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.
Таблица 2Основные направления экономии энергии в зданиях
При этом привлечение нетрадиционных источников энергии (солнца, ветра, вторичных ресурсов и т.п.), по расчетам этих же специалистов, может обеспечивать от 15% до 40% снижения энергопотребления ежегодно. Имея ввиду, что средняя норма прибыли в большинстве развитых стран мира составляет 10-15%, можно говорить о достаточно высокой экономической эффективности энергосберегающих мероприятий, что сообщает им очень важную сегодня коммерческую привлекательность. Как видно, наиболее высокие показатели энергетической эффективности относятся к оптимизации работы систем инженерного обеспечения и использованию энергии природной среды. Однако, экономическая эффективность мероприятий, предполагаемых двумя этими направлениями деятельности, отнюдь не одинакова: результаты реализованных различными европейскими странами программ по энергосбережению в строительстве показывают, что сроки окупаемости большинства энергосберегающих технологий колеблются от 2 до 5 лет. Но при этом сроки окупаемости технологий, ориентированных на использование нетрадиционных источников энергии, составляют 8 - 20 лет, что, безусловно, существенно сдерживает их распространение. Однако, по мнению и отечественных, и зарубежных специалистов первоочередными задачами реконструкции российской недвижимости на пути улучшения ее энергетических характеристик являются:
Кроме того, во многих странах разработаны и широко используются различные конструктивные средства повышения теплоизоляционных свойств светопроемов. Наиболее простыми и эффективными из них являются:
Последние годы наблюдается усиление тенденции к активному использованию архитектурно-градостроительных средств энергосбережения в строительстве, направленных на снижение теплопотерь через наружные ограждения зданий и повышение эффективности использования естественного света. Теплопотери в зданиях происходят, преимущественно, в виде дисперсии тепла наружными ограждениями, возникающей и усиливающейся при нарастании разницы температур внутреннего и наружного воздуха. Существенное значение имеет усиленная инфильтрация наружного (и соответственно, эксфильтрации внутреннего) воздуха под давлением ветра и вследствие возникновения в застройке различных аэродинамических эффектов. С другой стороны, было установлено, что объемно-планировочными и ландшафтными средствами можно добиться существенного снижения теплопотерь, в частности, за счет:
Одним из наиболее важных факторов современного архитектурного проектирования становится повышение эффективности использования естественного света. Открытие биологических свойств солнечной радиации, осознание первостепенной роли света в средообразовании произвели настоящий переворот в архитектуре 20-го века, в корне изменив традиционные принципы организации пространств всех уровней. Однако, развитие климатологической и гигиенической наук, с одной стороны, а также ужесточение экономических требований в строительстве, с другой, привели к необходимости нового переосмысления принципов организации естественного освещения пространств, следовательно, и норм градостроительного и объемного проектирования). В частности:
3.2. Энергоактивные здания Энергоактивные здания - ориентированы на эффективное использование энергетического потенциала внешней среды (природно-климатических факторов внешней среды) в целях частичного или полного (автономного) энергообеспечения 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.). Энергоактивные здания, позволяют не только экономить энергию в процессе их эксплуатации, но и полностью замещать ее традиционные исчерпаемые источники (нефть, уголь, газ и т.п.) возобновляемыми. Идея энергоактивных зданий явилась результатом поиска путей наиболее экономичных средств энергоснабжения объектов строительства и подразумевает достижение этой цели непосредственно на объекте, сулящей перспективу полного отказа от устройства внешних инженерных сетей (тепло-, электросетей, сетей горячего водоснабжения). Отказ от устройства подводящих сетей, в свою очередь, означает исключение огромных потерь энергии, имеющих место при ее транспортировке. Суммарная величина этих и других возможных экономических "выигрышей", соотнесенная со стоимостью необходимых для их получения мероприятий и средств, определяет в итоге целесообразную степень энергоактивности проектируемого здания. Практика показывает, что в современных условиях далеко не всегда экономически оправдано полное замещение традиционных энергоносителей возобновляемыми; в большинстве случаев это объясняется невысоким к.п.д. имеющихся сегодня технологических средств утилизации энергии природной среды при довольно значительной их стоимости. Поэтому, наиболее целесообразными признаются разнообразные комбинированные схемы энергоснабжения, сочетающие использование традиционных и одного (или нескольких) видов альтернативных средств. По степени энергоактивности объекта различают здания:
