегид не был обнаружен ни в одном из образцов.

Вместе с тем, после контакта с формальдегидом в листьях наблюдались следующие метаболические сдвиги: увеличилось содержание щавелевой кислоты НООС-СООН на 74% (±5%) и общее содержание альдоз на 48% (±7%), а также содержание хинонов на фоне уменьшения суммарного содержания полифенолов; сократилось содержание моно- сахаридов - соотношение между ди- и моносахаридами до эксперимента составляло 1,0/2,5 после эксперимента - 1,0/3,3; обнаружено присутствие гексаналя, который не был обнаружен в листьях до контакта с формальдегидом. Это позволяет выдвинуть гипотезу о вовлечении формальдегида в индукцию синтеза интермедиаторов, участие в синтезе карбоновых кислот, используемых для синтеза аминокислот, белка и нуклеиновых кислот.

По литературным источникам и экспериментальным данным было установлено, что с использованием модельных лабораторных условий 3 из 10 изучаемых комнатных растений характеризуются наличием газопоглотительной активности - это Chlorophytum comosum, Sansevieria trifasciata и Cyperus alternifolius (растения расположены по мере убывания активности). Экспериментально в модельных средах были установлены закономерности скорости снижения концентрации формальдегида. Скорость зависела от газопоглотительной активности растений, суммарной площади листового аппарата и кубатуры камеры или (после пересчета) площади групповых ячеек с высотой 3,2 м. Полученные закономерности позволили разработать алгоритм адекватного корригируемой проблеме подбора растений для обеспечения газопоглотительного эффекта за заданный промежуток времени, что позволило построить расчетные таблицы, необходимые для подбора растений с целью использования их газопоглотительной активности.

Однако, процесс газопоглощения формальдегида с помощью газопоглотительной активности комнатных растений оказался длительным и требующим значительной площади листового аппарата растений на единицу площади помещений (групповых ячеек). Следовательно, газопоглотительная функция растений в части потенциального улучшения экологии воздушной среды может рассматриваться исключительно, как дополнительная форма воздействия на устранение загрязнения воздушной среды. Также установлено, что формальдегид на изучаемые комнатные растения не оказывал неблагоприятного воздействия и активизировал процессы метаболизма, индуцируя синтез интермедиаторов.

Пример 2. Экспериментальная оценка транспирирующих свойств комнатных растений на относительную влажность воздуха в помещениях

Большое значение в разработке мер по улучшению экологии воздушной среды помещений имеют климатические особенности территории. По данным Федерального государственного бюджетного учреждения «Западно-Сибирское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» (ФГБУ «Западно-Сибирское УГМС») климат в Новосибирской области - континентальный. Среднемноголетние сезонные показатели температуры воздуха в зимний период за 10 лет (2013-2022 гг.) соответствуют минус 17,5°С, в весенний период ± 3,4°С, летний период ± 18,3°С, в осенний период ± 1,9°С. Среднемноголетние сезонные показатели относительной влажности воздуха в зимний период составляли 72,2-82,4%; весной - 61,3-72,5%, летом 66,5-77,3%, осенью - 75,8-83,8%. Климат характеризуется суровой и длительной зимой, большими объемами снегопереноса, сильными ветрами, коротким световым годом. Отопительный сезон для организованных детских коллективов начинается с сентября месяца и заканчивается в мае месяце.

В соответствии с дизайном исследований для оценки транспирирующих свойств по изучаемым комнатным растениям была проведена оценка параметров микроклимата (температура воздуха и относительная влажность воздуха) в групповых ячейках, в которых были специально установлены комнатные растения.

Измерения проводились с использованием откалиброванного поверенного оборудования ФБУН «Новосибирский НИИ гигиены» Роспотребнадзора «Измеритель параметров микроклимата и углекислого газа EClerk-Есо» (Россия, г. Новосибирск). Оборудование представляет собой устройство, фиксирующее показатели в заданные временные промежутки, показывая усредненные значения оцениваемых параметров. Период осреднения показателей свободно задается пользователем. В соответствии с задачами исследования временные промежутки соответствовали 1 часу в режиме работы дошкольной организации и одному промежутку времени - вне режима работы (ночное время). Исследования проводились в зимний период времени, т.е. во время отопительного сезона. Режим проведения влажных уборок помещений и проветривания оставался стандартным и соответствовал требованиям действующих санитарных норм и правил на протяжении всего периода исследований ^4,5. ⁴СП 2.4.3648-20 "Санитарно-эпидемиологические требования к организациям воспитания и обучения, отдыха и оздоровления детей и молодежи".

