В статье речь идет об экологическом способе управления параметрами внутренней среды учебных помещений – медико-экологический фитодизайн (МЭФ-дизайн). Предлагается современная структура экологического управления параметрами внутренней среды помещений, включающая последовательное выполнение четырех этапов: исследование помещения, разработка проекта озеленения, реализация проекта и контроль результатов. Показано, что внедрение типового фитопроекта во внутреннюю среду учебных помещений положительно влияет на микроклимат, микробиологические показатели среды, медицинские показатели школьников, что соответствует требованиям как российских, так и международных зеленых стандартов строительства и эксплуатации зданий и сооружений. Управление параметрами внутренней среды помещений посредством озеленения представляет собой процесс организации человеком контролируемой жизнедеятельности растений в условиях внутренней среды помещений с целю повышения ее качества. Качество внутренней среды помещений на территории современных мегаполисов является одним из основных факторов, влияющих на здоровье и безопасность жизнедеятельности людей. Особого внимания заслуживают учебные помещения. Дети, находящиеся в учебных помещениях, подвергаются длительному воздействию со стороны негативных факторов внутренней среды (от 8 до 10 часов). Последние исследования показали, что внутренняя среда учебных помещений характеризуется в большинстве случаев как условно комфортная или не комфортная, так как наблюдается несоответствие основных физико-химических, биологических, визуальных и др. параметров, оптимальным нормируемым значениям, как стандартов РФ так и международных.
На сегодняшний день есть два основных пути решения экологических проблем во внутренней среде – это стандартизация и применение технологий реабилитации окружающей среды. Стандарты зеленого строительства предусматривают требования к безопасности внутренней среды зданий по микробиологическим, микроклиматическим показателям, а также газовому составу воздуха (DGNB, BREEAM, LEED, Green Star и др.). Одним из современных способов решения требований стандартов зеленого строительства является медико-экологический фитодизайн внутренней среды помещений. МЭФ-дизайн предусматривает комплексное управление качеством внутренней среды зданий и имеет доказанную эколого-экономическую эффективность. Достоинством метода является применение растений обладающих широким спектром полезных для человека свойств, в частности, бактерицидными, противовирусными, фунгицидными, лечебными, фильтрационными, увлажняющими и др..
Разработка фитопроекта озеленения внутренней среды помещений проводилась по авторской методике медико-экологического фитодизайна Некрасовой М.А., Крестининой Н.В. Все измерения параметров внутренней среды осуществлялись по стандартным методикам, а их оценка, в соответствии с нормативными документами, такими как ГОСТы, СНиПы и СанПиНы. Оценка функционального состояния организма школьников проводилась при помощи метода электропунктурой диагностики по Накатани и компьютерного комплекса «Диакомс».
Объектами исследования были выбраны помещения и учащиеся в них школьники начальных а и б классов школы № 1086 г. Москвы Юго-Западного района, а также растения, активно используемые в озеленении современных интерьеров. В ходе исследования проводились обследования одной возрастной группы школьников 1а и 1б классов в количестве 50 человек в течении нескольких лет. Выбор данной возрастной группы обусловлен отсутствием у детей вредных привычек, прямого контакта с вредными факторами производства и т.д. Поэтому эта возрастная группа наиболее достоверно отражает влияние негативных факторов окружающей и внутренней среды помещений на состояние здоровья детей.
Выбор помещений для исследований обусловлен их архитектурно-функциональным назначением, повышенным содержание болезнетворных бактерий, вспышками заболеваний ОРЗ и ОРВИ в ноябре и феврале месяце, а так же постоянным присутствием в них фиксированного числа детей, занятых умственным трудом.
Выбор растений для исследований базировался на опыте полученном ранее и анализе литературных данных. Был составлен список растений, необходимый для решения поставленных в работе задач: Anthurium andreanum, Aglaonema commutatum, Spathiphyllum wallisii, Monstera deliciosa, Hedera helix, Aechmea fasciata, Begona Cleopatra, Begonia lucerna, Maranta tricolor, Hibiscus, Coffea Arabica, Howea belmoreana, Nephrolepis, Chlorophytum comosum vittatum, Ficus benjamina, Laurus nobilis, Pelargonium graveolens hort, Pelargonium grandiflorum, Euonymus, Clivia miniata, Rhoicissus rhomboidea, Saintpaulia, Dracaena marginata, Dracaena fragrans, Hoya carnosa, Peperomia obtusifolia, Citrus limon, Kalanchoe Blosfelda, Crassula portulacea, Kalanchoe pinnata, Clerodendron Thomsonae, Тradescantia, Scindapsus aureus, Cyperus alternifoius, Codiaeum reidii, Gloxinia.