Экспериментальное строительство 1970 - 1980-х годов показало, что экономически эффективными (по соотношению цена/производительность), а следовательно, наиболее популярными сегодня и на видимую перспективу стали здания со средней энергоактивностью, в которых энергией возобновляемых природных источников обеспечивается от 40% до 60% общей потребности. К возобновляемым источникам энергии, многие из которых имеются практически повсеместно и в разных масштабах используются в современном строительстве, относятся:
Наиболее эффективными (а значит, подходящими и для широкомасштабного промышленного производства энергии) источниками специалисты практически единогласно признают энергию солнца (и ее первых "производных"), ветра и биомассы - наиболее мощных, распространенных, доступных и, соответственно, дешевых. Так, эффективное использование даже небольшой части солнечного или ветрового потенциала планеты способно покрыть все существующие энергетические потребности человечества. Однако, природные энергетические ресурсы распределены весьма неравномерно, что выражается существенными отличиями природно-климатических условий, даже в границах одного климатического района. Поэтому, в каждом конкретном случае экономическая эффективность, т.е. предпочтительность использования того или иного природного источника энергии определяется местными условиями и критериями: наличием источника в районе строительства, его мощностью (величиной возможных энергопоступлений) и размерами затрат, необходимых для технического обеспечения эксплуатации источника в данном регионе. Например, в Исландии наиболее эффективным оказалось использование энергии подземных вод, благодаря которому страна смогла полностью отказаться от ввоза угля и нефти. Отечественные специалисты отмечают столь же высокую потенциальную эффективность использования гидротермальной энергии во многих районах Восточной Сибири и Дальнего Востока России. Кроме того, как весьма перспективное в условиях Севера и Востока России оценивается использование солнечной энергии, т.к. среднегодовые значения прямой солнечной облученности сопоставимы здесь с условиями Средней Азии и Закавказья. Одним из важнейших достоинств альтернативной энергетики является ее экологичность: процесс получения энергии от возобновляемых источников не сопровождается образованием загрязняющих окружающую среду отходов, не ведет к разрушению естественных ландшафтов, практически исключает опасные для биологических субстанций аварийные ситуации, т.е. никак не угрожает экологическому равновесию экосистем. Исключение составляет использование биомассы, предполагающее получение энергии посредством традиционного сжигания твердого биотоплива-концентрата и биогаза, в результате чего образуются углекислые соединения, способствующие усилению "парникового" эффекта в атмосфере; кроме того, использование биогаза, содержащего до 70% метана, требует усиленных мер обеспечения безопасности. Сумма этих обстоятельств ставит под сомнение экологическую целесообразность широкого использования биомассы в целях производства энергии. С другой стороны, известно, что метановое брожение, в результате которого образуется биогаз - "наиболее радикальный и эффективный способ очистки сточных вод, что весьма существенно для решения важнейших проблем охраны окружающей среды и регенерации воды". Этот процесс сопровождается образованием ценных органических удобрений. Наконец, биогаз - реальная альтернатива нефтепродуктам и природному газу при использовании в качестве топлива для двигателей и котельных, производящих тепло и электричество, т.к. это топливо может быть получено автономно - непосредственно у потенциального потребителя и практически везде, где есть органические отходы Кроме биоэнергоактивных зданий, типологический спектр которых довольно ограничен, в зависимости от принятой ориентации на использование того или иного (или нескольких одновременно) природного источника энергии различают:
Наиболее важной проблемой при проектировании зданий, использующих энергию природной среды, является поиск путей и средств эффективного управления процессами распределения энергетических (воздушных, тепловых, световых и др.) потоков с целью поддержания оптимальных микроклиматических параметров помещений в условиях циклических (суточных, сезонных) и периодических (облачность, осадки) изменений параметров внешней среды. При этом ключевое значение имеет решение трех задач:
Два принципиально отличных подхода к организации среды обитания человека - техноцентрический и экологический - определяют две группы средств для решения указанных задач, обусловливая, как показывает практика, совершенно разные качества получаемых в результате архитектурно-градостроительных, конструктивных и инженерно-технических решений. Так, техноцентрический (традиционный) подход, рассматривает здание как внутренне замкнутую систему, предполагает приоритетность задач по усилению изоляционных свойств ограждений и выражается использованием, преимущественно, инженерно-технических, или активных, средств повышения энергоэффективности здания. Экологический подход к проектированию энергоэффективных (и в частности, энергоактивных) зданий, рассматривая здание как изначально тесно взаимосвязанный с внешней средой организм. При этом приоритетное значение приобретают задачи по организации эффективных естественных обменных процессов внутри объема здания и с внешней средой, (в том числе в целях использования энергии природной среды). Эти задачи решаются, преимущественно, ландшафтно-градостроительными, объемно-планировочными и конструктивными, или пассивными, средствами; технические системы при этом выполняют простые вспомогательные (в основном, корректирующие) функции. Энергетическая эффективность пассивных систем пока невысока: сегодня ими можно обеспечить около 50% потребности зданий в энергии. Однако, их сравнительно небольшая себестоимость, хорошие эксплуатационные характеристики (в т.ч. простота использования) и подчеркнутая экологичность обусловили целесообразность их применения при проектировании любых архитектурных объектов. Более того, результаты многих программ по энергосбережению в строительстве, полученные в конце 1980-х годов, в целом, показали более высокую экономическую эффективность пассивных энергосистем относительно большинства активных: решающее значение приобрели стоимостные и эксплуатационные качества. Наиболее перспективным классом современных архитектурных объектов следует признать энергоактивные здания и комплексы, при этом объективная тенденция к полному замещению в энергобалансе зданий традиционных источников энергии альтернативными с учетом длительных (до 100 лет) сроков эксплуатации большинства капитальных зданий требует проектных решений, которые обеспечивали бы возможность наращивания энергоактивности зданий с течением времени, т.е. возможность поэтапной модернизации энергетической структуры объекта от состояния энергоэкономичности к использованию энергии природной среды пассивными, а затем и активными средствами. Солнечная энергия - один из самых доступных, чистых и практически неисчерпаемых источников. Недостатком ее является то, что плотность энергии очень невелика, излучение прерывисто и зависит от метеорологических условий. Тем не менее, солнечную энергию уже сейчас используют для непосредственного преобразования в электрическую, нагревания теплоносителя и снабжения зданий горячей водой, для нагрева массивных элементов зданий и т.д. Целесообразность использования солнечной энергии выявляется на основе комплексной климатологической характеристики района будущего строительства (солнечная радиация, облачность, температура и влажность воздуха, скорость ветра, осадки и т.д.). Система отопления должна быть в состоянии поглощать солнечную радиацию и преобразовывать ее в теплоту, аккумулировать тепло и распределять ее в зонах отопления. При этом пассивные системы солнечного отопления работают без принудительного вмешательства, а активные системы - с помощью дополнительного источника энергии - механических установок (насосов, вентиляторов и др.). Пассивные системы составляют интегральную часть самого здания, которое должно проектироваться таким образом, чтобы обеспечивать наиболее эффективное использование солнечной энергии для отопления. Наряду с окнами и остекленными поверхностями южного фасада для улавливания солнечного излучения также используются остекленные проемы в крыше и дополнительные окна в верхней части здания, которые повышают уровень комфорта человека, так как исключают прямое попадание солнечных лучей в лицо. Одно из важнейших условий эффективности работы пассивной гелиосистемы заключается в правильном выборе местоположения и ориентации здания на основе критерия максимального поступления и улавливания солнечного излучения в зимние месяцы. В настоящее время получили распространение следующие виды пассивных систем солнечного отопления: а) система прямого облучения, когда солнечная радиация проходит сквозь оконные стекла, задерживающие инфракрасные лучи (парниковый эффект); б) система «массивная стена», представляющая толстую стену с одной темной поглощающей поверхностью, закрытой оконным стеклом с зазором 100-120 мм, в котором циркулирует нагретый воздух; в) система «водозаполненных стен» (из водозаполненных и нагреваемых солнцем контейнеров или труб); г) система «водоналивная крыша», в которой поверх перекрытия установлены емкости, окрашенные в черный цвет, служащие своеобразными аккумуляторами тепла; д) термосифонные системы, в которых система для нагревания воздуха (тепловой коллектор) располагается ниже теплового аккумулятора, что позволяет его эффективно нагревать. При проектировании и строительстве зданий с активными системами солнечного отопления необходимо обеспечить незатеняемость, рациональную форму и ориентацию домов. Коллекторы (гелиоприемники) размещают на обращенных в южную сторону склонах кровель, на экранах лоджий, на стенах и т.д. Коллекторы могут быть плоскими или фокусирующими. Первые устраивают в том случае, когда потребляется сравнительно низкопотенциальная энергия или в сочетании с тепловыми насосами. Вторые - при необходимости получения более высоких температур или для энергоустановок с кипящей жидкостью. 