⁵СанПиН 1.2.3685-21 "Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания".

Показатели температуры воздуха в помещениях составляли 22-24°С.

Исследования проводились в подготовительных, старших и средних группах детей. Для оценки показателей микроклимата использовались рабочие дни, в которых количество детей, не превышало регламентированные действующими санитарными нормами и правилами площадных показателей -не менее 2 м² на одного ребенка. Замеры параметров микроклимата фиксировались одномоментно во всех оцениваемых помещениях. В целом оценке подлежали параметры микроклимата по 10-ти групповым ячейкам.

Контрольные точки измерения параметров микроклимата соответствовали возможным уровням зоны дыхания ребенка (на уровне 10 см от пола, 70 см от пола и 150 см от пола). Результаты исследований не выявили значимых различий в показателях по высоте проведения измерений (р≥0,05). Дальнейшие исследования проводились на уровне 150 см от пола.

Параметры микроклимата фиксировались в течение 6-ти рабочих недель в 10-ти групповых ячейках. Ежедневно оценивалось 13 периодов осреднения результатов. При этом в две рабочие недели показатели микроклимата оценивались в помещениях без комнатных растений и 4 недели - в тех же помещениях после установки растений.

Средние значения показателей относительной влажности воздуха (в %) во всех групповых ячейках за период наблюдения были ниже нижнего предела гигиенического норматива, регламентированного СанПиН 1.2.3685-21, что свидетельствует об излишней сухости воздуха в помещениях для детей. Различия в средних показателях относительной влажности воздуха были статистически не значимы (р≥0,05).

Исследования транспириующих свойств растений проводилось в условиях «экологического покоя» помещения, обеспечивающего поддержание задаваемых, в т.ч. искусственно, значений относительной влажности воздуха с последующим доведением их до уровня гигиенического норматива с помощью транспирирующей способности листового аппарата комнатных растений, специально размещаемых в модельные условия. Экспериментально установлено, что наибольшей транспирирующей активностью, выражаемой в площади листового аппарата на единицу площади помещения, из числа изученных растений обладали Chlorophytum comosum и Cyperus alternifolius. У остальных изученных растений транспириующая активность была ниже на 11,1% - 45,5%». Экспериментально установлено, что для данной группы помещений коррекция значений относительной влажности воздуха до уровня гигиенического норматива с использованием растений возможна при исходном значении влажности воздуха не менее 35%, для более низких значений относительной влажности воздуха коррекция возможна при микстовых решениях или иных инженерных решениях.

2.1. Разработан алгоритм подбора комнатных растений в видовом и количественном аспектах для увлажнения воздуха в помещении с учетом среднего значения относительной влажности воздуха.

Для достижения должного транспирирующего эффекта и повышения влажности воздуха в помещениях с сухим воздухом рекомендуется выполнить следующие действия.

Действие №1. Провести измерения относительной влажности воздуха в течение не менее трех типичных дней с диапазоном измерений не реже 1 раза в час (в часы фактической работы организации), но не менее 8-ми измерений;

Действие №2. Необходимо определиться с выбором вида комнатных растений, планируемых к установке в организации;

Действие №3. Провести расчет общей минимальной площади листьев растений, необходимых для достижения должного эффекта в пересчете на 1 м² - по таблице 2;

Таблица 2. Расчет минимальной площади листового аппарата разных видов растений для достижения в помещения относительной влажности 40% и выше при разных исходных значениях относительной влажности воздуха (по экспериментальным данным)

Действие №4. Рассчитать необходимое количество растений с учетом информации о площади листьев одного растения. При этом, если получается не целое число, округление всегда проводится в большую сторону, отражая результат в целых растениях:

N - требуемое количество растений.

