Курс лекций по дисциплине «безопасность жизнедеятельности» для специальности иаб (Архитектура) 1-й
| Вид материала | Курс лекций |
- Курс лекций по дисциплине «безопасность жизнедеятельности» (для специальности иаб архитектура), 2319.78kb.
- Курс лекций по дисциплине «безопасность жизнедеятельности», 2260.76kb.
- Примерная программа наименование дисциплины «Безопасность жизнедеятельности» Рекомендуется, 247.55kb.
- Курс лекций по дисциплине «безопасность жизнедеятельности», 1553.02kb.
- Рабочая программа по дисциплине «безопасность жизнедеятельности» для специальности, 565.42kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины «промышленная экология региона», 229.54kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины «системы зашиты среды обитания», 434.41kb.
- Конкурс дипломных проектов по специальности 280101 «Безопасность жизнедеятельности, 110.05kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины сд. 13 Информационные технологии в управлении, 340.61kb.
- Конспект лекций по курсу «безопасность жизнедеятельности», 1352.02kb.
Т а б л и ц а 2
| Группы химических веществ | Источники загрязнения почв | |||||
| Промыш-ленность | Комму-нальное хозяйство | Транспорт | ТЭЦ | АЭС | Сельское хозяйство | |
| Тяжелые металлы и их соединения | + | + | + | + | ─ | + |
| Циклические углеводороды, бенз(а)пирен | + | + | + | + | ─ | + |
| Радиоактивные вещества | + | + | ─ | + | + | ─ |
| Нитраты, нитриты, фосфаты, пестициды | ─ | + | ─ | ─ | ─ | + |
Геоморфологические условия и, в частности, техногенные изменения природного ландшафта на территории, нужно выделить в отдельную проблему. Для градостроительной экологии имеют значение особенности форм рельефа, крутизна и незыблемость откосов, рукотворные изменения поверхности земли. Терриконы пустой породы при угольных шахтах, карьеры в местах добычи полезных ископаемых открытым способом, провалы и прогибы на поверхности земли, образовавшиеся в результате обрушения крыши подземных выработок, весьма существенно меняют рельеф местности.
На дневной поверхности (как геологи называют границу земной коры и атмосферы) таких рукотворных насыпей и выемок, существующих многие годы, не образуется почвенный покров. В результате возникают так называемые «лунные ландшафты», создающие негативный «психологический климат», отрицательно влияющий на людей.
Геохимические аномалии в литосфере отражают на картах. По степени геохимического загрязнения территории делят на три группы: с высокой, средней и низкой степенью загрязнения.
Геологические и гидрогеологические условия нарушаются в результате градостроительной деятельности на многих территориях. Возникают геолого-динамические процессы, которые чреваты не только нарушением рельефа, но могут привести к катастрофам. К числу этих процессов относят такие, как просадки и провалы, карстовые явления (связанные с растворением природными водами горных пород) и суффозионные процессы (выщелачивание, вынос мелких минеральных частиц и растворимых веществ водой), оползни и оврагообразование.
Просадки могут быть следствием рукотворного нарушения природного гидрогеологического баланса. Они возникают, например, при неумеренном заборе из подземных горизонтов воды для бытовых и хозяйственных нужд.
Провалы часто возникают на подработанных шахтами и другими подземными выработками территориях. В мире имеют место случаи, когда в провалы, образовавшиеся над неправильно законсервированными шахтами, оседали целые населенные пункты.
Карстованию подвержены территории около 400 городов России. Карстовые провалы возникают в результате движения подземных вод в известняках и других нестойких породах, например таких, как гипс, доломит или соли, фильтрационно выносимые водой из толщи пласта. В городах этот процесс чаще всего является следствием техногенного нарушения водоупорных пород выработками, буровыми и свайными скважинами. Через них вода проникает в карстовые породы.
Карстовые нарушения распространены неравномерно. Каналы в породах приобретают причудливые формы, и их трассы трудно проследить геологическими изысканиями. Поэтому никогда нельзя быть уверенным, что под любым участком земли, расположенным в карстовой области, нет скрытых пустот, иногда заглубленных на 70—80м.
Суффозионные процессы характерны для наносных мелкозернистых грунтов. Вода, попадающая вследствие техногенного нарушения геологического строения на местности и движущаяся с высокой скоростью, вымывает из них мелкие частицы, и грунты теряют часть своей прочности.
Возможны просадки лессовидных грунтов, сложенных из принесенных ветром мельчайших обломков кварца, полевого шпата, кальция и слюды. В сухом состоянии лесс обладает значительной прочностью, но при увлажнении утрачивает значительную ее часть, поскольку вода, как правило, нарушает сцепление частиц и пористую структуру отложений. Возникает процесс прогрессирующего разрушения, приводящий к значительным просадкам породы, составляющим до 10% мощности слоя. Известны случаи понижения уровня дневной поверхности из-за описываемого явления, достигающие 4,5 м.
Не менее опасны оползневые явления, часто протекающие в результате техногенной деятельности в городах, нарушения природного состояния геологических пород. Предотвращение оползней — одна из важнейших экологических задач градостроительства, тем более что в России территории около 200 городов подвержены этому явлению.
Сползание геологических пород характерно для крутых склонов, где поверхность имеет уклон более 30%, но сползают и так называемые подошвенные слои на почти горизонтальном рельефе. Такой оползень наблюдали в Подмосковье у рек Пахры и Москвы при уклоне всего 18%. Аналогичный оползень имел место в Англии.
Причины сползания и оплыва пород разнообразны, но не последнее место занимают подгрузка склонов застройкой и другая человеческая деятельность, например подработка склонов. Подтопление подземными водами и увлажнение поверхностными являются катализатором оползней, поэтому не случайно рельеф нарушается у рек, крупных водоемов и морей. Обычно сползают наносные породы, но есть примеры, хотя и довольно редкие, оползней в твердых, например известняках.