3.3 Экологические требования к архитектурно-планировочным решениям жилых зданий 3.3.1 Объёмно - планировочные и конструктивные решения Возведение экологически полноценного и комфортабельного жили: требует дальнейшего развития типологической основы проектирования. В связи с этим значительно увеличиваются экологические требования к объемно-планировочным решениям зданий, а также к их конструктивным системам и схемам. Согласно СТО БДП-3-94 проект зданий должен обеспечивать уровень экологической безопасности, предложенной заказчиком или пользователем, и одновременно не вступать противоречие с действующим законодательством и нормативными санитарными актами. В процессе архитектурно-строительного проектирования при определении объемно-планировочных решений квартиры или дома (высота, ширина, площадь) основное внимание уделяют: сокращению затрат материальных и природных ресурсов при строительстве, реконструкции и эксплуатации и предотвращению экологических нарушений и загрязнений во внутренней среде жилых зданий, обеспечению благоприятных санитарно-гигиенических условий. В частности, при выборе объемно-планировочных решений большое внимание обращают на борьбу с шумовым воздействием. Конструктивные системы и схемы зданий и сооружений, заложенные в проект, также должны отвечать требованиям охраны окружающей среды, т.е. быть экологически целесообразными. Экологизация проектного решения жилого здания с помощью объемно-планировочных и конструктивных решений достигается различными мерами: • оптимизация размеров площади, объема и ориентации помещений, из которых состоит здание; • максимальное использование подземного пространства; выбор оптимальной формы здания и ориентации по направлению ветра; • проектирование экологически безопасных инженерных сетей (вентиляционных, отопительных, канализационных, мусороудаляющих и др.); • озеленение всех поверхностей здания (стен, кровли) и благоустройство прилегающей территории, выбор экологического покрытия и пр. Специалисты отмечают высокую экологичность покрытий из нештучных материалов, особенно из природного камня - брусчатки, плит. В отличие от асфальтобетонных покрытий, они не растрескиваются, требуют меньшего ремонта и, главное, сохраняют «дыхание» почвы, благоприятно влияя на почвенную микрофлору. Для формирования будущих оптимальных экологических качеств проектируемого здания большое значение имеет оптимизация размеров площади и объема помещений. В последнее время, в связи с переходом страны к рыночной экономике и созданием рынка жилья, появилась возможность расширения объемно-планировочных решений жилых зданий за счет введения I и II категории комфортности. Например, для г. Москвы это отражено в нормах МГСН 3.01.-96 «Жилые здания». Новые московские нормы снимают ограничения верхних пределов площадей квартир, что имеет решающее значение в обеспечении экологического комфорта в жилище. Планировочные решения квартир в жилище I категории комфортности предполагают: выделение дневной и ночной зон отдыха, наличие не менее двух санитарных узлов, устройство дополнительных помещений (постирочной, игровой комнаты, тренажерного зала), рассредоточение приборов с электромагнитными и другими вредными излучениями, складирование предметов бытовой химии в особых местах, сквозную и горизонтально-вертикальную схему проветривания (квартиру в двух уровнях). Эффективная шумозащита в квартирах I категории обеспечивается специальными архитектурно-планировочными решениями, а также использованием окончательного тройного остекления. При вентиляция организуется через системы самовентиляции, кондиционеры и пр. Повышение комфортности и создание экологически полноценного жилища в условиях массовой застройки потребуют совершенствования нормативных требований и преодоления существующих экономических трудностей. 3.3.2 Биопозитивность зданий и сооружений и архофитомелиорация Одним из экологических направлений, связанных с объемно-планировочными и конструктивными решениями зданий, является озеленение всех их поверхностей (стен, кровель), благоустройство прилегающей территории. Конструктивные решения являются более позитивными, если они придают поверхности зданий сооружений некоторое подобие естественной среды обитания для растений, мелких животных и птиц. Здания и сооружения, органично связанные с живой природой, имеющие, в частности, озелененную кровлю, стены и прочее, помогающие в той или иной мере сохранению и развитию флоры и фауны, называются биопозитивными. Таким образом, биопозитивность зданий и инженерных сооружений - это их способность органично вписываться в природную среду (в экосистемы) и не быть отторгаемыми экосистемами, не разрушать и не загрязнять природную среду, восстанавливать природу, быть приспособленными (биоадаптивными) для существования живой природы на наружных поверхностях зданий и внутри объемов сооружений, экономить ресурсы и не требовать для изготовления зданий невозобновимых ресурсов, не быть преградами на путях потоков веществ и энергии, не выделять неперерабатываемых природной средой загрязнений, создавать высокое качество жизни. Биопозитивность