В соответствии с предложенной структурой управления параметрами внутренней среды помещений были проведены экологические исследования выбранных помещений до начала МЭФ-дизайна. Гигиенический мониторинг основных параметров внутренней среды и медицинский мониторинг функционального состояния организма школьников выявили:
1. Исследуемые помещения имеют стандартное архитектурно-планировочное решение присущее всем общеобразовательным учебным учреждениям г. Москвы. Здесь учтены все гигиенические требования к условиям обучения в общеобразовательных учреждениях СанПиНе 2.4.2.1178-02.
2. Значения параметров микроклимата (температура, относительная влажность) не соответствуют гигиенические требования, предъявляемые к условиям обучения в общеобразовательных учреждениях. У детей отмечается «сухое» раздражение глаз, заложенный нос, сухость кожи и слизистых оболочек дыхательных путей.
- Хромато-масс-спектрометрический анализ воздушной среды показал наличие, таких химических соединений как бензол, толуол, этилбензол, ксилол, циклогексан, бутанол и др. Концентрации этих веществ в воздухе не превышают предельно допустимых.
- Уровень бактериальной обсемененности в обоих помещениях составляет 4500 КОЕ/м3.
- Функциональное состояние организмов учащихся 1б характеризуется повышенной активностью тонкой и толстой кишки, лимфатической системы, а так же снижением интеллектуального и повышением физического уровней.
- Отмечается увеличение числа случаев заболеваний ОРЗ и ОРВИ в ноябре, феврале месяце, что характерно для всех учебных учреждений.
В соответствии с выявленными проблемами был разработан фитопроект в котором растения, обладают фитонцидной активностью, способностью увеличивать влажность воздуха и не требовательные к условиям среды.
После реализации фитопроекта в опытном классе школы №1086 были инструментально установлены изменения микроклиматических параметров внутренней среды помещений, бактериальной обсемененности воздуха, визуальной среды и химического состава воздуха вызванные озеленением.
По результатам исследований установлено, что после реализации фитопроекта в фитоклассе параметры микроклимата изменились. Температура воздуха во всех исследуемых помещениях осталась на прежнем уровне. Относительная влажность воздуха увеличилась в помещении б 1086 (фитопроект), в то время как в а 1086 осталась на прежнем уровне. В первый год экспозиции растений (2003-2004) относительная влажность воздуха изменилась с 35-40 % до 45-50 %. В последующие годы относительная влажность воздуха достигла 45-55 %. Зафиксированное увеличение относительной влажности воздуха в исследуемом помещении обусловлено применением увлажняющих растений: Anthurium andreanum, Aglaonema commutatum. Spathiphyllum wallisii, Monstera deliciosa, Hedera helix, Aechmea fasciata, Begona Cleopatra, Begonia lucerna, Maranta tricolor, Hibiscus, Coffea Arabica, Howea belmoreana, Nephrolepis, Clerodendron Thomsonae, Тradescantia.Увеличение относительной влажности на второй год экспозиции растений и поддержанием заданного уровня в последующие годы связано с постепенной адаптацией растений к новым условиям среды и постепенным появлением нового прироста (период распускания), обладающего максимальной способностью выводить водяной пар. В результате эксперимента было установлено, что относительная влажность воздуха учебного помещения б 1086 после реализации в нем фитопроекта увеличилась в среднем на 10 – 15 %.
Мы исследовали влияние озеленения на микрофлору учебных помещений в период осеннего увеличения заболеваемости учащихся. С этой целью при разработке фитопректа было использовано 40% растений с ярко выраженной фитонцидной активностью. К так растениям относятся (Казаринова, Ткаченко2003): Anthurium andreanum, Aglaonema commutatum, Hedera helix, Begona Cleopatra, Begonia lucerna, Ficus benjamina, Laurus nobilis, Pelargonium graveolens hort. Pelargonium grandiflorum, Euonymus, Citrus limon, Kalanchoe Blosfelda, Crassula portulacea, Kalanchoe pinnata, Тradescantia.
После реализации фитокласса, в соответствии с разработанными рекомендациями, количество бактерий и грибов в нем сократилось примерно в два раза и составило в среднем 1931±178 КОЕ/ м3 и 1252±116 КОЕ/м3 (рис. 3). Количество бактерий и грибов в контрольном классе осталось на прежнем уровне.