Овраги образуются за счет струйчатой эрозии, вызванной периодическим действием водных потоков, образующихся во время таяния снега или обильных дождей. Рукотворное изменение системы поверхностных водотоков и уничтожение растительности на склонах усугубляет процессы оврагообразования.
Появление оврагов— довольно длительный процесс. Сначала на местности появляются вытянутые в сторону стока промоины, называемые депрессиями рельефа. Потом они углубляются и принимают различные формы. Образуются боковые ответвления — отвершки, представляющие собой маленькие овражки. Овраги могут быть также следствием динамичных сдвигов рельефа и сползания откосов.
Подтопление территорий, как правило, является следствием человеческой деятельности. Гидрогеологический режим изменяется при ликвидации болот, этого естественного испарителя грунтовых вод. Поэтому засыпкой болота стимулируется нарушение режимов испарения и естественного водообмена на прилегающей территории.
Большие заасфальтированные площади, засыпанные овраги и балки также изменяют природные условия испарения влаги и движения фильтрационных стоков на местности. В этих случаях возможно не только повышение уровня грунтовых вод. Стоки, загрязненные выбросами автомобильного транспорта и жидкими отходами производств, попадают в эти воды и делают их токсичными. Такое загрязнение влечет за собой последствия. Во-первых, подземные воды становятся непригодными для использования в бытовых и хозяйственных целях. Во-вторых, загрязненные верховодки препятствуют озеленению территорий, так как деревья гибнут из-за солей, содержащихся в почве. В-третьих, воды глубоких водоносных слоев становятся агрессивными для подземных коммуникаций и геологических пород, увеличивают скорость их разрушения, что может привести к выходу из строя инженерных систем, просадкам и провалам поверхности на больших территориях.
На территориях, инженерно благоустроенных много лет назад, возникает другая проблема. Длительная эксплуатация подземных водопроводящих инженерных сетей без должного профилактического ремонта и вследствие этого в значительной степени изношенных создает крайне неблагоприятную экологическую ситуацию. До 20% транспортируемой жидкости попадает в грунты и вызывает не только повышение уровня подземных вод. Канализуемые стоки становятся агрессивными к окружающей геологической среде, засоряют грунты и почвы токсичными веществами.
Геофизические нарушения литосферы отражают на картах территорий. По степени геологического риска их делят на четыре группы: чрезвычайно опасные весьма опасные, опасные и малоопасные.
Гидросфера и человеческие поселения взаимодействуют в нескольких направлениях. Без воды компоненты биосферы не могут существовать. Например, современному человеку для обеспечения нормальной жизнедеятельности нужно воды примерно 300 л/сут. В расчете на численность человечества, заселяющего землю, ее потребление в тысячу раз меньше, чем устойчивый сток всех рек в мировой океан за это же время (1 млн. м3).
Расчеты показали, что в настоящее время в мире используется не более 10% пресной воды. Тем не менее острота проблемы ощущается
Проблема усложняется еще и тем, что водные ресурсы на земном шаре распределены неравномерно. Кроме того, имеет место загрязнение водоемов сточными водами. После очистки требуется их 5-, 10-кратное разбавление, только тогда вода будет пригодна к дальнейшему употреблению.
Объем стоков возрастает по мере роста населения и урбанизации общества. Через 50—70 лет для разбавления стоков вторичной воды, сбрасываемой в водоемы после очистки, потребуется не менее половины стока рек всего земного шара.
Градостроительные факторы кардинально влияют на гидросферу. Различают два вида техногенного вмешательства в природный баланс поверхностных вод: 1) изменение режима водотока; 2) загрязнение водных бассейнов.
Водные режимы нарушаются на территориях городов при спрямлении естественных русел водотоков, устройстве каналов, каскадов водоемов. На гидрологическую ситуацию влияет заключение малых рек и ручьев в коллекторы, что имеет место во многих крупных городах, устройство набережных стенок с подсыпкой и градостроительным освоением прибрежных пойм.
Причиной увеличения притоков на определенных направлениях может служить прекращение фильтрации воды в грунты из-за покрытия асфальтом значительных площадей. Обводнению территорий способствует осушение болот. Функционирование предприятий водоемких отраслей промышленности также является причиной нарушения природных гидрологических режимов. Примером может служить электроэнергетический комплекс — один из водоемких. Для работы ГЭС создают водохранилища. В них плотинами поднимают уровень воды на десятки метров. Этим кардинально нарушается водный баланс, затапливаются значительные территории суши, дополнительно подпитываются подземные горизонты, увеличиваются напоры и скорости движения вод. Появление водохранилищ и рукотворных морей изменяет климат в целых регионах, делает его более влажным. Подтапливаются целые массивы застройки в городах.
В технологическом процессе ТЭЦ для охлаждения агрегатов потребляют огромное количество воды. После использования ее сбрасывают в открытые водоемы, чем нарушается их тепловой баланс. Если же не проведена предварительная обработка такой воды, то в природу попадают продукты сгорания, химические соединения и другие вещества.
Загрязнение гидросферы в результате градостроительной деятельности связано, прежде всего, с использованием всех видов транспорта. В основном загрязнение поверхностных водоемов автотранспортом происходит в процессе ливнестока с городских территорий. В большинстве городов этот вид стоков не очищается. Только в некоторых крупных городах в последние годы системы дождевой канализации стали оснащать очистными сооружениями.
Загрязнение гидросферы сооружениями железнодорожного и воздушного транспорта имеет локальный характер. Это в основном места мойки подвижного состава, ремонта и заправки.
Водный транспорт загрязняет водотоки и водоемы нефтепродуктами, балластными водами и хозяйственными стоками судов. Скоростные суда наносят вред флоре и фауне, поскольку они вырабатывают волны большой энергии, которые повреждают придонную и прибрежную растительность.
Угроза загрязнения нависла и над морями, особенно в акваториях портов. В крупных городах мира они превращаются в мертвые зоны, поскольку здесь природная среда деградировала.