зданий и инженерных сооружений - интегральное понятие, включающее в себя основные требования к природосберегающим и природовосстанавливающим объектам. Биопозитивные здания и инженерные сооружения в городе позволяют в определенной степени «вернуть» природе часть территорий с почвенно - растительным слоем и создать новые дополнительные озелененные площади, остановить отступление природы под антропогенным давлением. По отношению к природной среде выделяются также бионегативные здания и сооружения, наносящие прямой вред природе, и бионейтральные. К биопозитивным относятся не только озеленяемые здания, но и берегоукрепительные сооружения, позволяющие успешно развивать прибрежные экосистемы, шумозащитные озеленяемые экраны вдоль автомагистралей, подводные конструкции для разведения различных морских животных и пр. Готовность строительных объектов при застройке, как известно, обусловливается проведением в завершающей стадии работ по озеленению. Помимо многочисленных экологических функций, которые выполняет фитоценоз, а именно: формирование благоприятного микроклимата, защита от пыли, загазованности и шума, достижение общеоздоравливающего эффекта и т.д. Зеленые насаждения придают декоративность и улучшают эстетический вид застройки. По мнению специалистов-экологов, все свободные пространства вокруг зданий и сооружений, включая и отдельные их поверхности (стены, крыши), должны подвергаться фитоценотическому освоению. В 1994 г. в Англии на «Глобальном экологическом форуме-94» особое внимание было уделено формированию «биопозитивных» подходов к решению проблем переустройства урбанизированной среды. На конгрессе была дана рекомендация при строительстве и реконструкции зданий и сооружений предусматривать архофитомелиоративные мероприятия:
06 экологической целесообразности озеленения крыш зданий с плоской кровлей известно давно. Сады на крышах использовались в проектах многих выдающихся архитекторов. Ле Корбюзье (1887-1965, выдающийся французский архитектор двадцатого века) считал их «программным пунктом новой архитектуры». Озеленяемая кровля, с устройством гидроизоляции, дренажного слоя и почвенного покрова, предохраняет здание от перегрева летом и теплопотерь зимой, улучшает микроклимат, частично задерживает загрязнение, исключает излучение вредных веществ, характерное для обычных крыш при их перегреве. По мнению исследователей, каждое здание градостроительного комплекса с плоской крышей должно быть запроектировано с эксплуатируемым покрытием в виде открытой площадки, дендрария, атриума (внутренний световой двор) или солярия. Это позволит получить в каждом доме дополнительную экологически чистую зону. Для того чтобы исключить загрязнение воздуха над кровлей жилого дома выбросами из вентиляционных шахт, предназначается система обратной вытяжной вентиляции, по которой обработанный воздух будет поступать в подземный коллектор. Одним из распространенных архофитомелиоративных мероприятий является внешнее вертикальное озеленение стен и фасада. Для этих целей используются вьющиеся растения, в первую очередь быстрорастущие лианы, способные за 5-10 лет полностью покрыть стены 9-этажного здания. Подходят и другие виды - вечнозеленый плющ, плетневые розы, некоторые фикусы, ваниль и др. Отмечено улучшение микроклимата внутри помещения, уменьшение шума и загрязнений, снижение затрат на отопление (до 15%). При правильном подходе растения вертикального озеленения не только не портят стены построек, а наоборот, предохраняют их от косых дождей. Влаголюбивые растения вертикального озеленения, разрастаясь, забирают лишнюю влагу у фундамента и стен дома, тем самым создается благоприятный микроклимат в самом доме. Многие из этих насаждений нуждаются в различных видах опор. Такие лазящие растения, как плющ обыкновенный и дикий виноград, сами прикрепляются к стенам, но без специальных конструкций они могут их разрушать, если между кирпичами есть щели, а в штукатурке - трещины. Для декоративных целей, а также для защиты стен от перегрева и осадков их защищают также с помощью ярусного размещения ящиков с ампельными растениями со свисающими побегами и вьющимися стеблями (настурция, аспарагус, фуксии и др.). Эти и другие архофитомелиоративные мероприятия, придающие зданиям и сооружениям биопозитивный вид, оказывают на человека благоприятное визуально-психологическое воздействие, ибо дают ощущение близости к природе. Психологическое влияние на человека созданной им среды (озеленение, бесшумность, эстетически благоприятные архитектурные формы и др.) представляется ключевой проблемой всей экологии. Не следует забывать, что биопозитивность зданий и сооружений решает и другие не менее важные экологические задачи: создаёт возможность существования и роста растений на поверхности самих зданий, возмещая ту биопродукцию, которая была уничтожена при строительстве, поддерживает биологическое разнообразие видов растений, смягчает экстремальную разность температур вне и внутри помещений, очищает и увлажняет воздух и т.д. и тем самым улучшает жизненную среду человека и состояние экологических систем. Использованная литература