В результате эксперимента было установлено, что снижение общего количества бактериальной микрофлоры (бактерицидный эффект) воздуха в учебном помещении школы № 1086 после введения растений составило 56 %, а грибов 70 %. Уменьшение количества микроорганизмов в воздухе экспериментальных классов связано с выделением растениями летучих фитоорганических веществ, в том числе и фитонцидов.
При оценке визуальной среды учебного помещения было выявлено наличие незадекорированных прямых улов и небольшой процент гомогенных поверхностей. После реализации фитопроекта МЭФ-дизайна визуальная среда может характеризоваться как комфортная. Были полностью устранены гомогенные поля, прямые углы и компенсированы гладкие однородные поверхности.
Исследования функционального состояния организма школьников, а именно сравнительный анализ карт «Диакомс» до и после МЭФ-дизайна показал, что средний ток пришел в комфортную норму. Сохранились доминирующие отклонения в эндокринной и пищеварительной системах, незначительно снизилась активность сосудистой системы и сердца (рис. 4). Наряду с этим возросла общая функциональная активность организмов школьников, увеличилась адаптационная способность организмов, на это указывает нормализация активности мочевого пузыря и поджелудочной железы/селезенки.
Анализ данных медицинских справок, предоставляемых классному руководителю и в медицинский кабинет школы показал, что наибольшее количество случаев заболеваний ОРЗ и ОРВИ наблюдалось в контрольном классе на протяжении всего периода исследований, значение показателя заболеваемости учащихся в пересчете на 100 человек в данной группе не превышал средних показателей для данных возрастных групп детей. Итоговые результаты исследований заболеваемости школьников в школе № 1086 представлены в таблице 1, возрастные группы отмечены цветом.
Таблица 1
Количество случаев заболеваний в течение учебного года
| № п/п | Учебный год | Показатель на 100 человек | Средние показатели заболеваемости учащихся на 100 человек | |
| Фитокласс школы №1086 | Контрольный класс школы №1086 | |||
| 1 | 2003-2004 | 63 | 99 | 90-95 |
| 2 | 2004-2005 | 38 | 73 | |
| 3 | 2005-2006 | 68 | 103 | 75-80 |
| 4 | 2006-2007 | 31 | 73 | |
Примечание: возрастные группы, желтый – дети от 6-8 лет, оранжевым 8-10 лет.
Исключение составил учебный год 2005-2006, когда было отмечено максимально число заболеваний во всех исследуемых классах, что может быть связано с эпидемиологически- неблагоприятной обстановкой в городе в целом. Меньше всего случаев заболеваний отмечалось в фитоклассе школы №1086. В сравнении с контрольной группой, дети на протяжении всего времени исследований, болеют ОРЗ и ОРВИ в 2 раза меньше. Анализ случаев заболеваний за четыре года показал, что в контрольном классе отмечается большее число случаев заболеваний ОРЗ или ОРВИ, протекающих с осложнениями, такими как бронхит, энтерит, ларинготрахеит и др по сравнению с фитоклассами
Оценка продолжительности болезни у детей обоих классов выявила, что дети в фитоклассе болеют на 1-2 дня меньше, при ОРЗ и ОРВИ, чем дети в контрольном классе.
В ходе исследований был получен «индекс здоровья детей исследуемых классов (табл. 2).
Таблица 2
Количество детей, не болевших ни разу в течение учебного года (“индекс здоровья”)
| № п/п | Учебный год | Показатель на 100 человек | Средние показатели заболеваемости учащихся на 100 человек | |
| Фитокласс школы №1086 | Контрольный класс школы №1086 | |||
| 1 | 2003-2004 | 35 | 0 | 6-12 |
| 2 | 2004-2005 | 60 | 24 | 6-12 |
| 3 | 2005-2006 | 31 | 0 | 12-15 |
| 4 | 2006-2007 | 68 | 26 | 12-15 |
Наибольшим индексом здоровья обладают дети фитокласса школы №1086, что может быть связано с повышением неспецифической резистентности организма учащихся.
Для выявления способности растений поглощать или выделять химические вещества был проведен хромато-масс-спектрометрический анализ до и после введении растений в учебное помещение. После проведения МЭФ-дизайна в воздухе учебного помещения были обнаружены компоненты эфирных масел такие как: альфа-пинен, альфа-терпинен, бета-пинен, гамма-терпинен, изопропенилтолуол и т. п. Возможно, наличие этих веществ и определило фитонцидную активность растений задействованных в проекте. Такие вещества как бензол бутилацетат, 1,3-диметилбензол, 1,2-диметил-4-этилбензол, деканаль6,10-диметил-5,9-ундекадиен-2-он, дибутилфталат и др. не были обнаружены в воздухе учебного помещения после медико-экологического фитодизайна, что может связано со способностью растений использовать их процессе своей жизнедеятельности.