Третий фактор загрязнения гидросферы — это недостаточная очистка жидких отходов хозяйственно-фекальной и промышленной канализации. В городах России (за редким исключением) до сих пор используют устаревшие очистные сооружения. Они не полностью очищают стоки. В водоемы попадают экологически небезопасные, а иногда и токсичные элементы. С процессом стагнации отечественного производства, вызванным переходом на новые формы хозяйствования, в последнее время содержание этих элементов в сточных водах сократилось, что следует из данных табл. 3.
Таблица 3
| Вещества химического загрязнения | Содержание веществ, тыс. т. в российских сточных водах разных лет | |
| 1992 г. | 1996 г. | |
| Соединения: меди | 0,9 | 0,2 |
| железа | 51,2 | 19,7 |
| цинка | 1,6 | 0,8 |
| фосфора | 60 | 32,4 |
| Нефтепродукты | 34,9 | 9,3 |
| Взвешенные вещества | 1090 | 618,6 |
| Фенолы | 0,22 | 0,08 |
Гидросфера загрязняется не только стоками. Возможен атмосферный перенос в виде оседающей на водную поверхность пыли. В табл. 4 для примера приведены данные об опасных химических веществах, попадающих в мировой океан.
Таблица 4
| Химические вещества | Загрязнение, т/год | |
| Сток с суши | Атмосферный перенос | |
| Свинец | (1—20) 105 | (2—20) 105 |
| Ртуть | (5—8) 103 | (2—3) 103 |
| Кадмий | (1— 20)103 | (5—40) 102 |
Рассматривая факторы загрязнения гидросферы, нельзя не остановиться на воздействии пестицидов и гербицидов, применяемых в сельском хозяйстве и влияющих на глобальное состояние гидросферы. Насчитывают сотни тысяч разновидностей этих искусственных соединений.
Большинство из таких соединений, попадая в естественную среду, остаются за пределами естественного круговорота веществ, поэтому они накапливаются в придонном иле, воде озер и рек. Накопление органики, нитратов и фосфатов влечет за собой так называемое вторичное загрязнение. Его суть заключается в стремительном развитии простейших водорослей. Отмирая и перегнивая, они поглощают свободный кислород. Нормальное течение биологических процессов нарушается, что ведет к гибели рыбы и ухудшению химического состава воды.
Аналогичные явления наблюдают и при сбросе технологических вод пищевых производств. Недостаточно очищенные, они несут в себе органические вещества и отрицательно влияют на гидросферу.
Еще на одну особенность поверхностных вод следует обратить внимание. Это способность водных ресурсов к самоочищению и сохранению экологического равновесия. Критериями возможности обеспечения такого равновесия является соблюдение нормативных значений ПДК.
Деление гидросферы на поверхностные и подземные воды весьма условно. По закону сообщающихся сосудов они влияют друг на друга. Это взаимодействие изучается в двух родственных дисциплинах: гидрологии и гидрогеологии. Аномалии в гидросфере отражают на картах районов, агломераций и городов.
По состоянию водного бассейна территории комплексно оценивают, стратифицируя на четыре уровня: зоны с благоприятными условиями, условно благоприятными и неблагоприятными..
Загрязнение атмосферы есть функция самых различных процессов, протекающих на земле, — естественных и искусственных.
Естественное загрязнение имело место и до появления человеческих цивилизаций. Целый ряд явлений природы, в том числе лесные пожары и пыльные бури, извержения вулканов и газовые выделения из толщи земной коры, всегда будут характерны для некоторых регионов нашей планеты.
С увеличением популяции и концентрацией населения в городах, индустриализацией и развитием транспорта на естественное загрязнение наложились антропогенные выбросы. Достаточно рассмотреть последствия воздействия углекислого газа (диоксида углерода).
В атмосферу ежегодно попадает до 20 млрд. т этого газа техногенного происхождения. Зеленые насаждения не способны переработать такое количество газа, поэтому за последние десятилетия содержание СО2 в воздухе увеличилось на 12%. При дальнейшей концентрации создается угроза парникового эффекта, в результате которого возможен разогрев земной поверхности на несколько градусов. Как следствие этого начнут таять полярные льды, что приведет к повышению уровня мирового океана на десятки метров. Как предполагают ученые, будет затоплена часть суши, сейчас возвышающаяся над океаном менее чем на 70 м.
Тепловой эффект наблюдается и на уровне городских поселений, где имеет место добавочный нагрев атмосферы. Установлено, что в центре крупного города температура воздуха на 1,5—2°С выше, чем на его периферии.
Загрязнение химическими веществами имеет локальный характер. Выбросы экологически вредных металлургических, химических и других предприятий способны образовать несвойственные естественной атмосфере токсичные соединения (табл. 5). Из года в год они все более интенсивно воздействуют не только на биосферу, но могут стимулировать разрушение абиотических элементов природного и искусственного происхождения. Интенсивно выветриваются горные породы, подвергаются коррозии металлические и каменные элементы зданий и сооружений.
Т а б л и ц а 5
| | Вещество | Выбросы, млн. т | Доля антропогенных выбросов, % | |
| естественные | антропогенные | ||
| Пыль | 3700 | 1000 | 27 |
| Оксид углерода | 5000 | 304 | 5,7 |
| Углеводороды | 2600 | 88 | 3,3 |
| Оксиды азота | 770 | 53 | 6,5 |
| То же, серы | 650 | 100 | 6,5 |
| Диоксид углерода | 485000 | 18300 | 3,6 |
Наиболее напряженная ситуация складывается в городах с монофункциональной градостроительной базой, где основой такой базы служат отмеченные выше вредные предприятия. В городах, особенно крупных и крупнейших, городской транспорт является основной причиной загрязнения атмосферы. В промышленно развитых странах на его долю приходится до 80% попадающих в воздух выделений и только 30% — на долю промышленности. Так, в Москве транспорт ежедневно выбрасывает в атмосферу более 4,5 тыс. т вредных веществ (табл. 6).