ТЕМА 15 Проблемы возникновения биоповреждений городских сооружений и памятников архитектуры при нарушении экологического равновесия урбанизированных территорий В настоящее время интенсивность и разнообразие отрицательных воздействий на окружающую среду при нарушении экологического равновесия во многом уже превысили темпы адаптации и устойчивость природных систем. Результатом этого стали критические ситуации в техносфере городов, обусловленные процессом деградации природной среды. В связи с бурным развитием промышленности резко возросли размеры коррозионных повреждений металлических и неметаллических конструкций и сооружений. Ежегодно в результате коррозии промышленность теряет сотни тысяч тонн металла. Коррозионным разрушениям подвержены подземные, наземные и подводные сооружения (газопроводы, нефтепроводы, бензобаки, тепловоды, кабели, емкости для хранения топлива, насосные трубы, корпуса судов, оградительные морские сооружения). Кроме того, в последние годы расширилась география биоповреждений, которая в настоящее время уже охватывает водную, наземную и воздушную среду, большую часть биосферы. Биоповреждение - ухудшение внешнего вида, снижение прочности под воздействием биологических агентов. Практически всюду, где встречаются живые организмы, имеется потенциальная опасность биоповреждающего действия для внесенных туда материалов и изделий или имеющегося там сырья. Эта потенциальная опасность сплошь и рядом становится реальной, заставляя человека все серьезней относиться к такому повреждающему фактору, каким являются живые организмы. Общий ущерб от биоповреждений в настоящее время уже достигает сотен миллиардов долларов в год, быстро увеличиваясь с ростом промышленности, расширением сельскохозяйственных угодий, интенсивным градостроительством, освоением новых необжитых территорий. Защита от биоповреждений представляет собой глобальную научно-практическую проблему. Значительные потери человечество несет из-за разрушения памятников культуры, книг, произведений искусства и др. низшими грибами, вызывающими плесень. Убытки от биоповреждений достигают колоссальных размеров, составляя более 7 % от общей стоимости промышленной продукции в мировом масштабе. Проблема биокоррозии является действительно важной задачей для специалистов. Этому явлению могут быть подвержены конструкции из дерева, камня, бетона, кирпича и других материалов. В настоящее время отечественные и зарубежные исследователи подчеркивают, что биоповреждения представляют собой эколого-технологическую проблему. Она является комплексной в научном плане и многоотраслевой — в практическом, т.к. базируется на законах биологии и химии, материаловедческих и природоведческих дисциплинах. Рациональная борьба с биоповреждениями немыслима без изучения экологии микроорганизмов, особенностей их существования, а также без знаний физико-химических свойств материалов и условий эксплуатации сооружений, без понимания вопросов природопользования и необходимости защиты природы от загрязнений. За несколько миллиардов лет эволюции жизни на земле микроорганизмы получили способность быстрой адаптации к изменяющимся условиям их обитания и источникам питания. Только этим можно объяснить активность ряда микроорганизмов в отношении созданных человеком конструкций, сооружений, зданий, приводящую к разрушению последних. Практически все строительные материалы и конструкции повреждаются биологически активными средами. Наиболее уязвимы при воздействии органогенных сред материалы, имеющие капиллярно-пористое строение, что облегчает проникновение микроорганизмов и агрессивных продуктов их жизнедеятельности вглубь материала. Например, виновниками биоповреждений цементных бетонов являются микроскопические грибы, авто- и гетеротрофные бактерии, автотрофные микроскопические водоросли. Наиболее активные биодеструкторы вызывают не только плесневение, окрашивание и обрастание бетонных поверхностей, но и существенное ухудшение физико-технических свойств изделий, вплоть до разрушения. Причиной биоповреждений являются три основных процесса биодеградации: диссимиляционный (взаимодействие бетона с агрессивными метаболитами - кислотами и ферментами), механический (внедрение в материал гиф грибов и сверлящих водорослей), ассимиляционный (компоненты бетона являются для микроорганизмов источником питания). Наиболее широко распространенными возбудителями биоповреждений различных материалов, изделий, сооружений и др. являются микроорганизмы и, прежде всего, низшие плесневые грибы (микромицеты). А воздействие грибков и бактерий на человеческий организм порой приводит к весьма серьезным заболеваниям. Способностью разрушать стройматериалы обладают микроорганизмы, содержащиеся в дрожжах, водорослях, различного рода слизях. Не менее разрушительная роль в строении природного камня принадлежит другой группе автотрофов - бактериям, окисляющим соединения серы. Именно они замечены в поврежденных каменных сооружениях Польши, в исторических памятниках Парижа и Камбоджи, дворца Старого Петергофа, Исаакиевского собора. Серьезные