Наблюдения за ритмом роста и общим состоянием растений в фитопроекте позволили установить жизненные циклы растений используемых в фитопроекте учебного помещения школы № 1086. Средний прирост растений в фитопроекте составил 37, 6 % (рис. 6). Величина прироста растения позволила нам провести оценку ассортимента используемых растений и выделить наиболее подходящие для выращивания в данных условиях внутренней среды помещения.
В фитопроекте растения, входящие в фитокомпозиции не потеряли в основной своей массе декоративных качеств. За время существования предложенных композиций количество выпавших прихотливых и не прихотливых растений составило по 3% от общего количества растений. Небольшой процент выпавших растений в фитоклассе МЭФ-проекта может свидетельствовать об эффективном подборе растений по разработанным нами рекомендациям.
По окончанию четырех лет эксплуатации проекта была проведена оценка эколого-экономической эффективности, получаемой от реализации озеленительных мероприятий в учебном помещении школы № 1086 (Табл. 3). Эколого-экономическая эффективность была рассчитана как разность между выгодами и затратами: где:
Э- эколого-экономическая эффективность полученная от реализации фитопроекта или другого экологического проекта, T период существования проекта, З – затраты на фитопроект, B – прибыль полученная от фитопроекта в результате сокращения пропущенных дней по причине болезни школьника.
Прибыль полученная от реализации проекта была выражена как разность между количеством пропущенных дней по причине болезни ребенка в контрольном (д2) и опытном (д1) классах умножаемая на среднюю заработную плату за день одного члена семьи за расчетный период (Аt),
B = (д2 – д1)* Аt.
Из таблицы следует, что эколого-экономическая эффективность от реализации фитопроекта в школе №1086 составила за 4 года работы 134 292 рубля, при затратах в 13 682 рублей. Срок окупаемости проекта составил год.
Таблица 3
Эколого-экономическая эффективность МЭФ-проекта
| № п/п | Наименование показателей | МЭФ-проект | |||||
| 2003-2004 | 2004-2005 | 2005-2006 | 2007-2008 | ||||
| 1 | Оттоки | ||||||
| Затраты на создание и поддержание проекта, руб. | 11000 | 445 | 932 | 1305 | |||
| Сумма затрат за 4 года, руб. | 13682 | ||||||
| Притоки | |||||||
| 2 | разность между количеством пропущенных дней по причине болезни ребенка в контрольном (д2) и опытном (д1) классах (д2 – д1) | 77 | 59 | 78 | 61 | ||
| Средняя заработная плата одного члена семьи в день, руб./день | 391 | 490 | 586 | 709 | |||
| Прибыль полученная от реализации проекта B = (д2 – д1)* Аt. | 30107 | 28910 | 45708 | 43249 | |||
| Суммарная прибыль за четыре года, руб. | 147974 | ||||||
| Чистый доход от реализации проекта | 19107 | 28465 | 44776 | 41944 | |||
| Суммарная чистая прибыль за четыре года, руб. | 134 292 | ||||||
| Индекс доходности затрат | 10,82 | ||||||
В ходе реализации проекта озеленения внутренней среды учебных помещений было установлено изменение ряда исследуемых параметров среды в сторону их оптимизации. Применение определенного числа растений в озеленении внутренней среды помещений позволяет изменять относительную влажность воздуха, выводя их в область оптимальных или допустимых значений. Изменения относительной влажности воздуха под действием озеленительных мероприятий составило 10-15 % в фитоклассе. В результате озеленения, происходит нормализация функционального состояния организма ребенка и наблюдается снижение заболеваемости в фитоклассе в два раза по сравнению с контрольным. Подтверждено бактерицидное и фунгицидное действие растений по отношению к микрофлоре воздуха. Отмечено снижение обсемененности воздуха на 60-70% в фитоклассе. Показано, что озеленение внутренней среды помещений способствует улучшению визуальной среды помещений. Полученные результаты, а так же наблюдения за ритмом роста и общим состоянием растений в фитоклассе, показали эффективность применения системы управления параметрами внутренней среды помещений, как для растений, так и для человека.
Таким образом, управление параметрами внутренней среды учебных помещений посредством озеленения способствует улучшение санитарно-гигиенических показателей среды, повышается неспецифическая резистентность организма, что приводит к снижению заболеваемости детей или уменьшению количества дней болезни.
По материалам статьи М.А. Некрасовой, Н.В. Крестининой