Таблица 6
| Загрязняющие вещества | Объем выбросов, тыс. т/сут, от автомашин с двигателями | ||
| бензиновыми | дизельными | всего | |
| CO | 3,21 | 0,34 | 3,55 |
| CH | 0,58 | 0,15 | 0,73 |
| NOx | 0,18 | 0,09 | 0,27 |
| Сажа | 0,004 | 0,04 | 0,044 |
| И т о г о | ~3,98 | 0,62 | ~4,60 |
Атмосфера является самой подвижной средой биосферы. Массы воздуха не только стоят «шапками» над городами, но и переносятся ветрами на большие расстояния. В зависимости от метеорологических условий локальные очаги загрязнения могут влиять на экологическую обстановку в целых регионах. Поэтому, решая проблемы строительства и реконструкции городов, градостроители рассматривают вопросы экологии и охраны среды в глобальных масштабах (на уровне континентов, группы и отдельных стран). Внутри страны их решают на разных территориальных уровнях: регионов, их административно-хозяйственных районов, агломераций, городов и их районов.
Фундаментальные экологические требования к строительству урбанизированных территорий определяют основные направления развития архитектурно-строительного процесса:
- экологически целесообразное регламентирование и перераспределение антропогенных нагрузок и воздействий на природную среду (в целях установления и поддержания экологического равновесия между естественными и искусственными компонентами) посредством ужесточения природоохранного законодательства в области строительства, экологического зонирования территорий, ограничения плотности населения в соответствии с экологическими характеристиками ландшафтов. Перехода к мало- и безотходным промышленным и строительно-эксплуатационным технологиям, которые не вызывают значительных изменений физико-химических параметров среды, и прежде всего, грунтов и почв (их плотности, воздухо- и влагонасыщенности, химического состава и т.д.);
- снижение объемов потребления исчерпаемых энергетических и других природных ресурсов, а также высокоэнергоемких материалов в нуждах строительно-эксплуатационной деятельности посредством их экономии за счет сокращения потерь при производстве, транспортировке и расходовании. Совершенствования градостроительных, объемно-планировочных, конструктивных, инженерно-технических решений, в частности, на основе оптимизации сроков эксплуатации объектов в соответствии с прогнозируемыми темпами их функционального и морального старения. Утилизации вторичных ресурсов, а также ориентации на широко распространенные (в частности, местные) и возобновляемые ресурсы (наиболее популярным строительным материалом сегодня вновь становится древесина, известные недостатки которой удается устранять с помощью современных технологий ее обработки);
- повышение психофизиологического комфорта жизнедеятельности людей посредством качественного улучшения функциональных, санитарно-гигиенических, микроклиматических и эстетических параметров среды обитания. Это достигается в т.ч. за счет совершенствования функционально-пространственной структуры архитектурно-градостроительных объектов, повышения их функциональной насыщенности и адаптивности (среда как многоуровневая система динамичных многофункциональных комплексов), использования растительности как важнейшего для всех пространственных уровней средообразующего фактора, отказа от использования в строительстве технических устройств, материалов и конструкций, отрицательно влияющих на здоровье людей и др.
Целенаправленное использование важнейшего природного экологического ресурса - подземного пространства имеет огромное значение для стабилизации экологической обстановки на урбанизированных территориях. На международных симпозиумах (Швеция, 1990, Финляндия, 1996, и др.) постоянно подчеркивалось большое будущее освоения подземного пространства, его значение в системе «подземные сооружения - окружающая среда». Отмечалось, что по проектам архитекторов и строителей будут повсеместно сооружаться подземные, в несколько ярусов, города будущего. В верхних ярусах (3—5м и ниже) разместятся инженерные коммуникации, гаражи, магазины, службы быта, промышленные предприятия; ниже будут располагаться транспортные магистрали - дублеры наиболее загруженных наземных магистралей, железнодорожные вокзалы, трубопроводный пневмотранспорт твердых отходов, промышленные предприятия и другие сооружения.
По сравнению с наземными подземные сооружения характеризуются следующими экологическими преимуществами:
- в пределах города могут размещаться практически повсеместно, минимально воздействуя на природный ландшафт и окружающую среду;
- не нарушают сложившуюся структуру городской застройки;
- сберегают энергоресурсы при их эксплуатации;
- отличаются повышенной виброустойчивостью и акустической изоляцией:
- надежно защищены от прямого воздействия климатических факторов;
- достаточно хорошо защищены от воздействия сейсмовзрывных волн и проникающей радиации, что обеспечивает их неуязвимость от средств массового поражения.
За счет избавления от многих транспортных магистралей, вокзалов, хранилищ и других сооружений и переноса их в подземное пространство можно значительно увеличить площадь зеленых насаждений, разбить новые парки, улучшить микроклимат существующей застройки.
Несмотря на более высокую стоимость возведения подземных сооружений в сравнении с наземными, в ряде случаев наблюдается экономия от их строительства, что обусловливается в первую очередь сэкономленной стоимостью отчуждаемых земель, а также сокращением протяженности напорных водоводов, объемов бетонных работ, снижением расходов строительных материалов, а также экономией энергоресурсов.
Безусловно, при освоении подземного пространства на урбанизированных территориях возникает ряд сложных инженерных проблем. Вот только некоторые из них:
1) необходимость устройства сложных систем вентиляции, гидроизоляции, освещения, канализации, специальной сигнализации;
2) применение более сложного оборудования;
3) обеспечение безопасности производства подземных работ;
4) утилизация разрабатываемых грунтов.
Среди геоэкологических проблем, связанных с освоением подземного пространства, назовем главнейшие: нарушение напряженного состояния массива горных пород, образование мульд (вогнутая складка земной коры) проседания, возрастание геостатического давления, выход газов, повышение обводненности массива, активизация геодинамических процессов и явлений. Поэтому подземное и, в особенности, глубинное строительство требует детального инженерно-экологического обоснования, проведения комплексного геоэкологического мониторинга на участках предполагаемого строительства.