повреждения природного и искусственного камня могут вызывать также плесневые грибы. В отличие от бактерий они не способны к самостоятельному синтезу органических веществ и существуют за счет готовых форм этих соединений, поэтому грибы обычно встречаются на загрязненных поверхностях камня или при наличии в нем органических веществ. Причину разрушения камня грибами многие исследователи видят в выделении ими органических кислот. По имеющимся данным, такие кислоты, как лимонная и щавелевая, могут накапливаться грибами в большом количестве (до 10 процентов). Сегодня в городской системе стали частыми случаи «экологического бедствия» (экологического кризиса) на исторических территориях, где сосредоточены недвижимые памятники истории и культуры. Часто приходится наблюдать интенсификацию коррозионных разрушений материала памятника, которая, безусловно, связана с химическим загрязнением городской среды, но при этом нельзя не учитывать, что её скорость будет определяться изменением механизмов биоповреждений памятника на территориях с нарушенным экологическим равновесием. На них «пионерные» виды микроорганизмов занимают всё экологическое пространство и определяют механизм повреждения материала памятника. Одними из наиболее часто встречающихся в современной практике эксплуатации зданий стали повреждения, связанные с жизнедеятельностью различных патогенных микроорганизмов. По мнению специалистов, до 40% повреждений имеют биохимическое происхождение. В условиях городской среды биохимическая коррозия приводит к повреждению как наружных, так и внутренних стен и других частей зданий. Этому в значительной степени способствует загрязнение окружающей среды и деградация экосистемы города в целом и, прежде всего, почвенной экосистемы, что и способствует активизации и изменению механизма действия микроорганизмов. Значительное влияние на состояние геологической среды, по данным исследований, проведенных в институте литосферы Российской Академии наук, оказывают обитающие в грунтах и подземных водах микроорганизмы. Основным условием жизнедеятельности микроорганизмов является наличие в окружающей среде источников углерода, а также доноров и акцепторов электронов для проведения окислительно-восстановительных реакций, которые служат для них источником энергии. На территории России имеют значение две разновидности грибов – дрожжеподобные и плесневые. Все они являются почвенными и именно из нее попадают в здания. В толще материалов и на их поверхности плесневые грибы образуют гигантские колонии, в которых живут, размножаются и умирают. На поверхности колоний споры грибов очень слабо укреплены на выростах грибницы. Достаточно малейшего движения воздуха, чтобы спора отделилась от своего основания и понеслась на неопределенно далекое расстояние, увлекаемая потоком воздуха. Так, восходящими воздушными потоками споры грибов поднимаются из подвалов и с первых этажей практически на все остальные этажи здания. В местах горизонтальных перекрытий ламинарные потоки воздуха превращаются в турбулентные. В завихрениях происходит снижение скорости движения воздуха, и взвешенные в нем частицы, в том числе и споры грибов, теряют скорость и оседают на плоские поверхности: лестничные площадки, карнизы, подоконники и пр. Горизонтальные потоки воздуха, а также сами жители домов, переносят пыль вместе со спорами грибов – компонентами этой пыли – непосредственно в жилища. Все сказанное относится преимущественно к плесневым грибам. В современных городах сложились условия, вызывающие трансформацию естественного микробиоценоза (совокупности микроорганизмов) среды. Виновником этого является само население городов. Органический мусор – остатки пищи, прошлогодняя полусгнившая листва зеленых насаждений, пролитые из неисправных двигателей автомобилей масла – все это смешивается с оголенной почвой, освобождающейся каждый год из-под неквалифицированно положенного на землю асфальта, и становится питательной средой для плесневых грибов. Городская пыль – это сложнейший еще мало изученный конгломерат органических и неорганических продуктов, несущий с собой рукотворные токсические вещества и миллиарды клеток патогенных и условно патогенных микробов. Среди них плесневые грибы с каждым годом занимают все большее место. Это показано целым рядом исследований в России и за ее пределами. Это подтверждается и тем, что количество только больничных плесневых микозов каждый год увеличивается на 5-7%, а общее количество микозов, как показано на ряде стран Европы и Азии, каждые 10 лет удваивается. Споры плесневых грибов величиной менее 5 микрометров в диаметре могут проникать через самые узкие бронхи глубоко в легкие. Находясь в воздухе в составе так называемой “витающей”, неседиментирующей, пыли, они всегда являются частью аэрозоля, которым дышит городской человек. При недостаточной гидроизоляции или ее полном отсутствии почвенные воды по капиллярным системам строительных материалов поднимаются из фундамента в стены зданий. Они несут с собой соли и сложные органические вещества, служащие питательной средой для почвенных микробов, которые