Пример №1: Расчет необходимого количества Begonia ricinifolia для установки в групповой ячейке дошкольной образовательной организации площадью 56 м² для достижения значения относительной влажности воздуха до 40% и выше (исходное среднее значение относительной влажности воздуха 35,0%)

Действие №1: 35,0%;

Действие №2: Begonia ricinifolia;

Действие №3: 0,0319 м² (табличное значение);

Действие №4: необходимо установить не менее 9 растений.

Пример №2: Расчет необходимого количества Hibiscus rosa-sinensis для установки в групповой ячейке дошкольной образовательной организации площадью 56 м² для достижения значения относительной влажности воздуха до 40% и выше (исходное среднее значение относительной влажности воздуха 25,0%).

Действие №1: 25,0%;

Действие №2: Hibiscus rosa-sinensis;

Действие №3:0,0841 м² (табличное значение);

Действие №4: необходимо установить не менее 12 растений.

Изобретение относится к гигиене, в частности к способам улучшения состояния воздушной среды в помещении с использованием комнатных растений. Техническим результатом является обеспечение улучшения воздушной среды закрытых помещений за счет поглощения вредных газов и транспирации воздуха в помещении путем оптимизации видового состава комнатных растений и соотношения площади их листовой поверхности. Технический результат достигается путем размещения в помещении комнатных растений в виде фитомодулей согласно биологическим требованиям к освещенности, своевременному уходу за растениями, в том числе их почвенный полив и опрыскивание; комнатные растения выбирают с учетом неприхотливости в уходе, отсутствия их антагонистического аллелопатического воздействия друг на друга, отсутствия сенсибилизирующий свойств, обеспечения газопоглотительной активности, нейтрализации воздушных загрязнителей различного происхождения, продуцирования кислорода и наличия транспирирующих свойств. Фитомодули содержат комнатные растения, которые обладают транспирирующей способностью (Хлорофитум хохлатый (Chlorophytum comosum), Аспидистра высокая (Aspidistra elatior), Бегония рицинолистная (Begonia ricinifolia), Гибискус китайский (Hibiscus rosa -sinensis), Каланхое блосфельда (Kalanchoe blossfeldiana), Колеус блюме (Coleus blumei), Мурайя экзотическая (Murraya exotica), Нефролепис возвышенный (Nephrolepis exaltata), Сансевиерия трехполосая (Sansevieria trifasciata), Циперус зонтичный (Cyperus alternifolius), из которых 3 вида растений обладают повышенной газопоглотительной способностью (Chlorophytum comosum, Sansevieria trifasciata и Cyperus alternifolius). Растения размещаются в количестве 1,0-1,4 м² листовой поверхности растений на 100 м³ помещения при освещенности в интервале 1000-3500 люкс и исходной относительной влажности воздуха в помещении 34-36%. Баланс газопоглотительной и транспирирующей способности указанных растений достигается при соотношении их листовой поверхности в фитомодулях составляющим 1:1:2 соответственно.

Способ улучшения воздушной среды закрытых помещений с использованием транспирирующих и газопоглотительных свойств комнатных растений, включающий размещение в помещении согласно биологическим требованиям к освещенности вечнозеленых комнатных растений в виде фитомодулей, своевременный уход за растениями в том числе их почвенный полив и орошение; вечнозеленые комнатные растения выбирают с учетом отсутствия их антагонистического аллелопатического воздействия друг на друга, обеспечения фитонцидной активности, нейтрализации воздушных загрязнителей различного происхождения, продуцирования кислорода и наличия транспирирующих свойств, отличающийся тем, что фитомодули содержат комнатные растения Chlorophytum comosum, Cyperus alternifolius и Sansevieria trifasciata, обладающие повышенной транспирирующей и газопоглотительной способностью с соотношением их листовой поверхности в фитомодулях составляющим 1:1:2 соответственно, обеспечивающим баланс газопоглотительной и транспирирующей способности указанных растений, которые размещают в помещении в количестве 1,0-1,4 м² листовой поверхности растений на 100 м³ помещения при освещенности в интервале 1000-3500 люкс и исходной относительной влажности воздуха в помещении 34-36%.