Известны многочисленные примеры использования подземного пространства в странах ЕС, США, Японии и др. Так, в Париже создан уникальный комплекс сооружений под площадью Дефанс. В его состав входят многоэтажные административные здания, уходящие вглубь на несколько десятков метров; в г. Кобе (Япония) построен подземный центр развлечений и деловой жизни, который ежедневно посещает более 0,5 млн чел.; под Нью-Йорком (США) расположены 4 яруса служебных и торговых помещений; в г. Токио (Япония) под центральным вокзалом находится самый крупный в мире «подземный город», включающий 300 магазинов, ресторанов, еще ниже располагается гараж на 520 автомашин.
Благодаря кондиционированию, воздух в подземных центрах чище наружного городского, здесь нет токсичных выхлопных газов, всегда прохладно. Французский ученый М. Рагон считает, что прогресс в кондиционировании, освещении, герметичности сможет дать подземной архитектуре еще ряд преимуществ перед наземными зданиями, погруженными в шум и отравленную атмосферу, и что «подземные помещения, специальным образом дезинфицированные, может быть, когда-нибудь обретут запахи леса и лугов».
В нашей стране широкое освоение подземного пространства началось в 30-е гг. в г. Москве в связи со строительством метрополитена. В дальнейшем подземное пространство во многих городах страны использовалось для прокладки инженерных коммуникаций, транспортных и пешеходных тоннелей, хранилищ, подсобных помещений и т.д. В 90-е гг. подземное строительство особенно интенсивно развивалось в г. Москве (подземный торгово - рекреационный комплекс на Манежной площади и др.). Сотни пешеходных переходов, построенных в Москве, позволили повысить скорость наземного транспорта, а следовательно, снизить расход горюче-смазочных материалов и оздоровить санитарно-гигиеническую и экологическую обстановку на улицах города.
По расчетам градостроителей, в ближайшие десятилетия в крупных городах под землей можно разместить до 70% гаражей, 80% складов, значительную часть всех административных зданий, учреждений культурно-бытового назначения, промышленных и коммунальных предприятий.
4. Инженерно-экологические изыскания для целей градостроительства
В настоящее время экологическое обоснование градостроительной документации выполняют в процессе производства инженерно-экологических изысканий - нового вида инженерных изысканий для строительства. Регламентируется этот вид изысканий СНиП 11.02.96 «Инженерные изыскания для строительства» и Сводом правил СП 11-102-97 «Инженерно-экологические изыскания для строительства».
Инженерно-экологические изыскания для обоснования градостроительных и иных проектных решений, касающихся рационального природоиспользования и экологической безопасности проживания населения.
Основной объем инженерно-экологических изысканий в сфере градостроительства выполняют для предпроектной документаций (градостроительной и обоснования инвестиций).
Согласно СНиП 11.02.96 главной задачей инженерно-экологических изысканий для экологического обоснования градостроительной документации является обеспечение возможности принятия объемно-планировочных, пространственных и конструктивных решений, гарантирующих минимизацию экологического риска и предотвращение неблагоприятных экологических последствий.
Материалы инженерно-экологических изысканий на этой стадии включают:
•оценку существующего экологического состояния городской среды (в жилых, промышленных и ландшафтно-рекреационных зонах), в том числе данные о химическом загрязнении атмосферного воздуха, почв, грунтов, подземных и поверхностных вод;
•оценку физического воздействия (шума, вибрации, электромагнитных полей, ионизирующих излучений от природных и техногенных источников);
•прогноз возможных изменений экологических условий территории при реализации намеченных решений по ее строительной организации;
•рекомендации по организации природоохранных мероприятий и экологического мониторинга городской среды.
Для обоснования этих материалов выполняется значительный объем работ, включающий:
• сбор, обработку и анализ опубликованных и фондовых материалов об экологическом состоянии природной среды;
• экологическое дешифрирование аэрокосмических материалов;
• маршрутные наблюдения с описанием состояния природной среды и ландшафтов;
• проходку горных выработок (скважин, шурфов и др.) для получения геоэкологической информации;
• эколого-гидрогеологические исследования;
• газо-химические исследования и оценку радиационной обстановки;
• исследование и оценку физических воздействий (шума, вибрации, ионизирующих излучений и др.);
• изучение растительности и животного мира;
• санитарно-эпидемиологические и медико-биологические исследования;
• лабораторные химико-аналитические работы;
• стационарные наблюдения (экологический мониторинг).
Технический отчет, составляемый по результатам изыскательских работ, содержит оценку современного экологического состояния территории, предварительный прогноз негативных изменений окружающей среды при строительном освоении, рекомендации и предложения.
Инженерно-экологические изыскания для строительства, кроме обоснования градостроительной документации, проводят и на других стадиях - проектов строительства, рабочей документации предприятий, зданий и сооружений.
Однако высокая степень инженерно-экологического изучения территории на градостроительной стадии позволяет, в случае наличия утвержденных генпланов городов (поселений), прошедших государственную экологическую экспертизу, не проводить инженерно-экологические изыскания на последующих стадиях.
Использованная и рекомендуемая литература
- Бартошевская В.В., Иванченко В.Т., Мирсоянов В.Н. «Архитектурная и градостроительная экология»: Учебное пособие. Краснодар: Изд-во ГО УВПО «КубГТУ; 2006 – 145с.