тоже поднимаются до первых этажей зданий и там образуют колонии в толще стен и на их поверхности. Продукты жизнедеятельности микробов изменяют среду в материалах, приводя к изменению их прочностных характеристик. Таким образом, в современном жилище могут концентрироваться непосредственно почвенные микроорганизмы (грибы, бактерии, водоросли) и микробы городской пыли. Следовательно, жилище, вместо защиты жителя города, может стать аккумулятором возбудителей инфекционных заболеваний, а значит и причиной их возникновения. В результате развития микроорганизмов в условиях интенсивного загрязнения геологической среды возникают неблагоприятные ситуации. Ярким примером негативного антропогенного воздействия служат свалки. При аэробном разложении внутри свалок накапливаются растворенные органические кислоты и окислы. Просачивающиеся через свалки поверхностные воды приобретают агрессивность из-за подкисления этими соединениями и могут растворять карбонатные породы, вызывая коррозию подземных сооружений. В случае плохой аэрации идет активное выделение таких газов как аммиак, сероводород, метан. Высокие концентрации аммиака способствуют бурному развитию нитрификаторов (группа микроорганизмов, способных получать энергию для жизнедеятельности за счет окисления неорганических соединений азота), и, следовательно, для которых реакция окисления аммиака в азотную кислоту является единственным источником энергии. Эта группа микроорганизмов способна интенсивно разрушать стены и фундаменты зданий вблизи свалок. Повышенное выделение сероводорода губительно сказывается на живых организмах и усиливает коррозию металлов. При этом наблюдается подщелачивание среды бактериями, что может привести к изменению состава грунтовых вод. Если внутри свалки накапливается в избытке метан, то, распространяясь в прилегающих почвах, грунтах и водах, этот газ угнетает растительность за счет массового развития метилотрофов (потребляющих производные метана), резко снижающих концентрацию кислорода в среде, идущего на окисление метана. В близлежащих грунтах продукты жизнедеятельности активизировавшихся организмов — слизи, газы, поверхностно-активные вещества — способны изменять свойства грунтов, вызывая, например, такое явление как плывуны, насыщенные водой грунты, способные растекаться и оплывать. В крупных промышленных городах, кроме органики, самым мощным загрязнителем являются соединения серы, которые входят в состав выбросов почти всех предприятий. Попадая в почвы, грунты, воду, атмосферу, эти соединения вовлекаются в цикл превращений в аэробном и анаэробном блоках микробной системы. В анаэробной зоне образующийся сероводород вызывает коррозию металлов, образуя сульфиды. В аэробной зоне развиваются тионовые бактерии, способные получать энергию за счёт окисления восстановленных соединений серы и вызывающие сернокислотное выветривание горных пород, кислотную коррозию металлических сооружений и строительных материалов, растворение карбонатных пород. Серная кислота способствует замещению карбонатных пород на гипс, имеющий больший объем, что может привести к растрескиванию мраморных плит и других подобных материалов. Среди памятников архитектуры Москвы и Московской области наиболее сильные биоповреждения наблюдались у белокаменных зданий, то есть выполненных из материалов с повышенной пористостью и гидрофильностью. Первые упоминания о возможном участии бактерий в коррозии бетона относятся к 1901 году. При обследовании бетонного водопроводного канала в поверхностном слое поврежденного бетона были обнаружены нитрифицирующие бактерии. В дальнейшем исследователи связывали разрушения каменных и бетонных сооружений (Шолар-Бакинский бетонный водопровод, стены Вестминстерского аббатства, бетонные трубы люберецких полей фильтрации, плотина СвирьГЭС) с активной деятельностью микроорганизмов, в том числе бактерий, окисляющих серу. На территории г. Москвы при проведении микробиологического обследования отдельных корродированных участков трубопроводов теплосети и прилегающих к ним прогреваемых грунтов были выделены бактерии цикла серы, преимущественно термофилы, т.е. нормально существующие и размножающиеся при температуре выше 45 °C (гибельной для большинства живых существ). Среди выделенных бактерий обнаружены организмы, которые ранее выделялись только из морской подводной сольфатары (выходы горячих с температурой 90 - 300°C вулканических газов). Таким образом, при антропогенном воздействии такие экстремальные условия для развития необычных форм создаются и в условиях города. Сохранность городских строений, архитектурных памятников, качество реставрационных работ на территориях, лишенных природной среды, будут, прежде всего, зависеть от умения оценивать отклонения экосистемных параметров от нормального развития экосистемы охранной зоны памятника. В таких ситуациях подобный подход позволит правильно прогнозировать последствия создавшейся критической ситуации в экосистеме и правильно определить механизм биоповреждения материала памятника. В табл. 1 приведена классификация тяжести биоповреждения сооружений. |