- Маслов Н.В. «Градостроительная экология»: Учебное пособие для строительных вузов. М.: Высшая школа. – 2003. – 284с;
ТЕМА 14
АРКОЛОГИЯ, ЭКОЛОГИЯ ЖИЛЫХ, ОБЩЕСТВЕННЫХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
Практика строительства в последние десятилетия привела к нарушению гармонии жилища с потребностями человека Безликость жилых полносборных зданий заводского изготовления, отсутствие связи форм жилой застройки с местными особенностями природных условий (прежде всего рельефом и растительностью), плохое благоустройство внутриквартальных и придомовых территорий, недостаточная теплозащита, инсоляция, проветриваемость, комфортность зданий и многие другие дефекты далеко не способствуют экологизации жилой среды. Исследованиями и конструированием экологичных зданий занимается обширная область научного познания - аркология, или экология жилых, общественных и производственных здании.
Аркология является логическим продолжением урбоэкологии, их интересы во многом пересекаются, а методы исследований совпадают. Тем не менее, это самостоятельная отрасль науки, формирующаяся на базе архитектуры и экологической науки.
1. ПОНЯТИЕ ОБ АРКОЛОГИИ И ЕЕ СОДЕРЖАНИЕ
Аркология — наука о взаимосвязях искусственных архитектурных объектов с окружающей средой (внешней и внутренней), о влиянии этих сооружений на здоровье населения, о методах и приемах проектирования и строительства «экологичных» зданий и сооружений.
Одна из основных задач аркологии - формирование здорового, экологически «чистого» жилища. Актуальность этой задачи обуславливается крайне напряженной экологической обстановкой в городах, необходимостью защиты людей, находящихся в зданиях, от дополнительных внутренних вредных химических и физических воздействий.
Массовое жилищное строительство далеко не экологично. В помещениях складывается неблагоприятная для человека среда: вместе со строительными материалами, мебелью и оборудованием в квартиры попадают вредные для организма человека вещества, системы вентиляции не обеспечивают очистки воздуха в помещениях, нарушается шумовой режим, велики теплопотери зданий, а микроклимат в них не соответствует требованиям комфортности жилой среды. Многоэтажные здания не обеспечивают их жителям необходимой связи с земельным участком, вокруг непомерно крупных жилых домов формируются неблагоприятные микроклимат и психологическая обстановка, архитектурный облик построек не отвечает эстетическим запросам современного человека.
Внутренняя среда помещений ухудшается под воздействием роста загрязненности наружного воздуха и шума в городах. Облегченные конструкции индустриальных зданий при очевидных недостатках отопительных систем и отсутствии солнцезащитных устройств на окнах ухудшают микроклимат в квартирах. Недостаточная вентиляция помещения, теснота, отсутствие в квартирах подсобных и летних помещений, отрыв жителей от придомовых участков еще более обостряют экологические проблемы архитектуры жилища.
Изготовление бетонов с использованием вторичного сырья (шлаки, фосфогипсы и др.) повышают радиоактивный фон в конструкциях до пределов, небезопасных для человека. В практике отсутствуют контроль и средства, способные защитить жителей первого этажа от вероятного проникновения из-под земли радиоактивного газа - радона. Широкое применение полимерных материалов повышает вероятность загрязнения внутренней среды продуктами их распада. Асбест, стекловата, многие типы линолеума, древесностружечных плит, лаки, краски, стиральные порошки, пластические материалы далеко небезопасны для здоровья людей и домашних животных.
Наряду с актуальностью использования в строительстве и архитектуре «чистых» материалов, все большее значение придается процессам воздухообмена, совершенствованию вентиляции, посредством которой вредные примеси, содержащиеся в воздухе помещений, могут быть выведены наружу. Эффективность искусственной приточной вентиляции подтверждают многие исследователи, одновременно отмечая, что ионный состав воздуха в жилых помещениях не отвечает требованиям гигиены.
Воздухообмен в помещениях взаимосвязан с теплопотерями зданий. Поскольку сжигание традиционного топлива неэкологично, важна также проблема экономии энергии, т.е. достижение минимальных теплопотерь зданий путем проведения соответствующих архитектурно-конструктивных и инженерных мероприятий, а также использования возобновляемых источников энергии в строительстве. В обоих этих направлениях мы сильно отстаем от Запада, где и теплозащита ограждающих конструкций в 2-3 раза больше, чем у нас, и обогреваемые солнцем здания строятся в довольно внушительных масштабах.
Жилища загрязняют окружающую среду города. При этом жилые дома в 2,5 раза больше, чем общественные здания. Воздух загрязняется незначительно, хотя в помещениях он в 2-4 раза хуже, чем снаружи. Один 12-этажный дом загрязняет городской воздух так же интенсивно, как 2-3 легковых автомобиля. При этом важнейшей остается «мусорная» проблема (сбор, удаление и переработка твердых бытовых отходов), которая решается пока неудовлетворительно.
Важным качеством «экологического» жилища считают его связь с окружающим ландшафтом города - его архитектурой и природой. Сомасштабность жилых групп и отдельных зданий человеку, гармоничность архитектурных ансамблей, связь их с архитектурной средой города в целом, включение в жилище элементов природы (зеленых комнат, озелененных двориков и крыш и т.л.), эстетически полноценный вид из окна квартиры на городской пейзаж - все это необходимо для сохранения здоровья людей.
Таким образом, понятие «экологическое жилище» многосторонне, чем обуславливается и многоаспектность дисциплины «аркология». Н. Ф. Реймерс в свое время наметил границы этого научного направления. По его мнению, применительно к жилым зданиям содержание аркологии сводится к следующему:
а) домовый и приусадебный участок (внутренние дворы и дворики; служебные постройки; озеленение участка; вертикальное озеленение; животные вокруг дома; декор домов, цвет, национальная символика);
б) стеновые конструкции (теплоизоляция, ветроустойчивость. воздухопроводимость, естественная и принудительная вентиляция; эмиссия газов из стен; тяжелые и легкие ионы; пыль; радиоактивность, проблема радона; шумопоглощение и шумозащита);
в) план этажа (особенности зданий различной этажности; веранды, лоджии, балконы; ландшафтно-экологический подход);
г) планировка квартиры (экспозиция помещений, размеры окон; анфилады комнат и изолированная планировка; кухня-столовая; санитарный узел; ритуальные и традиционные объекты - камины и др.);
д) экология человеческого жилья: информационность комнаты, квартиры, дома, района; воздействие этажности и стеновых конструкций на биологию и экологию человека; тепловой комфорт, кондиционирование воздуха; объемы, размеры и высота жилых помещений, их воздействие на человека; цветовая гамма окраски стен и ее воздействие на человека; рациональная мебель, ковры; домашняя библиотека; степень изолированности и общения людей в жилище и квартале; опасность скученности населения и городская агрессивность; социальное разнообразие и его эколого-социальная роль;
е) животные и их антропоэкологическая роль (птицы, млекопитающие, рыбы, другие животные);
ж) комнатные растения и их экологическая роль;
з) коллекции в доме.
2. «ЭКОЛОГИЧНЫЕ» ЗДАНИЯ
Повысить «экологический» эффект зданий можно различными способами. Не все из них широко доступны, но с развитием науки и техники, а также технологий в строительстве экологичные конструкции и методы возведения зданий применяются во все более широких масштабах, особенно в развитых промышленных странах Европы и Америки.
Одно из центральных мест в структуре общей экологической проблемы, а следовательно, среди важнейших факторов, определяющих характер и тенденции развития современного архитектурно-строительного процесса занимают энергетические аспекты проектно-строительной и эксплуатационной деятельности. Именно вопросы энергоэффективности строительной деятельности формируют один из фундаментальных комплексов экологических проблем и являются одним из важнейших направлений исследований относительно новой синтетической науки - архитектурной экологии.
При этом снижение энергопотребления зданиями и сооружениями решает не только экономические, но, косвенно, и экологические задачи, т.к. ведет к сокращению расхода исчерпаемых и промышленно ценных топливных ресурсов. Например, в России до 70% всей энергии производится на ТЭС посредством сжигания газа, нефти и нефтепродуктов. Следовательно, снижение энергопотребления приведет к сокращению объемов загрязняющих воздушные бассейны выбросов (ежегодно в результате сжигания топлива в атмосферу планеты поступает более 1.2 млрд. т. различных, в том числе, и токсичных, химических веществ, что на 200 млн. т. больше объемов выбросов от промышленных производств).
Необходимо отметить, что глобальные качественные изменения среды обитания человека и его образа жизни, в наибольшей степени должны определяться не столько новым строительством, сколько реконструкцией уже существующего фонда недвижимости: в максимальной степени актуальна проблема энергетической реконструкции именно существующих архитектурных и градостроительных объектов, эксплуатация которых и привела к известным негативным последствиям для окружающей среды. Эти реконструктивные мероприятия, очевидно, должны приобрести в будущем первостепенное значение в современном архитектурно-строительном процессе, стать приоритетным направлением экономической политики, проектной и строительной деятельности, и, прежде всего, в России.
Мероприятия, соответствующие преимущественной ориентации на один из этих путей, имеют принципиальные отличия и позволяют выделить два класса энергоэффективных зданий - использующих и не использующих энергию природной среды.
Энергоэкономичные здания - не используют энергию природной среды (т.е. альтернативных источников) и обеспечивают снижение энергопотребления, большей частью, за счет усовершенствования систем их инженерного обеспечения (как наиболее "энергоемких" составляющих энергетического "каркаса" здания), конструктивных элементов, определяющих характер и интенсивность энергообмена с внешней средой (наружных ограждений, окон и т.п.). Кроме того, важна оптимизация архитектурных решений, направленных на сокращение энергопотерь (повышение компактности объемов, сокращение площади остекления, использование градостроительных приемов и архитектурных форм, нивелирующих отрицательные воздействия природно-антропогенных факторов внешней среды - ветра, солнца и т.п.).
Энергоактивные здания - ориентированы на эффективное использование энергетического потенциала внешней среды (природно-климатических факторов внешней среды) в целях частичного или полного (автономного) энергообеспечения. Это достигается посредством комплекса мероприятий, основанных на применении объемно-планировочных, ландшафтно-градостроительных, инженерно-технических, конструктивных средств, которые предполагают ориентированность пространств, архитектурных форм и технических систем на энергетические источники внешней среды (солнце, ветер, грунт и др.)
В целом энергоэкономичность и энергоактивность зданий следует трактовать не как антагонистичные свойства, а как два уровня решения единого комплекса энергетических и экологических проблем: если средства повышения энергоэкономичности имеют интенсивный характер, обеспечивая оптимальный расход энергии, то энергоактивность - помимо энергоэкономичности - предполагает использование наиболее эффективных возобновляемых ее источников и имеет, таким образом, экстенсивный характер. Выделение энергоэкономичных и энергоактивных зданий в два класса в наибольшей мере обусловлено технологическими и экономическими особенностями их проектирования и строительства.
Энергосберегающие здания. Такими зданиями называют дома, в которых максимально используется тепловая энергия, выделяемая внутри, и предусмотрена передача теплоты наружу.
Для достижения экономии энергии предусматривают эффективные архитектурно-планировочные решения; дополнительную эффективную изоляцию наружных стен: энергосберегающие окна, форточки, жалюзи; устройство светопрозрачных теплиц на всю высоту стены или зимнего сада; обваловку части здания грунтом, герметичную заделку стыков; устройство окон с одной стороны здания; утилизацию тепла от внутренних источников с помощью тепловых насосов и аккумуляторов; динамическую теплоизоляцию наружных стен (с системой воздушных каналов внутри стены, сквозь которые проходит теплый воздух) и др.
Экономия энергии обеспечивает уже объемно-планировочные решения, направленные на максимальное снижение потерь тепла через ограждающие конструкции - окна в доме лучше располагать с одной (солнечной) стороны, здание в плане стараться сделать простой прямоугольной формы, площадь окон должна быть минимальной, необходимой для нормального освещения. Желательно избегать сквозного проветривания через дверные и оконные проемы.
Наиболее простой и широко используемый прием сбережения тепла —устройство дополнительной теплоизоляции снаружи или внутри здания. Для теплоизоляции применяют готовые панели из искусственного (пенополистирол, пенополиуретан и др.) и естественного (минеральная вата, древесноволокнистые плиты и т.д.) материалов. Динамическая теплоизоляция наружных стен более сложна, основана на обеспечении циркуляции свежего воздуха в сквозных вертикальных пустотах в стенах и его нагреве от тепла, проникающего в стену от системы солнечного отопления и изнутри здания от традиционных систем отопления.
Большое значение имеет конструкция окон. Стекла заменяют вакуумными стеклопакетами (двух- или трехслойными), рамы окон утепляют твердым пенополистиролом, на окна устанавливают энергосберегающие жалюзи с высокими тепло- и звукозащитными свойствами и системой электронного управления. При необходимости жалюзи опускают и резко повышают тепло- и звукоизоляцию стен.
Практическое значение имеет и вторичная утилизация тепла, когда приточный воздух в системе вентиляции подогревается вытяжным воздухом из помещений в теплообменниках. В индивидуальных домах применяют систему воздушного отопления, в которой теплый вытяжной воздух дополнительно подогревается в газовой установке и, проходя через теплообменник, нагревает приточный воздух.
Тепловой насос способен утилизировать тепло от наружных стен, если воздух в каналах пройдет через наружные стены, а затем его теплота будет отобрана тепловым насосом. Далее эта теплота может быть использована или поступить в тепловой аккумулятор. Утилизируется также энергия теплых сточных вод.
Расчеты показывают, что при утилизации всей энергии и безупречном проекте энергосберегающего дома не потребуется дополнительной энергии для отопления здания в течение всего года.
3. ГЕЛИОЭНЕРГОАКТИВНЫЕ ЗДАНИЯ
3.1. Энергоэффективные здания.
Энергоэффективное здание включает в себя совокупность архитектурных и инженерных решений, наилучшим образом отвечающих целям минимизации расходования энергии на обеспечение микроклимата в помещениях здания. Энергоэкономичное здание включает в себя отдельные решения или систему решений, направленных на снижение расхода энергии на обеспечение микроклимата в помещениях здания.
При проектировании энергоэффективного здания архитектор решает задачу использовать наилучшим образом положительное энергетическое влияние (воздействие) наружного климата и максимально нейтрализовать отрицательное влияние наружного климата на тепловой баланс здания. В это же время инженер решает задачу организовать такую систему климатизации здания, которая с наименьшими затратами энергии обеспечивает требуемые параметры микроклимата в помещениях.
Снижение энергопотребления возможно только при условии строгого контроля и регулирования поступления и расхода энергии в зданиях, которые определяются необходимостью создания и поддержания требуемых микроклиматических параметров в различных помещениях в зависимости от условий внешней среды. Поэтому, центральное место в процессе проектирования энергоэффективных зданий (в том числе в условиях реконструкции) занимает оценка и регулирование энергетического баланса, т.е. структуры и величины энергопоступлений от различных источников и фактических энергозатрат, как в целом по зданию, так и в отдельных его помещениях.
В общем виде структура энергетического баланса любого здания (помещения) выглядит следующим образом (Табл. 1)
Таблица 1.
Структура энергетического баланса зданий и помещений
| Энергопоступления | Энергозатраты полезные | Энергозатраты бесполезные |
| 1. Энергия для:
2. Энергия от:
| 1.Фактические затраты на:
| 1.Потери энергии:
2. Перерасход энергии:
|
Понятно, что доли (удельные значения) того или иного вида энергозатрат меняются в зависимости от типа здания, природно-климатических условий, эффективности систем инженерного обеспечения и эксплуатационных качеств конструкций. Однако, данные исследователей большинства государств, озабоченных проблемами энергосбережения в строительстве, показывают, что наибольшие энергозатраты приходятся, как правило, на:
- отопление и покрытие энергопотерь при отоплении (европейские страны и Россия: основные статьи энергозатрат жилых зданий, составляющие до 60% от общего объема энергопотребления);
- охлаждение, т.е. кондиционирование воздуха (США, Япония: на системы кондиционирования воздуха во многих случаях приходится до 50% от общих энергозатрат на инженерное обеспечение зданий),
- искусственное освещение, затраты на которое в балансе энергопотребления крупных административных зданий и больниц могут составлять до 50% от общей суммы.
Следовательно, основные пути повышения энергоэффективности строительных сооружений включают:
- всемерное снижение энергопотерь через ограждающие конструкции (в основном, за счет повышения компактности объемов, а также герметичности и теплоизоляционных свойств ограждений);
- снижение энергопотерь при транспортировке энергии (в России, к примеру, потери электроэнергии при ее транспортировке по воздушным ЛЭП составляют до 20%; в теплосетях потери энергии составляют 1-2% на каждые 100 п.м. трассы);
- утилизация энергетически ценных "отходов" систем инженерного обеспечения - вентвыбросов, канализационных стоков и т.п. (к примеру, в жилых зданиях, по данным датских специалистов, только с вентвыбросами теряется до 40% всего тепла);
- оптимизация энергозатрат в системах инженерного обеспечения на основе оперативного учета изменения параметров внешней среды, устранение эффектов "излишнего обеспечения" (отопления, освещения и т.п.);
- снижение энергопотребления системами инженерного обеспечения, оборудованием и техникой в целом, совершенствование их технико-экономических показателей;
- целенаправленное использование энергетических ресурсов внешней среды - солнца, ветра, грунта, воды, воздуха и др.;
- смена стереотипов поведения людей при потреблении энергоресурсов (в частности, при использовании бытовой техники) в целях их экономного расходования.
Экономический эффект от различных энергосберегающих мероприятий, проводимых в соответствии данным принципам в условиях России, отечественные специалисты оценивают, в целом, следующим образом: