КРАТКИЙ КУРС ЛЕКЦИЙ
advertisement
КУРС ЛЕКЦИЙ по дисциплине «БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ» для специальности ИАБ (Архитектура) 1-й КУРС Часть 3. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ №3 Темы: № темы 13 14 Название темы Основы градостроительной экологии 1. Предмет и основные понятия градостроительной экологии 2. Экологическая характеристика городов 3. Взаимодействие городов с абиотическими компонентами природы 4. Инженерно-экологические изыскания для целей градостроительства. Использованная и рекомендуемая литература Аркология, помещений 15 жилых, общественных и производственных 22 39 Использованная и рекомендуемая литература 1. Экологический мониторинг 2. Биосферный мониторинг 3. Социально-гигиенический мониторинг 4. Использование данных экологического мониторинга в управлении качеством окружающей среды Использованная и рекомендуемая литература Управление безопасностью жизнедеятельности. Нормирование качества окружающей среды. 2 1.Понятие об аркологии и ее содержание 2. «Экологичные» здания 3. Гелиоэнергоактивные здания 3.1. Энергоэффективные эдания 3.2. Энергоактивные эдания 3.3. Экологические требования к архитектурно-планировочным решениям жилых зданий Использованная и рекомендуемая литература Мониторинг как основа управления безопасностью жизнедеятельности. 17 экология Проблемы возникновения биоповреждений городских сооружений и памятников архитектуры при нарушении экологического равновесия урбанизированных территорий 16 Стр. 48 52 1. Организационные основы управления безопасностью жизнедеятельности. 2. Правовые основы управления качеством окружающей среды. Законы и нормативы. 3. Управление качеством окружающей среды 4. Нормирование качества окружающей среды 4.1. Качество атмосферного воздуха. 4.2. Нормирование качества воды 4.3. Нормирование качества почвы. 4.4. Нормирование качества продуктов питания. 4.5. Нормирование в области радиационной безопасности. Использованная и рекомендуемая литература 1 18 Правовые и организационные жизнедеятельности и рисками. основы управления безопасностью 63 1. Проблема обеспечения безопасности жизнедеятельности человека и окружающей среды 2. Принципы управления риском 3. Системный подход в управлении рисками 4. Правовые и нормативно-технические основы обеспечения БЖД Использованная и рекомендуемая литература ____________________________________________________________________________ ТЕМА 1 ОСНОВЫ ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЭКОЛОГИИ 1. ПРЕДМЕТ И ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЭКОЛОГИИ Объекты градостроительной экологии представляют собой пространственные системы расселения разного уровня. С одной стороны, это системы регионов, районной планировки и агломераций, города и другие населенные пункты, городские районы и микрорайоны. С другой — территории застройки кварталов и жилых групп, объемы, планировочные, конструктивные и конструктивно-планировочные элементы зданий как замкнутые среды обитания человека. Предметом градостроительной экологии является исследование процессов взаимодействия в системе «человеческая деятельность — окружающая среда на урбанизированной территории». Таким образом, градостроительная экология — это комплекс градостроительных, медико-биологических, географических, социальноэкономических и технических наук. В рамках этой дисциплины изучают взаимодействия искусственной и природной сред на территориях городов и зон их влияния. Градостроительство как область человеческой деятельности характеризуется высокой степенью природопотребления. Города используют ресурсы всех геосфер: литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы — флору, человеческие резервы и, опосредованно, фауну. В результате урбанизации создается новая среда обитания. В ней геосфера активно взаимодействует с техносферой, поскольку градостроительные системы представляют собой совокупность природных и искусственно-планировочных образований. В этих системах изменяются природные условия, нарушается экологический баланс, сложившийся в результате протекающей уже много миллионов лет эволюции. В современном мире численность горожан быстро возрастает. В начале третьего тысячелетия их доля составила 50% населения земли, которое уже сейчас перешло рубеж в 6 млрд. чел. Возрастают и потребности в природных ресурсах, причем не пропорционально численности населения, а более высокими темпами. Последовательно увеличивается давление на геосферу. Значительные территории ранее нетронутой природы, сельскохозяйственных и лесных угодий осваиваются под города, жилые районы, промышленные и коммунальные предприятия, транспортные и инженерные коммуникации. Экологические проблемы заключаются не только в отчуждении территорий. Весьма отрицательное воздействие оказывает загрязнение природной среды различными выбросами и отходами, которое во многих регионах мира достигло критического уровня. В результате этого в дальнейшем экологические системы могут деградировать. 2 Мировое хозяйство ежегодно выбрасывает в атмосферу 200 млн. т оксида углерода, 150 млн. т диоксида серы, 120 млн. т золы, более 50 млн. т углеводов, большое количество оксидов азота, фтористых соединений, ртути и других токсичных веществ. По имеющимся оценкам общий объем выбросов в первые десять лет третьего тысячелетия может достигнуть 50 млрд. т. Загрязнение атмосферы сопровождается массовой гибелью лесов — «легких планеты», снижением урожайности сельскохозяйственных культур, сокращением поголовья скота и исчезновением многих видов фауны, уменьшением репродуктивности рек и морей. Все это наносит невосполнимый урон здоровью людей и пищевым ресурсам. При этом общий экономический ущерб исчисляется десятками миллиардов долларов в год. Возникли неизбежные противоречия между человечеством и природой, между антропогенной деятельностью и естественными процессами. Диалектическое развитие взаимоотношений общества и природы заключается в смягчении этих противоречий и поиске разных методов их разрешения. Таким образом, необходимо рациональное природопользование, позволяющее удовлетворить жизненные потребности человечества в сочетании с охраной природной среды и ресурсосбережением. Человеческая деятельность наносит ущерб природе и в глобальном масштабе, и на местном уровне. Вырубка лесного покрова, этого производителя кислорода, оказывает весьма негативные последствия для жизни на всей земле. Человечество разрабатывает мероприятия, направленные на сохранение лесов в бассейне Амазонки и Сибири, единственных оставшихся на планете крупных лесных массивов. Для экологии земли не менее важно ее предохранение от вредных выбросов промышленности в атмосферу на локальных территориях, которые являются причиной кислотных дождей, нарушения озонового слоя, повышения радиационного фона и других явлений, влияющих на экологическую ситуацию на целых континентах. Все эти проблемы изучаются в общих курсах экологии и охраны окружающей среды. В градостроительной экологии исследуются «местные» территориальные проблемы на разных планировочных уровнях. Рассматриваются частные и интегральные отрицательные факторы, возникающие в неживой и живой природе в результате таких преобразований, как: отчуждение территорий в результате роста городов и зон их влияния; перераспределение атмосферных стоков, изменение режимов функционирования поверхностных вод, рек и водоемов; интенсивное потребление промышленностью полезных ископаемых и других ресурсов неживой природы; нарушение геологического строения местности и гидрологических режимов; засорение вредными отбросами атмосферы, грунтов, поверхностных и подземных вод; частичная или необратимая деградация живой природы, флоры и фауны; нарушение сложившихся социальных условий жизнедеятельности коренного населения. Города — это системы, функционирующие столетиями, и отличие градостроительной экологии заключается в оценке не только последствий строительства объектов и их комплексов. Важно постоянное корректирование методов функционального и технического содержания этих комплексов, развития планировочных структур. Отличие градостроительной экологии от инженерной заключается в том, что предметом дисциплины является не отдельное предприятие, а территориальные комплексы и системы населенных мест. Таким образом изучается территориальноградостроительное природопользование. 3 С этих позиций градостроительная экология является ключевой планировочнотехнической дисциплиной. В ней исследуются методы достижения экологически оптимального компромисса между антропогенными системами разного уровня и природной средой. Решение этой многогранной проблемы возможно только на основе системного подхода. Необходимо комплексное взаимодействие ученых и практиков разных специальностей, поскольку рассматриваемая дисциплина стала не только биологической или географической. Она приобрела значение социально-политической, экономической и технической. Понятийный аппарат градостроительной экологии формируется на стыке многих областей знаний. Ниже рассматриваются только основные из них, имеющие принципиальное значение для формирования прикладной теории и практики. Основным понятием является «биогеоценоз» — совокупность взаимосвязанных природных явлений в литосфере, гидросфере, атмосфере и биосфере (растительном и животном мире), имеющих внутреннее диалектическое единство. В отдельных зонах земной поверхности взаимодействие этих явлений имеют свою специфику, подчиняется определенным закономерностям своего развития, обеспечивающим природное равновесие. Рассматриваемое понятие отождествляют с природной средой. В отличие от биогеоценоза биоценозом называют системную совокупность всего живого (биоты), которая характеризуется относительным равновесием внутри компонентов зеленой массы (флоры), а также между флорой и представителями животного мира (фауны). Следующим по значимости понятием является «экологическая система», относящаяся к классу сложных систем, где люди и природа сосуществуют и их выживаемость зависит друг от друга. Как среда обитания человека, вносящего значительные коррективы в природные взаимосвязи, она имеет свои специфические особенности: противоречивость поведения естественных и искусственных объектов, составляющих экосистему; многомерность формирующих и деградационных процессов, протекающих в системе; принципиальную неприменимость традиционных методов оптимизации по экономическим критериям хозяйственно-экономической целесообразности. Экосистемы часто идентифицируют с окружающей средой, объединяющей природу и искусственно созданные материальные компоненты, где происходят производственные и социально-экономические процессы человеческой деятельности. Здесь изменяются природные условия, и это влияет на надежность функционирования природно-градостроительных систем. Надежность зависит от устойчивости, равновесия, живучести и безопасности. В эти понятия вкладывается следующее. Устойчивость — внутреннее свойство, характеризующее способность экосистемы (окружающей среды): выдерживать изменения, вызванные внешними факторами, например техногенными воздействиями на природу; оказывать сопротивление внешним воздействиям, в основном техногенным; проявлять способность к самовосстановлению или принудительному восстановлению системы. Равновесие— свойство экосистемы сохранять устойчивость в пределах регламентированных границ антропогенных изменений ее параметров. Живучесть — свойство экосистемы, характеризующее ее способность к самовосстановлению и экологической защите от антропогенного вмешательства в природу. 4 Безопасность — свойство, определяющее риск потерь устойчивости, равновесия и живучести экосистемы. Перечисленные свойства имеют структурную взаимосвязь. Она показана на рис. 1. Живучесть ь Равновесие Устойчивост Надежность экосистемы Безопасность Рис. 1 . Схема взаимосвязей надежности экосистемы Управление этими свойствами связывают с охраной окружающей среды. Часто градостроительную экологию отождествляют с этим понятием, но следует исправить бытующую в практике методическую ошибку и рассматривать охрану среды как средство достижения цели — устойчивой экологичности. Кроме описанных понятий, необходимо охарактеризовать еще следующие: Репродуктивностъ территории — это способность воспроизводить основные элементы природной среды: атмосферный воздух, воду, почвенно-растительный покров. Воспроизводство природных ресурсов — совокупность мероприятий, направленных на восполнение (репродукцию) или увеличение возобновляемых ресурсов или усиление полезных свойств геосферы. Воспроизводство биомассы связано с сукцессией. Антропогенная сукцессия — это смена биоценоза, замедленная или внезапная, вызванная воздействием человеческой деятельности. В отличие от антропогенной, природная сукцессия представляет собой последовательную смену биоценозов, преемственно протекающих на одной и той же территории под влиянием в основном природных факторов, в том числе внутренних противоречий развития самих биоценозов и опасных природных процессов. Циклическая сукцессия представляет собой вековую естественную динамику развития климаксовой экосистемы. Примером такого процесса может служить постепенное превращение лесного молодняка в спелый, а затем перестойный лес. Потом его заболачивание или саморазрежение (остепнение), затем естественное разболачивание или загущение молодняком того же видового состава. Климакс — устойчивая фаза развития растительности, находящейся в полном единстве с почвенными и климатическими условиями местности. Иногда понятие трактуют шире, как финальную сукцессионную стадию развития биоценоза в данных условиях существования. Эта стадия характерна большой замедленностью процессов развития. Кризисное состояние — потеря устойчивого взаимодействия элементов экосистемы, когда параметры этой системы приближаются к допустимым пределам изменений, переход через которые ведет к деградации. 5 Деградация природной среды — разрушение экосистемы, вызванное хозяйственной деятельностью за пределами норм ПДК (предельно допустимых концентраций) и ПДВ (предельно допустимых воздействий). Потеря устойчивого взаимодействия элементов геосферы, нарушение природного обмена веществ и энергии между природными и техногенными объектами (системами). Экологический кризис—интегральные последствия накопления рисков до предельного состояния (деградации). Такой кризис выражается в неспособности преобразованной естественной среды выполнять функции обмена веществ и энергии, а социальной среды — исправлять это положение, опираясь на экологические законы. Экологический кризис является социальным явлением, вызванным отсутствием инвестиций в охрану окружающей среды. Он может быть и следствием экологической необразованности общества, влекущей за собой несоблюдение правил охраны природы и законов, регламентирующих хозяйственную деятельность людей. Экологический риск — степень вероятности неблагоприятных для экологических ресурсов потерь любых естественных связей — последствий любых антропогенных изменений, нарушающих обмен веществ и энергии. Такие изменения могут быть преднамеренными или случайными, постепенными или катастрофическими. Они приводят к трансформации параметров среды или преображению объектов системы. Охрана окружающей среды является практической реализацией целенаправленных действий, необходимых для обеспечения устойчивости градостроительных систем. Сюда относят управление состоянием городской среды на базе ее экологической оценки. Не менее важна обратная связь — экологический мониторинг градостроительной деятельности. Опираясь на оперативную информацию, можно принимать управленческие решения по ресурсопотреблению, сокращению и утилизации выбросов и отходов. Эти решения обосновывают не только оперативной информацией, но и нормативнозаконодательными ограничениями. Поэтому необходима научная база разработки соответствующих норм и правил. Эти нормы выражают в виде предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в составляющих геосферы или предельно допустимых воздействий (ПДВ) на эти составляющие. Нормативными ПДК н ПДВ выражают минимальные н максимальные значения параметров загрязнения н воздействия. На их основе выявляют такие производные величины, как емкость, репродуктивность территории, воспроизводство природных ресурсов, деградация среды и экологический кризис. Базируясь на этих нормах, разрабатывают рациональные средства охраны природы. Емкость территории — способность абсорбировать чужеродные внешние воздействия на природу без изменения ее состояния. Емкость измеряют плотностью населения на единицу площади, удельным весом посторонних веществ, избыточной энергией и т.п. 2. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРОДОВ Город представляет собой сложную среду обитания, где человек взаимодействуют не только с природой. В силу необходимости горожане искусственно формируют эту среду, приспосабливая к своим потребностям. Возникает две субсистемы: природная и антропогенная. Природную субсистему делят на литосистему, гидросистему, аэросистему (атмосферу) и биосистему. Антропогенную субсистему стратифицируют на следующие подсистемы: производственную, градостроительную и инфраструктурную. Естественно, что такие понятия, как, например, градостроительная подсистема, объединяют в себе структуры более низкого ранга, а они — следующие ступени ранжирования. 6 Территориальное образование — город — экологически можно охарактеризовать, представив в виде многоступенчатого «дерева свойств» (рис. 1.3). Если последовательно, от уровня к уровню, расчленять эти свойства на частные факторы и показатели, то в результате открывается возможность исследовать их не только качественно, но и количественно. Последняя оценка является наиболее объективной, поскольку при численном выражении ограничений исключается субъективность. Город является урбанизированным ареалом проживания. Степень экологичности этого ареала зависит от того, какие субсистемы доминируют: природные или антропогенные. В городе с экстенсивной малоэтажной застройкой преобладают природные ландшафты: естественный рельеф местности, открытые водоемы и водотоки, парки, лесопарки и другие зеленые насаждения. Природа как бы входит в состав городских территорий. Обеспечивается пространственное единство застройки, зеленых массивов и водных поверхностей. В результате обеспечиваются экологические потребности людей. Такие города рассматривают как экополисы — природно-антропогенные системы. Бытует мнение, что оптимальная плотность населения на их территориях не должна превышать 100 чел/га. В этом случае можно сохранить озелененные пространства, по площади равные территориям, занимаемым асфальтовыми покрытиями, зданиями и различными городскими сооружениями. Однако такие поселения неэкономичны, поскольку требуют протяженных транспортных и ресурсообеспечивающих коммуникаций. Кроме того, экстенсивная застройка активно поглощает один из основных природных ресурсов — территорию суши, а на густо заселенных континентах свободных земель становится все меньше. В мире прослеживается тенденция уплотнения поселений. Современные города — столицы государств, центры агломераций, промышленные и хозяйственные центры — все в большей степени представляют собой скученные урбанизированные образования. Рождаются поселения, занимающие большие интенсивно используемые территории. В мировой практике есть примеры поселений, в которых один город перетекает в другой и целые области превращаются в единый мегаполис. В крупных городах антропогенные системы оказывают весьма ощутимое давление на природную среду. Урбанизация преобразовывает ее радикально, нарушая природное равновесие. Возникают антропоприродные системы, где преобладают антропогенные составляющие. Градостроители считают необходимым всеми возможными средствами обеспечивать устойчивость таких систем, сохранять способность к восстановлению, хотя бы частичному и принудительному. Для этого необходима перманентная оценка состояния среды обитания. Ее выполняют пофакторно, используя схему, приведенную на рис. 2. Город — это динамично функционирующая система. Она обладает такими развитыми подсистемами, как градообразующая база, жилищно-коммунальное хозяйство, система социально-бытового обслуживания, включая образование, медицину и услуги, учреждения досуга и отдыха, транспортную инфраструктуру. Поэтому города имеют особую притягательную силу. По мере социально-демографических изменений городские структуры преобразовываются, подсистемы модернизируются. Интенсифицируется эксплуатация этих подсистем. Город — это динамично функционирующая система. Она обладает такими развитыми подсистемами, как градообразующая база, жилищно-коммунальное хозяйство, система социально-бытового обслуживания, включая образование, медицину и услуги, 7 учреждения досуга и отдыха, транспортную инфраструктуру. Поэтому города имеют особую притягательную силу. Свойства городской экосистемы Инфра структурные подсистемы Градостроительные подсистемы подсистемы Свойства антропогенной субсистемы Произвоственные биосферы природной атмосферы гидросферы литосферы Свойства субсистемы Интегральные показатели группы свойств Частные показатели свойств Рис. 2 Город как экосистема (схема «дерева свойств» системы и подсистемы) По мере социально-демографических изменений городские структуры преобразовываются, подсистемы модернизируются. Интенсифицируется эксплуатация этих подсистем. Управление развитием зиждется на анализе градостроительной деятельности на всех стадиях: от разработки проекта до многолетнего мониторинга при эксплуатации и реконструкции. В поселениях доминируют люди, поэтому они искусственно создают и регулируют потоки вещества и энергии. В силу социального поведения человечество во многом влияет на эти процессы, формирует и разрывает природные трофические цепи, например, газового и теплового обмена. Оно создает среду своего обитания, поскольку материальная сфера и архитектура города представляют собой результат деятельности человека и самодавлеют над природными процессами. Эта деятельность особо ощутима при эксплуатации городских структур, их функционального использования, беспрерывного преобразования и развития, а потребность этом возникает повсеместно под давлением экономической, социальной, демографической и транспортной ситуации. Город — аккумулирующая система. Баланс вредных веществ в его пределах, как правило, положительный и ведет к накоплению предшествующих отходов и преобразований. Достаточно отметить рост культурного слоя. В некоторых городах его толщина достигает 10м. Нарушается природный рельеф местности, появляются возвышенности, оползни и провалы. Природные поверхностные водотоки заиливаются и меняют направление. Часто их превращают в подземные потоки, текущие в коллекторах. 8 Прекращается естественная самоочистка воды и поэтому содержание вредных примесей возрастает, меняется состав воды. Существует определенная закономерность накопления в городе таких не свойственных живой природе, явлений. Атмосфера засоряется выбросами, почвы собирают вредные вещества. Возникают и другие отрицательные последствия урбанизации, с которыми природа не может справиться, поскольку теряется способность к самовосстановлению. Город — чрезвычайно зависимая экосистема. Если все экосистемы открытые, то города сверхоткрытые. Они полностью зависят от окружения, в чем и проявляется «экологический паразитизм» урбанизированных образований. Город не может прокормить свое население. Он дышит чужим воздухом и пьет чужую воду. Одновременно с этим выбрасывает в биосферу большое количество продуктов своей жизнедеятельности. Это видно из табл. 1, в которой приведены примерные объемы некоторых природных ресурсов, потребляемых городом с населением 1 млн. чел. и площадью 20 тыс.га. Показаны и размеры территорий, необходимых для сохранения устойчивости такой городской экосистемы и воспроизводства дефицита этих ресурсов. Из таблицы следует, что для этого необходимо порядка 8—11 млн. га территорий, т. е. в 1 тысячу раз больше, чем занимает сам город. Таблица 1 Наименование компонента или ресурса Атмосферный кислород Вода Почвенно-растительный покров для организации мест массового отдыха Потребление городом Воспроизводство внутри города Дефицит 30 млн. т 25—30 тыс. т 29,7 млн. т Территория, необходимая для покрытия дефицита, тыс. га 5000—6000 500 млн. м3 5 тыс. м3 500 млн. м3 1500—2000 5 тыс. га — 1000- 2000 тыс. га 1000—2000 10 — 12млн. т 40—50 Сырье для промышленности, строительства и др. 10 — 12 млн. т Условное топливо 8 — 9млн. т — 8 — 9 млн. т 25—30 1 млн. т — 1 млн. т 500—600 Пищевые продукты — Помимо потребления природных ресурсов и энергии города производят огромное количество отходов. Так, по некоторым данным миллионный город ежегодно выбрасывает около 15 млн. т пыли, водяных паров и других токсичных веществ. Поэтому миллионы поселений на нашей планете выступают как основные очаги антропогенного возмущения в биосфере. Город — неравновесная экосистема. На его территории нарушен естественный экологический баланс. Развитие и функционирование городских структур определяется, как правило, не законами природы, а потребностью людей. Такие структуры являются результатом разрушительной и созидательной деятельности многих поколений. Природа реагирует на преобразования неоднозначно. Ограниченное градостроительное давление на естественную среду обеспечивает экологическое равновесие. На местности сохраняется репродуктивность, т. е. способность воспроизводить потребляемые элементы среды. Однако если интенсивность давления 9 превышает экологическую емкость территории, то репродуктивность нарушается, возникает вероятность экологического риска деградации природной среды. Город потребляет потоки вещества и энергии в значительно большей степени, чем производит. Экологическое равновесие объясняется искусственным привлечением извне огромного количества потоков веществ и энергии, поэтому экологическое равновесие экологических систем города крайне неустойчиво. На это накладывается несбалансированность биомасс. За счет концентрации людей в городе отношение фитомассы к зоомассе иное, чем в естественной природе. Пищевые цепи нарушены, сети разомкнуты в основных звеньях. Процессы потребления ресурсов (включая продукты) и выделения отходов сильно отличаются от круговорота веществ в природе. Продуктивность городских экосистем ничтожна, фитомасса не обеспечивает зоомассу, и надежность функционирования природно-градостроительных систем может быть достигнута другими средствами, нежели она обеспечивается в естественных условиях. Необходима подпитка продовольствием извне. Население крупных городов получают сельскохозяйственные продукты не только из пригородов, но из других областей и регионов. Город — конгломерат искусственных экологических микросистем: зданий и сооружений жилой, промышленной и коммунально-складской застройки. Эти архитектурные и инженерные объекты являются замкнутыми средами постоянного или временного обитания горожан. Гигиеничность внутренних пространств зданий во многом зависит от чистоты воздуха в помещениях и воздухообмена, т. е. выведения наружу вредных веществ. Существенно влияет и тепловлажностный режим: относительная влажность воздуха, его температура в помещении и на поверхности ограждений. Особое значение имеет теплообмен с наружной средой. С точки зрения гигиены он необходим в определенных пределах. Однако потери тепла ведут к неоправданному расходу энергетических природных ресурсов, поэтому эффективное содержание зданий должно основываться на энергосберегающих технологиях и конструктивных решениях ограждающих конструкций. В современных зданиях часто применяют конструкции, отделку, мебель и другое оборудование из токсичных материалов. Они отрицательно влияют на людей. Здания и сооружения, являясь замкнутыми, не представляют собой автономные экологические системы. Они связаны с окружающей средой. Газы, пыль и живые микроорганизмы переносятся в помещения из загрязненного наружного воздуха. В застройке не всегда обеспечиваются надлежащие аэрационные и инсоляционные режимы, что усугубляет экологическую ситуацию. На экологическую комфортность внутренней среды существенно влияет шумовое загрязнение прилегающих к застройке территорий. Аналогично воздействуют и возмутители вибрационных явлений, например рельсовый транспорт. Электромагнитное излучение и радиация отрицательно сказываются на внутренней среде обитания. Здоровье людей ставится под угрозу. Они начинают страдать разными болезнями, часто необратимыми. В градостроительстве складывается новая наука — аркология. В ней изучаются взаимосвязи искусственных архитектурных объектов с экологией окружения и влиянием внутренней среды на здоровье человека. 10 3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГОРОДОВ С АБИОТИЧЕСКИМИ КОМПОНЕНТАМИ ПРИРОДЫ Города, как материальная среда обитания, прежде всего взаимодействуют с абиотическими компонентами геосферы: литосферой, гидросферой и атмосферой. Влияние населенных мест на эти компоненты весьма велико. Понятие литосферы объединяет поверхность земли, почвы, геологическую среду и подземные воды на территории. Ниже рассмотрено взаимодействие городов с литосферой. Территория (поверхность земли с внутренними и прибрежными водами в определенных границах) — важнейший градостроительный фактор. На территориях размещают застройку. Они необходимы как резервное пространство, без которого город развиваться не может. Этих территорий в промышленно-развитых странах становится все меньше, поскольку в мире для техногенного использования каждый день изымается 2 тыс. га земель. Считают, что примерно 15% суши уже занято городами. Высказываются опасения, что через 100—150 лет на каждого жителя планеты будет приходиться менее 1—0,5 га территории. В этой связи возникла проблема выявления приоритетности ее градостроительного потребления, оценки земель для определения, под какой вид хозяйственной деятельности ее использовать, выбора того из них, который наиболее полно отвечает особенностям данной местности. Например, дилемма оптимизации потребления может заключаться в сравнении эффективности сохранения ценного ландшафта как рекреационного объекта и «легких» города относительно целесообразности развития здесь промышленности или добычи полезных ископаемых. Еще одна проблема заключается в определении оптимальной интенсивности ресурсопотребления, мощности промышленной базы и, следовательно, величины города. Можно предусмотреть широкомасштабную разработку природных ископаемых, развить мощную промышленность и построить большой город при ней, который окажется ненужным после исчерпания запасов этих ископаемых. Возможен и другой подход: экстенсивное потребление запасов, рассчитанное на длительный срок. В этом случае нет необходимости строить большой город и занимать значительные территории, но эксплуатировать его более длительный срок. К этой проблеме примыкает и тенденция поглощения разрастающимися городами сельскохозяйственных угодий. В свете нехватки продовольствия сокращение пахотных земель с ценным покрытием — почвами — крайне нежелательно. Альтернативой этому является градостроительное освоение территорий, ранее считавшихся неблагоприятными. Почвенный покров является верхним горизонтом литосферы, имеющим огромную потребительскую ценность и необходимым для существования биосферы. Почвы характеризуются высокой концентрацией в них живого вещества, продуктов его жизнедеятельности и отмирания. Они обладают высокой активностью. Почвенный покров представляет собой общепланетарный аккумулятор и распределитель энергии. Через почву осуществляются сложнейшие процессы обмена веществ и энергии всех обитающих в биосфере организмов с неживой природой. На планете запасы почв достаточно велики. Однако при градостроительном освоении территорий сохранение почвенного покрова является одной из важных экологических задач, что связано с длительностью процесса почвообразования. На создание слоя почвы толщиной всего 2—3 см требуется от 200 до 1000 лет и чем севернее зона освоения, тем дольше восстанавливаются почвы. Условия для относительно быстрого почвообразования существуют только на 22% поверхности суши. Почвы разрушаются вследствие естественных и антропогенных причин, особенно при воздействии ветра и воды. 11 Процессы водной эрозии активны на плотно заселенных территориях, где вследствие концентрации антропогенной нагрузки нарушены травяные покровы, изменены гидродинамические, геохимические и аэродинамические режимы. Это же относится к дефляции почв — процессу раздувания мелких частиц ветром. Естественные стоки поверхностных вод трансформируются за счет заливки больших площадей асфальтом, изменения русел рек и ручьев, устройства насыпей и выемок. Если такие мероприятия выполняют без устройства регулярных водотоков, риск размыва почвенного покрова, да и мягких подстилающих слоев из наносного грунта, возрастает. Связано это с увеличением скоростей движения дождевых и талых вод на определенных участках, а если скорости станут выше критических, то вода потянет за собой частицы грунта. Геохимическое засорение — следствие попадания в почвы и грунты химически активных веществ (гербицидов и минеральных удобрений, тяжелых металлов и их оксидов, а также других производственных отходов). Способы хранения и утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) оказывают значительное влияние на геохимическое состояние почв. Складирование ТБО на площадках, оборудованных без должного соблюдения экологических требований и без предварительной переработки, повышает риск «заражения» поверхности земли токсичными химическими веществами. О масштабности проблемы можно судить по тому, что в мире ежегодно образуется около 1 млрд. тонн бытового мусора. В его составе с каждым годом обнаруживают все больше компонентов синтетического происхождения, которые практически не расщепляются естественным путем, а накапливаются в окружающей среде. Серьезную экологическую опасность для почв и грунтов представляют твердые производственные отходы (ТПО). Их объем в несколько раз превышает объемы ТБО. Свалки, полигоны, хвостохранилища (предназначены для хранения или захоронения радиоактивных, токсичных и других отвальных отходов обогащения полезных ископаемых, именуемых хвостами) и терриконы занимают значительные площади и несут в себе значительный экологический риск. Представить характер геохимического засорения литосферы можно, рассмотрев данные табл.2. В ней приведены источники загрязнения и наиболее распространенные группы химических элементов, выделяемых этими источниками. Таблица 2 Источники загрязнения почв Группы химических веществ Промышленность Тяжелые металлы и их соединения Циклические углеводороды, бенз(а)пирен Радиоактивные вещества Нитраты, нитриты, фосфаты, пестициды Транспорт ТЭЦ АЭС Сельское хозяйство + Коммунальное хозяйство + + + ─ + + + + + ─ + + ─ + + ─ ─ + ─ + ─ ─ + 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. 12 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 геологодинамические 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. 13 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. Втретьих, 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 14 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. 15 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 Содержание веществ, тыс. т. в российских сточных водах разных Вещества химического загрязнения лет 1992 г. 1996 г. Соединения: меди 0,9 0,2 железа 51,2 19,7 цинка фосфора Нефтепродукты Взвешенные вещества Фенолы 1,6 60 34,9 1090 0,22 0,8 32,4 9,3 618,6 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 Загрязнение, т/год Химические вещества Свинец Сток с суши (1—20) 105 Атмосферный перенос (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. 16 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. Таблица 5 Выбросы, млн. т | Вещество Пыль естественные 3700 антропогенные 1000 Доля антропогенных выбросов, % 27 17 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 Объем выбросов, тыс. т/сут, от автомашин с двигателями Загрязняющие вещества CO CH NOx Сажа Итого бензиновыми дизельными всего 3,21 0,58 0,18 0,004 ~3,98 0,34 0,15 0,09 0,04 0,62 3,55 0,73 0,27 0,044 ~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 строительно18 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 архитектурноградостроительных 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 19 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 санитарногигиеническую 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 20 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. 21 Использованная и рекомендуемая литература 1. 2. 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 22 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); 23 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 24 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 природноантропогенных 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 объемнопланировочных, 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 архитектурнопланировочные 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. 25 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: 1.Фактические затраты на: 1.Потери энергии: 26 отопления охлаждения искусственной вентиляции искусственного освещения горячего водоснабжения. 2. Энергия от: солнца людей техники отопление охлаждение искусственную вентиляцию искусственное освещение горячее водоснабжение эксплуатацию бытовой и др. техники и оборудования теплопередачей через ограждающие конструкции, воздухообменом через наружные ограждения, воздухообменом через вентиляционные системы, при транспортировке, при преобразованиях 2. Перерасход энергии: вследствие нерациональных действий пользователей техники и оборудования, в виде “излишних” энергопоступлений, вследствие “борьбы” с эффектами “излишних” энергопоступлений 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: 1. всемерное снижение энергопотерь через ограждающие конструкции (в основном, за счет повышения компактности объемов, а также герметичности и теплоизоляционных свойств ограждений); 2. 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); 3. 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); 4. оптимизация энергозатрат в системах инженерного обеспечения на основе оперативного учета изменения параметров внешней среды, устранение эффектов "излишнего обеспечения" (отопления, освещения и т.п.); 5. снижение энергопотребления системами инженерного обеспечения, оборудованием и техникой в целом, совершенствование их технико-экономических показателей; 6. целенаправленное использование энергетических ресурсов внешней среды солнца, ветра, грунта, воды, воздуха и др.; 27 7. 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: Таблица 2 Основные направления экономии энергии в зданиях Разделы проектирования Воспитание сознания потребителя Совершенствование архитектурно-строительных решений и функциональных пространств (повышение компактности зданий и застройки в целом, снижение степени остекления наружных ограждений и т.п.) Разработка новых типов наружных ограждений с улучшенными теплотехническими характеристиками и многофункциональным назначением Повышение эффективности систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха: утилизация теплоты вентиляционных выбросов автоматизация систем управления и контроля Повышение эффективности систем естественного и искусственного освещения Возможная экономия, % в год 5-7 8-10 8-12 10-12 20-30 6-8 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: оборудование инженерных систем всех зданий приборами контроля и учета поступления и расхода энергии, без чего невозможна оценка эффективности энергосберегающих мероприятий (срок окупаемости такого оборудования, как правило, не превышает 1.5 года); тотальная модернизация оконных и дверных блоков (замена, установка дополнительных слоев остекления или стеклопакетов, герметизация): в среднем по России теплопотери через окна и двери составляют до 70% от объема теплопотерь через все 28 другие ограждения, что является свидетельством недопустимо низких теплоизоляционных характеристик используемых конструкций. Окна по-прежнему остаются весьма теплопроводными конструкциями, и это обстоятельство определило тенденцию к максимальному сокращению площади остекленных поверхностей (до минимально допустимых значений с точки зрения норм естественной освещенности). Например, по датским требованиям оптимальный процент остекления наружных ограждений зданий составляет 15-22% от их общей площади. Кроме того, во многих странах разработаны и широко используются различные конструктивные средства повышения теплоизоляционных свойств светопроемов. Наиболее простыми и эффективными из них являются: так называемые ночные ставни - специальные трансформируемые конструкции в виде теплоизолирующих и теплоотражающих экранов (щитов, штор и т.п.), размещаемых, как правило, с наружной стороны светопроема и используемых в темное время суток; вентилируемые окна - конструкция такого окна обеспечивает организованный приток наружного воздуха в помещение, по ходу которого этот воздух "подогревается" теплом, неизбежно теряемым теплопередачей через остекление, т.е. происходит утилизация происходящих через окно теплопотерь. 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: 1. сокращения площади наружных ограждений относительно внутреннего объема здания, т.е. повышением его пространственной и объемной компактности. Например, минимальные соотношения площади поверхности к внутреннему объему имеют шар, цилиндр и куб - именно эти формы обеспечат предельное снижение дисперсии тепла зданием. 2. оптимизации площади светопроемов, объективно обладающих высокой теплопроводностью и потому являющихся основным источником теплопотерь в зданиях; 3. теплового зонирования отапливаемого объема здания и устройства вокруг него так называемых буферных пространств. Это неотапливаемые помещения с промежуточной (относительно внутренней и внешней среды) температурой. Наибольший эффект буферные пространства дают при размещении их в тех частях здания, где наблюдаются максимальные амплитуды температур отапливаемых помещений и внешней среды: в зоне покрытия (где функции буфера выполняет чердак) и у плохо прогреваемых солнцем стен северной ориентации (буфером могут являться различные хозяйственные пристройки, пристенные холодные шкафы и т.п. Кроме того, буферные пространства защищают ограждения от ветровых воздействий, исключая нежелательную "напорную" инфильтрацию наружного воздуха в отапливаемый объем здания, и от переувлажнения, влекущего, как правило, резкое ухудшение теплотехнических качеств ограждений и их ускоренное разрушение; 29 4. рассеивания воздушных потоков - использованием соответствующих пространственных и объемных форм ландшафта (в т.ч. зданий); известно, что кроме собственно скорости воздушного потока сила ветрового напора определяется углом падения потока на поверхность здания. Следовательно, наименьшее ветровое давление испытывают обтекаемые (аэродинамичные) - сферические, цилиндрические и др. криволинейные, а также коноидальные и пирамидальные (“эффект пирамиды”) объемные формы; 5. снижения скорости движения и турбулентности воздушных потоков вблизи зданий (их ограждающих конструкций) - например, использованием форм растительности в качестве естественных ветрозащитных барьеров. Известно, что растительные формы различной плотности и высоты способны весьма значительно сокращать скорость ветрового потока, обеспечивая при этом зоны "ветрового затишья" глубиной, равной 20 25 высотам такого растительного барьера; пристенная растительность также существенно снижает активность ветровых воздействий на здания (турбулентность воздушных потоков у наружных ограждений); суммарное снижение теплопотерь благодаря разумному использованию растительных форм ландшафта может достигать 40%. 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: 1. Исследованиями биологических свойств рассеянной радиации, проводившимися в Казанском мединституте, было установлено, что необходимый бактерицидный эффект, определяющий принятые нормы инсоляции помещений, может быть получен при воздействии только рассеянной радиации (т.е. и при северной ориентации светопроема). Это обусловлено тем, что ультрафиолетовая составляющая солнечного спектра, обеспечивающая этот эффект, не поглощается, а только рассеивается облаками, и "по своей максимальной величине рассеянная радиация ненамного уступает прямой, даже при южной ориентации светопроема", при этом двойное остекление не оказывает существенного влияния на проникание эффективной ультрафиолетовой радиации в помещение. Таким образом, необходимость облучения прямой солнечной радиацией будет определяться, преимущественно, требованиями психоэмоционального, светового и теплового комфорта; 2. Исследования закономерностей поступления солнечной радиации в помещения, проводившиеся отечественными учеными, показали, что "на всех широтах и при любой ориентации светопроема основные поступления эффективного облучения в помещения (60-70% от максимально возможных) происходят при разрывах между зданиями, равных двум высотам здания. Дальнейшее увеличение разрывов не дает существенного прироста"; при этом если на светопроем не падает тень от противостоящих зданий, то режим прямого облучения ничем не отличается от облучения при свободном горизонте; 3. Объективное развитие тенденции к увеличению ширины зданий (и следовательно, глубины помещений) привело к предельному снижению эффективности традиционных форм бокового естественного освещения (что и выражается огромными энергозатратами на освещение искусственное и ростом теплопотерь через сплошное остекление наружных 30 ограждений). Насущной необходимостью является поиск специальных средств и приемов обеспечения помещений, расположенных в глубинных зонах зданий, естественным светом. 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: с малой энергоактивностью (замещение до 10% энергопоступлений); средней энергоактивностью (замещение 10 - 60%); высокой энергоактивностью (замещение более 60%); энергетически автономные (замещение 100%); с избыточной энергоактивностью (энергопоступления от природных источников превышают потребности здания и позволяют передавать излишки энергии другим потребителям). 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: энергия солнца (тепловая и световая составляющие солнечной радиации - основной первоисточник); 31 геотермальная (тепло верхних слоев земной коры и массивных поверхностных форм рельефа - скал, камней и т.п.), гидротермальная (тепло грунтовых вод, открытых водоемов, горячих подземных источников) и аэротермальная энергия (тепло атмосферного воздуха) - "производные" от солнечной энергии и энергии земного ядра; кинетическая энергия воздушных потоков (энергия ветра - "вторая производная" от солнечной энергии); кинетическая энергия водных потоков (энергия водопадов и морских приливов "производные" от гравитационных сил Земли и Луны); энергия биомассы (растительности, органических отходов промышленных и сельскохозяйственных производств, а также жизнедеятельности животных и людей результат биоконверсии солнечной энергии); 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 32 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: гелиоэнергоактивные здания (эффективно использующие энергию солнца); ветроэнергоактивные здания; здания, использующие гео-, гидро- и аэротермальную энергию; здания с комбинированным использованием различных природных источников энергии. 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: 1. как собрать энергию (как получить необходимое количество энергии, учитывая ее определенную рассеянность во внешней среде, т.е. компенсировать недостаточную мощность естественных энергетических потоков); 2. как хранить(аккумулировать)собранную энергию (как компенсировать характерное несовпадение во времени периодов и суточно-сезонную неравномерность поступления и потребления энергии); 3. как распределять энергию (как обеспечить регулируемое распределение энергии в здании для обеспечения требующихся в данный момент и в данное время функциональнотехнологических и микроклиматических параметров его элементов). 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 33 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; 34 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 БДП3-94 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 объемнопланировочных 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. 35 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 объемнопланировочными 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 36 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: озеленение цокольных зон зданий (биопозитивные конструкции отмосток, цоколей и др.); вертикальное озеленение стен путем сооружения террасных и верандных помещений, создание ампельных (свисающих) покрытий навесных устройств для озеленения фасадов; создание фитомансардных этажей для зимних садов; устройство зимних садов внутри зданий; озеленение всех свободных участков территории и искусственных надземных территорий, создаваемых при использовании подземного пространства; озеленение крыш-террас. 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 37 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 1. Бартошевская В.В., Иванченко В.Т., Мирсоянов В.Н. «Архитектурная и градостроительная экология»: Учебное пособие. Краснодар: Изд-во ГО УВПО «КубГТУ; 2006 – 145с. 2. Бумаженко О.В. ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЕ (ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ) СТРОИТЕЛЬСТВО (информационно-аналитический обзор). Агентство научно-технической информации (Научно-техническая библиотека) http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/1289.html 3. Голомазова Г.М. «Урбоэкология и мониторинг». Конспект лекций для студентов специальности 260500 всех форм обучения. Красноярск. СибГТУ, - 2005. –84с 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 38 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 физикохимических 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, автои 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). 39 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 40 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 41 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. Табл.1 Классификация тяжести биоповреждения Стадия 1 Проявления (характерные признаки) видимые невидимые Локальные изменения в поверхностном слое Появление в микроструктуре микроводорослей и (отдельные небольшие очаги пигментации, бактерий. Возможны следы новообразований поверхностные шелушения), площадь (сотые доли процента) 42 2а 2б 3а 3б 4а 4б повреждений до 10 мм Мокрые пятна, видимая кромка капиллярного увлажнения, зеленый налет и локально расположенные темные пятна размером не более нескольких мм, как правило, заселенные сухопутными водорослями или темного цвета микролишайниками Появление на фасадных поверхностях налета зеленого и серого цвета в местах постоянного увлажнения слизистых пленок Зарастание лишайниками, мхами. Появление признака слегка заметной шероховатости открытых поверхностей. Возможны белые солевые налеты, прочно сцементированные с материалом Концентрация налета от серого цвета до черного. Появление на фасадных поверхностях визуально легко определяемых контуров и площадей с наличием желто-серых масляно-влажных пятен. На соседних участках возможны высолы, легко удаляемые с поверхности, и вздутия. Интенсифицируется процесс отшелушивания наиболее плотных поверхностных слоев. Внутри помещений — интенсивное зарастание влажных участков плесневыми грибами и колониями бактерий. Микроорганизмы присутствуют на площадях от десятков см до нескольких метров Отслоение поверхностных корок («патины») в случае нарушения баланса увлажнения в наружных ограждающих конструкциях. Локальные выкрашивания в лицевом слое материала. Нарушение связности отделочных материалов. Появление на горизонтальных поверхностях и в трещинах растительности Растрескивание, отслоение штукатурных слоев. Скалывание, расслоение конструкционных материалов. Полное разрушение связующего кладочного и шовного растворов. Бурный рост культуры грибов или бактерий даже при незначительном нарушении тепловлажностного режима в помещениях Появление в микроструктуре отдельных бактериальных колоний, возможно наличие единичных гифов грибов Для стадии 26 явные следы новообразований (от десятых долей до одного процента) Преобладание биотических структур сообществ мхов и лишайников, наличие колоний бактерий. Перекристаллизация кальцита в рамках углекислотного равновесного процесса. Количество новообразований не более 1% Преобладание на поверхности гетеротрофных грибов и гифов внутри камня. Накапливание в поверхностных слоях кристаллогидратов и веществ, обладающих повышенной гигроскопичностью. На поврежденных участках под поверхностной коркой присутствуют новообразования с преобладанием сульфатов натрия, калия и кальция (сульфатизация свыше 5%) Новообразования при перекристаллизации кальцита в поверхностных слоях. Присутствие в материале метастабильных соединений магния и железа Необратимые изменения фазового состава. Большое содержание загрязнителей — сульфатов, соединений натрия, новообразований, возникших при растворении основных минералов материала (сульфатизация свыше 15%). Частое присутствие хлорида натрия на испаряющих поверхностях конструкций и в объеме материала На территориях с нарушенным экологическим равновесием меняется механизм разрушений. Не зная его, невозможно эффективно выбрать способы защиты конструкций зданий от заселения микроорганизмами (бактериями, грибами и т.д.), обеспечить антикоррозионную защиту и экологическую безопасность среды внутри помещений в зданиях с зафиксированными случаями биоповреждений. Для прогнозирования и комплексного учета влияния микробиотических сообществ на кинетику разрушения строительных конструкций следует учитывать ряд потенциальных причин, связанных со спецификой жизнедеятельности микроорганизмов в различных средах. Динамика же разрушения, в зависимости от изменения абиотических условий окружающей среды, будет зависеть еще и от вида бактерий, грибов и продуктов их метаболизма. Все виды микроорганизмов, наиболее часто участвующих в процессах коррозии строительных материалов, специалисты разделяют на три основные группы. • К первой группе относят зеленые водоросли, цианобактерии (сине-зеленые водоросли). Энергию и углерод для построения собственного организма, подобно 43 растению, они получают при фотосинтезе с участием солнечной энергии и оксида углерода воздуха. • Ко второй группе относят многие виды бактерий и грибы, которые являются минерализаторами органического материала. • Третья группа включает специальные анаэробные группы бактерий, то есть те, которые действуют при отсутствии кислорода воздуха. При обследовании биоповреждений материалов необходима идентификация этих групп микроорганизмов и изучение механизма их воздействия на городские сооружения и архитектурные памятники. Причинами заселения строительных материалов микроорганизмами является возможность удовлетворения их пищевых и энергетических потребностей. Характер заселения определяется, в значительной степени, как условиями окружающей среды (абиотическими факторами — влажностью, температурой и т.д.), так и химическим составом материала. Наряду с питательной средой и источниками энергии большинству микроорганизмов необходима высокая влажность. Некоторые микроорганизмы могут значительное время обходиться и без влаги и даже сами производить воду, но для роста колонии этого обычно бывает недостаточно. В экосистеме с ненарушенным равновесием заселение материала памятника происходит фототрофными (фотосинтезирующими) микроорганизмами, к которым относятся водоросли, синие водоросли (цианобактерии), мхи и лишайники. Воздействие колоний этих микроорганизмов на строительный материал оценивается различными специалистами неоднозначно. Некоторые из них придерживаются мнения, что повреждающее влияние на конструкцию при ее зарастании водорослями связано с постоянной повышенной влажностью. Другие специалисты считают, что наличие фототрофных микроорганизмов не способствует заметному выветриванию породы, а водоросли и лишайники даже затрудняют заселение материала опасными бактериями и грибами. Таким образом, заселение материалов различными микроорганизмами обуславливается, прежде всего, экологическими факторами окружающей среды. При этом микроорганизмы образуют собственный, достаточно устойчивый микоценоз (грибной ценоз). Многие из подобных микоценозов оказывают на материал сложное комплексное воздействие. Оно может явиться основной причиной коррозии материалов или способствовать ускорению коррозионных процессов, причиной которых являются значительные нарушения в экосистеме вблизи памятника. Основные факторы окружающей среды и зависимость от них тех или иных обуславливающих коррозию материала микроорганизмов приведены в табл. 2. Присутствие всех перечисленных условий является возможной причиной заселения памятника соответствующей группой микроорганизмов. Кроме того, необходимо учитывать экологические эффекты примененных средств борьбы с уже имеющимся заражением материала. Поэтому с позиций экологии желательны оценка устойчивости самих материалов для строительства к биологическим воздействиям и оценка возможных воздействий на окружающую среду средств борьбы с биокоррозией. Необходимо учитывать взаимосвязь процессов жизнедеятельности микробиоты и возможных их воздействий на материалы, которые могут быть или питательным субстратом, или источником энергии, или и тем, и другим одновременно. Итак, можно достаточно точно констатировать, что для территорий с нарушенным экологическим равновесием, характерным для городов с населением более 1 млн чел., 44 процесс повреждения, в частности, архитектурных памятников связан с биотическими факторами и ими контролируется. Экологические предпосылки микробиотического заселения строительных материалов представляют определенный интерес не только с точки зрения характеристик окружающей среды, но и с позиции оценки самих материалов. В связи с этим актуальной задачей является анализ характерных биоповреждений строительных материалов и конструкций, определение условий роста микроорганизмов, разработка эффективных способов борьбы с биокоррозионными процессами и системы предупреждающих мероприятий. Профилактика микробиотического загрязнения памятников архитектуры может заключаться в управлении и корректировке тех или иных условий жизнедеятельности микроорганизмов. Таблица 2 Необходимые факторы развития микроорганизмов в материале памятника Микроорганизмы Факторы вода свет воздух водоросли, лишайники (фототрофные организмы) + + + грибы, некоторые окислители серы бактерии (литотрофные (органитрофные бактерии) организмы) восстановители сульфата и нитрата (анаэробные бактерии) + + + — — — + + + — — — органические вещества (источники углерода) Примечание: + означает, что наличие данного условия является необходимым. + фототрофные (фотосинтезирующие) микроорганизмы, использующие в качестве энергии для жизнедеятельности свет (лучистую энергию); в процессе фотосинтеза ассимилируют углекислоту и др.; органотрофные (гетеротрофы) - организмы, использующие для своего питания готовые органические соединения; литотрофные бактерии – бактерии, окисляющие неорганические соединения. Они вводят в биологический круговорот вещества, прежде принадлежавшие неорганической природе; Как же защитить строительные материалы и конструкции от биокоррозии? Созданы специальные вещества и препараты, которые называются биоцидами. Они обладают защитными средствами, а отдельные из них - антисептиками, техническими пестицидами, препаратами комплексного защитного действия. Поскольку биологические повреждения могут вызываться различными организмами, то химические вещества для защиты от них должны обладать либо сугубо специфическим биологическим действием, либо иметь противобактериальные свойства широкого спектра. Поэтому в качестве химических средств защиты применяют следующие вещества: фунгициды - от грибов, повреждающих стройматериалы, бактерициды - от бактерий различных видов, альгициды и моллюскоциды - от обрастания в водной среде водорослями и моллюсками трубопроводов, гидротехнических сооружений, морских судов, систем водоснабжения и мелиорации и др. В качестве химических средств защиты находят применение вещества, относящиеся к различным классам химических соединений, в том числе: неорганические соединения (окислы и соли бора, меди, хрома, цинка, мышьяка и др.), 45 органические соединения (фенолы и хлорфенолы, производные карбоновых, оксикарбоновых, карбаминовых и тиокарбаминовых кислот, гетероциклические и другие соединения), элементоорганические и комплексные соединения олова, меди, свинца, мышьяка, кремния, ртути и др. Предотвратить возникновение биокоррозии гораздо легче, чем потом бороться с ее последствиями. Поскольку биологическая коррозия развивается в условиях повышенной влажности, эффективным средством профилактики может быть надежная гидроизоляция строительных материалов с помощью специальных материалов (пропиток, красок, защитных штукатурок, облицовки плитами и т.д.). Для предотвращения поселения биологических агентов в теле бетона или в строительном растворе поверхность сооружений покрывают биоцидными и пленкообразующими составами, пропитывают биоцидными растворами или вводят модификаторы биоцидного действия в бетонную смесь с водой затворения (вода затворения – это вода, которая подмешивается к раствору при приготовлении бетона). Способы применения и защитное воздействие биоцидов определяются их растворимостью и рядом других физических и физико-химических свойств. По этим признакам биоциды подразделяют на водорастворимые, малорастворимые и растворимые в органических растворителях. По отношению к воде биоциды могут быть невымываемыми, трудновымываемыми и легковымываемыми. По агрегатному состоянию биоциды бывают твердые (порошки), жидкие и газообразные (фумиганты, летучие фунгициды и др.). Для защиты от биологических агентов необходимы антисептики нового поколения - биоакциды, которые не просто обладают широким антисептическим спектром, но и длительным временем защитного действия. В основе таких препаратов должно лежать модифицирование подложки без разрушения последующих слоев конструкции и угнетение процесса жизнедеятельности биоразрушителей. Этими свойствами, как показали разработки специалистов МГСУ, обладают эфиры фосфористой кислоты, что позволило создать целый ряд составов «Мипор». Эти составы применяются уже несколько лет на зданиях и сооружениях Свято-Троицкой Лавры, Музее деревянного зодчества в Костроме и многих других объектах. При чем, как считают специалисты, гарантия на сроки действия таких составов может составлять около 25 лет. Таким образом, вопросы защиты строительных конструкций, зданий и сооружений от агрессивных химических и биологических воздействий окружающей среды должны обязательно учитываться при проектировании, строительстве и реконструкции зданий. Долговечность зданий и сооружений зависит от уровня (правильности) принятых технических решений при проектировании и строительстве, своевременного проведения профилактических мер в процессе эксплуатации, а также от негативных воздействий природных факторов (дожди, ураганы, наводнения, землетрясения и т. п.) и окружающей техногенной среды. Природные факторы невозможно исключить, но можно принять меры по минимизации их негативных воздействий на строительные объекты. На протяжении веков строителями отрабатывались различные меры по противодействию природным негативным факторам. К настоящему времени разработаны и успешно используются технические решения строительства зданий и сооружений в сейсмоопасных районах, в зонах вечной мерзлоты и т.п. Существующие СНиПы и другие нормативные документы дают общие рекомендации по защите зданий и сооружений от агрессивных химических воздействий окружающей среды. Совершенно очевидно, что каждому региону, в зависимости от специфики промышленного развития, присущи свой набор и концентрация химически активных веществ. 46 В настоящее время в системе отечественных нормативных строительных документов в области защиты зданий и сооружений от биологического воздействия практически нет нормативных документов (за исключением деревянных конструкций СНиП 2.03.11-85, СНиП II-25-80). В развитых западных странах этой проблеме уделяется серьезное внимание. Тем более что она имеет, как уже говорилось, двойной негативный эффект. Во-первых, биодеструкторы способны разрушать строительные конструкции, в том числе несущие, и ухудшать внешний вид отделочных материалов, а во-вторых, многие микробиодеструкторы строительных материалов (грибки и бактерии) могут оказывать негативное воздействие непосредственно на здоровье людей, проживающих или работающих в пораженных помещениях. Региональная специфичность биологического воздействия на здания и сооружения еще более ярко выражена, чем специфичность химического воздействия. На состав и разнообразие биодеструкторов строительных материалов, кроме региональной особенности антропогенного воздействия на природную среду, существенное влияние оказывают географические, геологические и метеорологические особенности региона. В этой связи разработка именно региональных норм представляется наиболее оправданной. При анализе основных видов и причин биоповреждения зданий и сооружений нельзя забывать о проблемах, связанные с жизнедеятельностью микроорганизмов в грунтах. О способности микроорганизмов изменять механические характеристики грунтов мало известно. Тем не менее, жизнедеятельность микроорганизмов в грунте может приводить к локальной трансформации грунтов в основании зданий вплоть до образования плывунов. Этому способствуют утечки из канализации, растительные остатки в грунте, загрязнение грунтов различными органическими веществами и т. п., а также отепляющий эффект, который создается различными подземными коммуникациями и самими зданиями и сооружениями. Таким образом, проблема биоповреждения строительных конструкций зданий и сооружений не исчерпывается вопросами повреждения строительных материалов. Она значительно шире, и для принятия эффективных мер по защите зданий и сооружений от биологического воздействия окружающей среды требуется комплексный подход, учитывающий взаимосвязь различных элементов инфраструктуры городской среды. 1. 2. 3. 4. Использованная литература Антонов В.Б. «Биоповреждение зданий – одна из причин микозов и микогенной аллергии у городских жителей» http://www.rusmedserv.com/mycology/index.html «Биоповреждения в промышленности» Межвузовский сборник. - — Горький, изд. ГГУ, 1983. – 100с. Князева В.П. «Экология. Основы реставрации». / Учебное пособие. – М.: «Архитектура-С», 2005. – 400с. Старцев С.А. «Защита строительных конструкций, зданий и сооружений от агрессивных химических и биологических воздействий окружающей среды». Комментарии к РВСН 20-01-2006. Журнал «СтройПрофиль», № 8 (54). – 2006 (http://www.stroy-press.ru). ТЕМА 16 МОНИТОРИНГ КАК ОСНОВА УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА Мониторинг – наблюдение, оценка и прогноз состояния окружающей среды в связи с хозяйственной деятельностью человека. Мониторинг окружающей природной среды и состояния объектов народного хозяйства и государственный надзор по вопросам природной и техногенной безопасности 47 – основа управления охраной окружающей среды и обеспечения безопасности жизнедеятельности человека. Объектами мониторинга могут быть природные, антропогенные и природноантропогенные экосистемы (геосистемы). Информация, получаемая системой мониторинга окружающей среды - основа управления качеством окружающей среды. Эта система состоит из трех ступеней: наблюдения, оценки состояния и прогноза возможных изменений. Мониторинг осуществляет наблюдение за антропогенными изменениями, а также за естественной малоизмененной природой. В системе различают четыре уровня: санитарно-токсический, экологический и биосферный, социально-гигиенический мониторинг. Санитарно-токсический мониторинг осуществляет: наблюдение за состоянием качества окружающей среды, главным образом за степенью загрязнения природных ресурсов вредными веществами и влиянием этого процесса на человека, животный и растительный мир; определение наличия шумов, аллергенов, пыли, патогенных микроорганизмов, неприятных запахов, сажи; контроль за содержанием в атмосфере оксидов серы и азота, оксида углерода, соединений тяжелых металлов, за качеством водных объектов, степенью загрязнения их различными органическими веществами, нефтепродуктами; В зоне влияния источников загрязнения организуется наблюдение за следующими объектами и параметрами Атмосфера: химический, радионуклидный состав газов и аэрозолей; твёрдые и жидкие осадки (снег, дождь) и их химический и радионуклидный состав; тепловое и влажностное загрязнение атмосферы. Гидросфера: химический, радионуклидный состав поверхностных и грунтовых вод, взвесей и донных отложений в природных водостоках и водоёмах, тепловое загрязнение поверхностных и грунтовых вод. Почва: химический и радионуклидный состав деятельного слоя почвы. Биота: химическое и радиоактивное загрязнение сельскохозяйственных угодий, растительного покрова, почвенных зооценозов, наземных сообществ домашних и диких животных, птиц, насекомых, водных растений, планктона, рыб. Урбанизированная среда: химический и радиационный фон воздушной среды населённых пунктов, химический и радионуклидный состав продуктов питания, питьевой воды и др. Население: характерные демографические параметры (численность, плотность, рождаемость, смертность, возрастной состав, заболеваемость, уровень врождённых уродств, аномалий) и социально-экономические факторы. Санитарно-токсический мониторинг осуществляется службами Министерства здравоохранения РФ, Министерства природных ресурсов РФ, Росгидрометом России. 1. Экологический мониторинг Экологический мониторинг – информационная система наблюдений, оценивающая и выделяющая антропогенную составляющую в происходящих природных процессах. Система экологического мониторинга осуществляет: сбор и анализ информации о причинах наблюдаемых и вероятных изменений состояния окружающей среды; определение изменений в экологических системах (биогеоценозах), природных комплексах и их продуктивности, 48 выявление динамики запасов полезных ископаемых, водных, земельных и растительных ресурсов, резервов биосферы в целом; анализ информации о допустимости изменений и нагрузок на окружающую среду. Экологический мониторинг производится органами Госгидромета РФ и Минприродресурсов РФ. Экологический мониторинг подразделяется: по масштабу измерений и оценке информации (локальный, региональный, глобальный); по специфике методов измерения и оценке информации (биологический, геохимический, геофизический); по специфике объектов защиты: — на мониторинги атмосферы, почв, поверхностных вод (гидрологический), подземных вод (гидрогеологический), растительных ресурсов (геоботанический), лесов, животного мира (зоологический), антропогенной нагрузки, промышленной нагрузки и т.д. Данные мониторинга окружающей среды получают с помощью наблюдательной сети. Наблюдательная сеть экологического мониторинга включает иерархию взаимосвязанных стационарных наблюдательных пикетов, региональных и базовых станций, маршрутов, полигонов. 2. Биосферный мониторинг Биосферный мониторинг осуществляет наблюдение за глобально-фоновыми изменениями в природе: степенью радиации; наличием в атмосфере СО 2, О3; ее запыленностью; циркуляцией тепла; газовым обменом между океаном и воздушной оболочкой земли; мировой миграцией птиц, животных, растений и насекомых; погодноклиматическими изменениями на планете. К биосферному мониторингу должны быть отнесены наблюдения над мировым водным балансом и глобальным кругооборотом влаги, антропогенными изменениями водных балансов и нарушениями кругооборотов влаги, а также прогнозы на будущее. Объектом наблюдения должны стать антропогенные преобразования глобальных круговоротов важнейших химических элементов с обязательным включением в объект наблюдения почвенного покрова. Особую часть биосферного мониторинга должны составлять наблюдения над загрязнением Мирового океана, вызванным антропогенными причинами. Биосферный мониторинг осуществляется в рамках Глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС) на базе международных биосферных станций, восемь из которых располагаются у нас в стране. Биосферный мониторинг ведется как дистанционными методами (например, с искусственных спутников Земли), так и контактными (с помощью наземной сети биосферных станций). Эти станции располагаются в различных природных зонах, которые отличаются степенью устойчивости ландшафтов к антропогенным воздействиям и характером хозяйственного использования, что позволяет сравнить скорость накопления и длительность сохранения загрязнителей в неоднородных природных условиях. 3. Социально-гигиенический мониторинг Социально-гигиенический мониторинг (введен в 2000 г. в РФ) - государственная система наблюдений за состоянием здоровья населения и среды обитания, их анализа, оценки и прогноза, а также определения причинно-следственных связей между состоянием здоровья населения и воздействием факторов среды обитания. Мониторинг контролирует социальные факторы: условия труда, быта, качество питания, водоснабжения и т. п. 49 . При ведении мониторинга решаются следующие задачи: 1. гигиеническая оценка (диагностика) факторов среды обитания человека и состояния здоровья населения; 2. выявление причинно-следственных связей между состоянием здоровья населения и воздействием факторов среды обитания человека на основе системного анализа и оценки риска для здоровья населения; 3. установление причин и выявление условий возникновения и распространения инфекционных и массовых неинфекционных заболеваний (отравлений); 4. подготовка предложений для принятия федеральными органами исполнительной власти, органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации и органами местного самоуправления необходимых мер по устранению выявленных вредных воздействий факторов среды обитания человека. Мониторинг проводится Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека совместно с другими федеральными органами исполнительной власти, уполномоченными осуществлять государственный санитарноэпидемиологический надзор. Проведение социально-гигиенического мониторинга возложено на Госгидромет РФ, Минздрав РФ, Федеральные органы исполнительной власти и ряд других ведомств. Министерство здравоохранения изучает динамику заболеваний в регионах в зависимости от изменения состояния окружающей среды, контроль которой осуществляют территориальные органы Минприродресурсов РФ и санитарноэпидемиологической службы Министерства здравоохранения РФ. В рамках социально-токсического мониторинга общее наблюдение за состоянием окружающей среды осуществляют территориальные органы Росгидромета, которые включают инспекции по контролю атмосферы, гидросферы, почвы и следят за работой газоочистных и пылеулавливающих установок. Локальный санитарно-токсический мониторинг реализуется в городах и населенных пунктах, на автодорогах и на отдельных предприятиях. Правила контроля состояния окружающей среды установлены системой стандартов «Охрана природы». ГОСТ 17.2.3.01—86 "Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов" формулирует правила контроля качества воздуха населенных пунктов. Установлены три категории постов наблюдений за загрязнением атмосферы: стационарные, маршрутные, передвижные (подфакельные). Стационарный пост предназначен для непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ и регулярного отбора проб воздуха для анализов и контроля. Для этого в различных районах города устанавливаются стационарные павильоны, оснащенные оборудованием для проведения регулярных наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы. Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха в фиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводятся по графику последовательно во времени в нескольких точках с помощью переносной аппаратуры и (или) передвижной лаборатории. Передвижной (подфакельный) пост необходим для наблюдения за специфическими загрязняющими веществами, характерными для выбросов данного предприятия примесями. Передвижные или подфакельные посты предназначены для отбора проб воздуха под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника промышленных выбросов. Подфакельные наблюдения проводятся на автомашине или на стационарных постах. Число стационарных и маршрутных постов и их размещение определяется с учетом численности населения, площади населенного пункта и рельефа местности, а также 50 уровня развития промышленности, расположения ее объектов по территории города, рассредоточенности мест отдыха и курортных зон. Размещение и количество постов наблюдений, программа и сроки наблюдений, отбор проб регламентируются системой стандартов «Охрана природы» Основные критерии благополучия экологической ситуации: Выброс предельно допустимый (ПДВ) - объем (количество) загрязняющего вещества за единицу времени, превышение которого ведет к неблагоприятным последствиям в окружающей природной среде или опасно для здоровья человека (ведет к превышению предельно допустимых концентраций ПДК). Концентрация предельно допустимая (ПДК) - количество загрязнителя в окружающей среде, которое не вызывает неблагоприятных экологических последствий. Норма выброса - суммарное количество газообразных и (или) жидких отходов, разрешаемое предприятию для сброса в окружающую среду. Норма выброса определяется таким образом, чтобы кумуляция вредных выбросов от всех предприятий данного региона не создавала в среде концентрации первичных и вторичных загрязнителей, превышающих соответствующие ПДК. Организация контроля состояния окружающей среды в регионах возложена на местные органы Минприродресурсов РФ. Ведется контроль атмосферы, гидросферы и почв вблизи транспортных магистралей и предприятий. В зонах ответственности предприятий отбор проб воздуха, воды и почв организуется самими предприятиями. Эту работу производят, как правило, их санитарнопромышленные лаборатории. При контроле ПДВ основными должны быть прямые методы измерения концентраций вредных веществ и объемов газовоздушной смеси в местах их непосредственного выброса или после газоочистных установок. Применительно к транспортным средствам с бензиновыми двигателями нормы и методы измерения содержания оксида углерода и углеводородов определены ГОСТ 17.2.2.03—87; нормы и методы измерения выбросов тракторных и комбайновых двигателей — ГОСТ 17.2.2.05—86. 4. Использование данных экологического мониторинга в управлении качеством окружающей среды Определение приоритетов при организации систем мониторинга зависит от цели и задач конкретных программ. В территориальном масштабе приоритет государственных систем мониторинга отдан городам, источникам питьевой воды и местам нерестилищ рыб. в отношении сред наблюдений первоочередного внимания заслуживают атмосферный воздух и вода пресных водоемов. Приоритетность ингредиентов определяется с учетом критериев, отражающих токсические свойства загрязняющих веществ, объемы их поступления в окружающую среду, особенности их трансформации, частоту и величину воздействия на человека и биоту, возможность организации измерений и другие факторы. ГСМОС основывается на системах национального мониторинга, которые функционируют в различных государствах согласно как международным требованиям, так и специфическим подходам, сложившимся исторически или обусловленным характером наиболее остро стоящих экологических проблем. Использованная и рекомендуемая литература 51 1. 2. 3. 4. 5. 6. Герасимов И. П. «Научные основы современного мониторинга окружающей среды».— Изв. АН СССР. Сер. географическая, 1975, № 3, с. 13—25. «Как организовать общественный экологический мониторинг» http://ecolife.org.ua/index.php «Положение о проведении социально-гигиенического мониторинга». ПостановлениеиПравительства РФ от 2 февраля 2006г. «Правила контроля качества воздуха населенных пунктов» (введен в действие постановлением Госстандарта СССР от 10 ноября 1986 г. N 3395) «Экоаналитический контроль как основа химического мониторинга». Сайт Самарского государственного университета; http://www.ssu.samara.ru/~unc/book3/1_1.html Ю.Ф. Флоринская Понятие о ноосфере http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1165451&uri=index.html ТЕМА 17 УПРАВЛЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ. НОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Под управлением безопасностью жизнедеятельности понимается организованное воздействие на систему "Человек - Среда" с целью достижения желаемых результатов. Управлять безопасностью жизнедеятельности - это значит осознанно переводить объект из одного состояния (опасного) в другое (безопасное, менее опасное), при условии соблюдения экономической и технической целесообразности. Управление безопасностью жизнедеятельности в Российской Федерации строится на действии многоуровневой системы законодательных, подзаконных и нормативноправовых актов, а также директивной документации организаций. В структуре управления безопасностью жизнедеятельности равноправное место занимает система профилактики и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Для практической реализации основных функций управления необходимо знание особенностей объекта управления, методов и приемов эффективного воздействия на него с целью обеспечения комфортных или допустимых условий жизнедеятельности. Безопасность - это свойство системы "человек- среда обитания" сохранять условия взаимодействия с минимальной возможностью возникновения ущерба людским, природным и материальным ресурсам. Взаимодействие человека с техносферой может быть: комфортным с оптимальными условиями жизнедеятельности; допустимым, гарантирующим невозможность возникновения и развития негативных процессов у человека и в среде обитания; опасным, вызывающим при длительном воздействии заболевания и (или) приводящие к деградации природной среды; чрезвычайно опасным, способным за короткий период времени нанести травму, привести человека к летальному исходу, вызвать разрушение природной среды. При управлении безопасностью жизнедеятельности можно выделить такие стадии: анализ и оценка состояния объекта; прогнозирование и планирование мероприятий для достижения целей управления БЖД; формирование управляемой и управляющей систем; контроль за ходом управления безопасностью; определение эффекта от запланированных мероприятий; стимулирование участников управления творчески решать проблемы управления. Безопасная жизнедеятельность может быть обеспечена только при комфортном (или допустимом) состояниях взаимодействия человека со средой обитания (опасное и 52 чрезвычайное опасное - недопустимы для процессов жизнедеятельности человека, сохранения и развития природной среды). Управление безопасностью жизнедеятельности Министерство эдравоохранения и социального развития (Минэдрав РФ) Министерство природных ресурсов (МПР РФ) Ликвидация последствий ЧС Система предупреждения и действия в ЧС Профилактика чрезвычайных ситуаций Рациональное природопользование средств Управление охраной окружающей среды Защита природных Профилактика травматизма Обеспечение благоприятных условий труда Управление охраной труда Министерство по делам гражданской обороны и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС РФ) Головной орган управления Рис. 1 Схема управления безопасностью жизнедеятельности (по Федосееву В.Н., 2001) Управление безопасностью жизнедеятельности строится на действии многоуровневой системы законодательных, подзаконных и нормативно-правовых актов, а также директивной документации организаций. Схема управления организацией безопасности жизнедеятельности приведена на рис.1. 1. Организационные основы управления безопасностью жизнедеятельности. На федеральном уровне оно осуществляется Федеральным собранием, Президентом, Правительством РФ и специально уполномоченными на то органами. К ним относятся Министерство природных ресурсов (МПР РФ), Министерство здравоохранения и социального развития (Минздрав РФ) и Министерство по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС РФ). На региональном уровне управления охраной окружающей среды ведется представительными и исполнительными органами власти, местными органами самоуправления, а также территориальными органами указанных выше специально уполномоченных ведомств. 53 На всех уровнях разработка обязательных для исполнения предложений по проведению мероприятий, обеспечивающих санитарно-эпидемиологическое благополучие населения, возложена на органы Министерства здравоохранения РФ. Они же осуществляют согласование разрешений на все основные виды природопользования. На промышленных объектах для управления охраной окружающей среды создаются отделы охраны природы (охраны окружающей среды) либо их функции выполняет какое-либо подразделение предприятия (например, отдел главного механика). Во всех случаях негативные воздействия на атмосферу, гидросферу и почвы должны ограничиваться и необходимо вести постоянный производственный контроль за состоянием этих сред. 2. Правовые основы управления качеством окружающей среды. Законы и нормативы. Основой управления охраной окружающей среды являются законодательные и подзаконные акты, которые предполагают единую систему управления в стране, а также международное сотрудничество в области охраны природы. Управление охраны окружающей среды базируется на информации, получаемой системой мониторинга окружающей среды. Упрощенно существующую иерархию в правовом пространстве управления БЖД можно представить следующим образом. Высший уровень иерархии представлен Конституцией Российской Федерации. Конституция РФ включает ряд статей, посвящённых охране труда, природы и здоровья человека (Приложение 1) Кодексы законов и отдельные законы РФ. Указы и распоряжения Президента РФ. Постановления и распоряжения Правительства РФ; Система стандартов безопасности труда (ССБТ), строительные нормы и правила (СНиП), санитарные нормы (СН), санитарные правила (СП), гигиенические нормы (ГН), санитарные правила и нормы (СанПиН) и др. Инструкции, правила, памятки, руководства, методические указания и т.п. Высшая судебная власть в России осуществляется Конституционным Судом РФ, Верховным Судом РФ и Высшим Арбитражным Судом РФ. Надзор за исполнением законности осуществляет институт прокуратуры РФ. 3. Управление качеством окружающей среды Мониторинг окружающей природной среды, состояния объектов народного хозяйства и государственный надзор по вопросам природной и техногенной безопасности – важнейшие составляющие управления охраной окружающей среды и обеспечения безопасности жизнедеятельности человека. Основой управления качеством окружающей среды является информация, получаемая системой мониторинга окружающей среды. Мониторинг осуществляет наблюдение за антропогенными изменениями окружающей среды, а также за естественной малоизмененной природой. Сама система экологического мониторинга не включает непосредственную деятельность по управлению качеством окружающей среды, а лишь дает информационную базу, она — важнейший этап при разработке управленческих стратегий, поскольку экологический мониторинг можно считать информационной системой обеспечения экологической безопасности. 4. Нормирование качества окружающей среды 54 В проблеме нормирования качества защиты окружающей среды следует различать два направления работ - нормирование собственно качества окружающей среды и нормирование вредных воздействий на окружающую среду (Рис. 2). При этом очевидно, что без целенаправленной работы по нормированию вредных воздействий на окружающую среду теряет смысл нормирование качества ее защиты. ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА ПРИРОДНАЯ (контакт с населением, животным и растительным миром) Атмосферный водух. Озоновый слой Земли Поверхностные, подземные, морские воды. Почвы, растительный и животный мир Нормирован. качества окружающей среды ВОЗДЕЙСТВУЮТ Нормирован. вредных воздействий на окружающую среду Промышленность Жил.-ком. хозяйство Транспорт Сельское хозяйство Добыча и переработка полезных ископаемых Промышленные и бытовые отходы ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ (контакт с производственным и обслуживающим персоналом) Воздух рабочей зоны Ультразвук. Электрические и электромагнитные поля в рабочей зоне. Шум. Температура в рабочей зоне ВОЗДЕЙСТВУЮТ Технологии производства Транспортирование Хранение Использование технологии услуг Рис. 2 Схема нормирования качества окружающей среды и вредных воздействий на окружающую среду Нормирование качества окружающей природной среды возложено государством на Минздрав и Госкомэкологии России. Оно должно проводиться с учетом характера источников загрязнения и районирования (ранимость природы; концентрация источников загрязнения в городах и промышленных регионах; близость промышленных объектов к важнейшим источникам питьевой воды, сельскохозяйственным регионам, здравницам и заповедным зонам). Нормирование качества окружающей среды обычно проводят по природным средам — атмосферному воздуху, воде, почве. Также измеряют качество питьевой воды и продуктов питания и различные экологические факторы — радиационные, интенсивность шума, освещенность и т.д. Экологическое нормирование предполагает учет допустимой нагрузки на экосистему. Допустимой считается такая нагрузка, под воздействием которой отклонение от нормального состояния системы не превышает естественных изменений и, следовательно, не вызывает нежелательных последствий у живых организмов и не ведет к ухудшению качества среды. 55 Санитарно-гигиеническое нормирование устанавливает критерии оценки влияния факторов среды обитания на здоровье населения; определяет оптимальные или предельно допустимые величины, уровни, концентрации воздействия комплекса или отдельных факторов химического, биологического, физического и радиационного воздействия среды обитания на организм человека. В основе санитарно-гигиенического нормирования лежит понятие предельно допустимой концентрации. Предельно допустимая концентрация (ПДК) — количество вредного вещества в окружающей среде, которое при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий для потомства. ПДК определяются в результате медицинских исследований; их утверждает Минздрав РФ. В настоящее время установлены ПДК более чем 1000 химических веществ в воде, более 200 — в атмосферном воздухе, более 30 — в почве. Регламентируется также загрязнение продуктов питания человека. Установлены нормативы для физических факторов воздействия — шума, вибрации, магнитного и электромагнитного излучения, радиационного воздействия, теплового загрязнения и биологического загрязнения патогенной микрофлорой. Однако санитарно-гигиеническое нормирование редко отражает комбинированное действие (одновременное или последовательное действие нескольких веществ при одном и том же пути поступления) и не учитывает результирующего эффекта комплексного поступления вредных веществ в организм различными путями и с различными средами (с воздухом, водой, пищей, через кожные покровы) и сочетанного воздействия всего многообразия физических, химических и биологических факторов окружающей среды. Существуют лишь ограниченные перечни веществ, обладающих эффектом суммарного воздействия при их одновременном содержании в атмосферном воздухе. Для веществ, о действии которых не накоплено достаточной информации, могут устанавливаться временно допустимые концентрации (ВДК). Это полученные расчетным путем нормативы (для использования сроком на 2—3 года). Степень токсичности (способности веществ вызывать нарушения физиологических функций) веществ характеризуется токсической дозой — количеством вещества (отнесенным, как правило, к единице массы животного или человека), вызывающим определенный токсический эффект. Токсическая доза - количественная характеристика поражающего действия отравляющих и других токсичных для человека и животных соединений. Величина токсической дозы, вызывающая равные по тяжести поражения, зависит от токсичности веществ и от того, какими путями они проникают в организм. Чем меньше токсическая доза, тем выше токсичность. Выделяют средне смертельные (ЛД50), абсолютно смертельные (ЛД100), минимально смертельные (ЛД0-10) дозы. Цифры в индексе отражают вероятность появления определенного токсического эффекта в процентах. Классы опасности химических соединений В зависимости от токсичности все химические соединения могут быть подразделены на 4 класса опасности (табл.1). Учет класса опасности позволяет дифференцированно подходить к обоснованию необходимых профилактических мероприятий (например, к мерам безопасности при работе с различными веществами), а также предварительно оценивать сравнительную опасность воздействия тех или иных веществ на организм человека. Таблица 1 56 Классы опасности химических соединений в зависимости от характеристик их токсичности Классы опасности Показатели *ПДКрз, мг/м3 **ЛД50, мг/кг массы тела I Чрезвычайно опасные Меньше 0,1 II Высокоопасные IV Малоопасные 0,1-1,0 III Умеренно опасные 1-10 Меньше 15 15-150 150-5000 Больше 5000 Больше 10 * Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны (ПДКрз); **При введении в желудок Научно-технические нормативы отражают требования, предъявляемые к источникам воздействия на человека и экосистемы: содержание любой примеси в воде, воздухе и почве должно удовлетворять требованиям санитарно-гигиенического нормирования. Предельно допустимый выброс — научно-технический норматив, устанавливаемый из условий, чтобы содержание загрязняющего вещества в приземном слое воздуха от источника или их совокупности не превышало норматив качества воздуха для населения, животного и растительного мира (ГОСТ 17.2.1.04 — 77). Предельно допустимый сброс вещества в водный объект — масса вещества в сточных водах, максимально допустимого к отведению, — с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения нормального качества воды в контрольном пункте (ГОСТ 17.1.1.01 — 77). 4.1. Качество атмосферного воздуха. Под качеством атмосферного воздуха понимают совокупность свойств атмосферы, определяющую степень воздействия физических, химических и биологических факторов на людей, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом (ГОСТ 17.2.1.0384). Нормативами качества воздуха определены допустимые пределы содержания вредных веществ как в производственной, так и жилой зонах. При этом используют следующие понятия: Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны (ПДКрз) — концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 ч или при другой продолжительности, но не более 41 ч в неделю, на протяжении всего рабочего стажа не должна вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений. Рабочей зоной следует считать пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площади, на которой находятся места постоянного или временного пребывания рабочих. Предельно допустимая концентрация максимально разовая (ПДКмр) — концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, не вызывающая при вдыхании в течение 20 мин рефлекторных реакций в организме человека (табл.2). Предельно допустимая концентрация среднесуточная (ПДКсс) — это концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного воздействия при неограниченно долгом (годы) вдыхании (табл.2). Таблица 2 57 Предельно допустимые концентрации некоторых веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов Вещество Азота диоксид Аммиак Бензин нефтяной малосернистый (в пересчете на углерод) Взвешенные вещества (недифференцированная по составу пыль) Газообразные соединения фтора (в пересчете на фтор) Гексахлоран Дихлорэтан Нафталин Озон Сероводород Фенол Формальдегид Хлор ПДКмр, мг/м3 ПДКсс, мг/м3 0,085 0,2 5 0,04 0,04 1,5 0,5 0,15 0,02 0,005 0,03 3 0,003 0,16 0,008 0,01 0,035 0,1 0,03 1 0,003 0,03 0,003 0,03 0,03 4.2. Нормирование качества воды. Под качеством воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования; при этом показатели качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды. Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурнобытового водопользования (ПДКв) - это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений, и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования Вода питьевая. ПДК в питьевой воде регламентируются Санитарными правилами и нормами «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» (СанПиН 2,1.4.559—96). Вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношениях, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства. ПДК некоторых веществ в питьевой воде приведены в табл.3, ПДК для водоемов 1-ой категории (водоемы, используемые для питьевого водоснабжения) в табл. 4. Для оценки качества воды используются следующие показатели: Органолептический показатель вредности характеризует способность вещества изменять органолептические свойства воды. Общесанитарный - определяет влияние вещества на процессы естественного самоочищения вод за счет биохимических и химических реакций с участием естественной микрофлоры. Общесанитарные показатели устанавливаются в виде нормативов для относительно малотоксичных и нетоксичных соединений. Санитарно-токсикологический показатель характеризует вредное воздействие на организм человека, а токсикологический - показывает токсичность вещества для живых организмов, населяющих водный объект. Таблица 3 Содержание вредных химических веществ, поступающих и образующихся в воде в процессе ее обработки в системе водоснабжения (ВасильеваЕ.А. и др., 1997) Наименование вещества Хлор остаточный свободный Норматив мг/дм3 не более В пределах 0,3-0,5 Показатель вредности Органолептический Класс опасности 3 58 Хлор остаточный общий Хлороформ (при хлорировании воды) В пределах 0,8-0,9 0,2 Озон остаточный Формальдегид (при озонировании воды) Полиакриламид 0,3 0,05 Активированная кремнекислота (поSi) Полифосфаты (по PO43-) Остаточные количества коагулянтов: Алюминийсодержащих (по Al3+) Железосодержащих (по Fe) 0,5 2,0 3,5 0,5 0,3 Органолептический Санитарнотоксикологический Органолептический Санитарнотоксикологический Санитарнотоксикологический Санитарнотоксикологический Органолептический 3 2 Санитарнотоксикологический Органолептический 2 2 2 2 2 3 3 По санитарному признаку устанавливаются микробиологические и паразитологические показатели воды (число микроорганизмов и число бактерий группы кишечных палочек в единице объема). Токсикологические показатели воды, характеризующие безвредность ее химического состава, определяются содержанием химических веществ, которое не должно превышать установленных нормативов. Наконец, при определении качества воды учитываются органолептические (воспринимаемые органами чувств) свойства: температура, прозрачность, цвет, запах, вкус, жесткость (табл.4). Таблица 4 Предельно допустимые концентрации вредных веществ в водоемах 1-ой категории (СанПиН 2.1.4. 1074-01) № п/п 1 2 3 4 5 5 6 7 Загрязняющее вещество Нефть многосернистая Нефть прочая Ртуть Бензин ДДТ Нитраты (по азоту) Аммиак Свинец ПДК, мг/л 0,1 0,3 0,005 0,1 0,1 10 2 0,1 Лимитирующий показатель Органолептический Органолептический Санитарно-токсикологический Органолептический Санитарно-токсикологический Санитарно-токсикологический Общесанитарный Санитарно-токсикологический При определении качества природных вод обычно учитывают следующие показатели: температуру, количество взвешенных частиц, мутность, цветность, прозрачность, кислотность, щелочность, жесткость, электропроводность, концентрацию кислорода, окисляемость, биохимическое потребление кислорода, содержание различных веществ, коли-индекс (число бактерий группы кишечных палочек в единице объема). 4.3. Нормирование качества почвы. Для определения качества почвы используется предельно допустимая концентрация веществ в пахотном слое почвы (ПДКп), которая не должна оказывать прямого или косвенного отрицательного влияния на соприкасающиеся с почвой среды и на здоровье человека, а также на самоочищающуюся способность почвы. 59 Нормативы ПДКп разработаны для веществ, которые могут мигрировать в атмосферный воздух или грунтовые воды, снижать урожайность или ухудшать качество сельскохозяйственной продукции (табл.5). При обосновании ПДКп ориентируются на следующие основные показатели, определяемые экспериментально: Миграционный воздушный показатель вредности, характеризующий переход химического вещества из пахотного слоя почвы в атмосферу, мг/м3; Миграционный водный показатель вредности, характеризующий переход химического вещества из пахотного слоя почвы в подземные грунтовые воды и поверхностные водоисточники, мг/л; Транслокационный показатель вредности, характеризующий переход химического вещества из пахотного слоя почвы через корневую систему в зеленую массу и плоды растений, мг/кг; Общесанитарный показатель вредности, характеризующий влияние химического вещества на самоочищающую способность почвы и почвенный микробиоценоз, мг/кг. При этом каждый из путей воздействия оценивается количественно с обоснованием допустимого уровня содержания вещества по каждому показателю вредности. Наименьший из обоснованных уровней содержания является лимитирующим и принимается за ПДК (МУ 2.1.7.730-99 –Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест). Таблица 5 Предельно допустимые концентрации некоторых химических веществ в почве, мг/кг (Васильева Е.А. и др., 1997) Название вещества или сложных смесей постоянного состава Бензол Бенз(а)пирен Мышьяк Нитраты Ртуть Свинец Удобрения гранулир. комплексные Удобрения жидкие комплексные Формальдегид Фосфор (Р2О3) ПДКп воздушно-сухой массы, мг/кг 0,3 0,02 2,0 130,0 2,1 20,0 120 мг/кг почвы 80 мг/кг почвы 7,0 200 Лимитирующий показатель Миграционный воздушный Миграционный воздушный Транслокационный Миграционный водный Транслокационный Общесанитарный Миграционный водный Миграционный водный Общесанитарный Переход в растения Оценка уровня химического загрязнения почв населенных пунктов проводится по коэффициентам концентрации химического элемента (определяется как отношение реального содержания элемента в почве к фоновому) и суммарному показателю загрязнения. 4.4. Нормирование качества продуктов питания. Предельно допустимая концентрация (допустимое остаточное количество) вредного вещества в продуктах питания (ПДКпр) — концентрация вредного вещества в продуктах питания, которая в течение неограниченно продолжительного времени (при ежедневном воздействии) не вызывает заболеваний или отклонений в состоянии здоровья человека. ПДК нормируются «Гигиеническими требованиями к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов» СанПиН 2.3.2.560-96. ПДК содержания диоксинов в некоторых продуктах питания приведены в табл. 6. 60 Таблица 6 Предельно допустимые концентрации диоксинов в некоторых пищевых продуктах (Васильева Е.А. и др., 1997) Пищевые продукты ПДКпр, нг/кг Молоко (в пересчете на жир) Рыба Мясо 5,2 11 0,9 Примеры ПДК тяжелых металлов в пищевых продуктах приведены в таблице 7. Таблица 7 ПДКпр токсичных металлов для пива и минеральной воды по СанПиН 2.3.2.560-96. Продукт (в мг/кг) Pb свинец Cd кадмий 0,1 0,3 0,01 0,03 Химический элемент As Hg мышьяк ртуть Cu медь Zn цинк 1,0 5,0 5,0 10 Вода минеральная Пиво 0,1 0,2 0,005 0,005 4.5. Нормирование в области радиационной безопасности. Основные документы, в соответствии с которыми осуществляется радиационный контроль безопасности населения: Федеральный закон РФ «О радиационной безопасности населения», «Нормы радиационной безопасности –99» (НРБ-99), СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. Федеральный закон РФ «О радиационной безопасности населения» определяет правовые основы обеспечения радиационной безопасности населения в целях охраны его здоровья определяет распределяет полномочия Российской Федерации и субъектов Российской Федерации в области обеспечения радиационной безопасности. Система нормирования в области радиационной безопасности определяется положениями Федерального закона: радиационная безопасность населения - состояние защищенности настоящего и будущего поколений людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующего излучения эффективная доза - величина воздействия ионизирующего излучения, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения организма человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности; НРБ-99 устанавливают допустимую годовую нагрузку для населения не более 1 мЗв в год (табл.8). Таблица 8 Нормируемые величины Эффективная доза Основные дозовые пределы (по НРБ-99) Дозовые пределы лица из персонала лица из населения 20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год 1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год 61 Эквивалентная доза за год в хрусталике, коже кистях и стопах 150 мЗв 500 мЗв 500 мЗв 15 мЗв 50 мЗв 50 мЗв «Санитарные правила и нормы» регламентируют содержание радиоактивных веществ в продуктах питания и сырье для них. ПДК содержания некоторых радиоактивных элементов в питьевой воде приведено в таблице 9. Таблица 9 ПДК некоторых радиоактивных веществ в питьевой воде (по Кавтарадзе Д.Н. и др., 1993) Изотоп Радий 226 Плутоний-239 Стронций-90 Рутений-106 Йод-131 Уран обогащенный ПДК, 10-8 Ки/л 0,0054 0,22 0,04 1,2 0,1 0,22 Изотоп Фосфор-32 Стронций-89 Йод-133 Йод-135 Цезий-134 Цезий-137 ПДК, 10-8 Ки/л 1,9 1,2 0,37 1,2 0,86 1,5 Использованная и рекомендуемая литература 1. Беляев М.П. Справочник предельно допустимых концентраций вредных веществ в пищевых продуктах и среде обитания. - М.: Госсанэпиднадзор, 1993. - 141 c. 2. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. - Л.: Химия, 1985. - 528 с. 3. Буденная Ж.Н, Волоков Б.Н «Стандартизация и качество защиты окружающей среды» (ВНИИНМАШ) http://www.stq.ru/stqsite/magasin/s_and_q/6_2000/html/6_2000_5.html 4. ГОСТ 17.2.1.03-84. Охрана природы. Атмосфера. Термины и определения контроля загрязнения. 5. ГОСТ 17.1.1.01-77 (СТ СЭВ 3544-82). Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения. 6. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. - М.: Гидрометеоиздат, 1984. - 560 с. 7. Как организовать общественный экологический мониторинг (Нормирование качества природной среды) http://www.ecolife.org.ua/education/apress/monitor/gl2.php 8. Ляпина О.П. «Безопасность жизнедеятельности», Учебное пособие. Сибирская государственная геодезическая академия Новосибирск 2003, http://www.ssga.ru/AllMetodMaterial/metod_mat_for_ioot/metodichki/bgd/index_l.html 9. Федосеев В.Н. «Предупреждение чрезвычайных ситуаций и ликвидация их последствий (управленческий аспект)», «Менеджмент в России и за рубежом», №6, 2001; 10. «Электронная библиотека», разделы: Нормирование качества окружающей среды , Мониторинг состояния окружающей среды. http://masters.donntu.edu.ua/2002/feht/lukina/library/indexlib.htm ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Статьи конституции РФ, определяющие права граждан в сфере здоровья, охраны окружающей среды и экологической безопасности Статья Содержание 9 Об использовании и охране в РФ земли и других природных ресурсов как основы жизни и 62 36 41 42 58 71 72 114 деятельности народов, проживающих на соответствующей территории. О праве граждан и их объединений иметь в частной собственности землю; об осуществлении собственниками свободного владения, пользования и распоряжения землей и другими природными ресурсами, если это не наносит ущерба окружающей среде и не нарушает прав и законных интересов иных лиц. О поощрении в РФ деятельности, способствующей экологическому и санитарноэпидемиологическому благополучию. О праве каждого на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию о ее состоянии, на возмещение ущерба, причиненного его здоровью или имуществу экологическим правонарушением Об обязанности каждого сохранять природу и окружающую среду, бережно относиться к природным богатствам Об отнесении к ведению РФ установления основ федеральной политики и федеральных программ в области экологического развития РФ, определения статуса и защиты территориального моря, воздушного пространства, исключительной экономической зоны и континентального шельфа РФ. Об отнесении к совместному ведению РФ и субъектов РФ вопросов владения, пользования и распоряжения землей, недрами, водными и другими природными ресурсами; природопользования, охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности; особо охраняемых природных территорий; земельного, водного, лесного законодательства, законодательства о недрах, об охране окружающей среды. О задаче Правительства РФ обеспечивать проведение в РФ единой государственной политики в области экологии. ТЕМА 18 ПРАВОВЫЕ И ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ, РИСКАМИ 1. Проблема обеспечения безопасности жизнедеятельности человека и окружающей среды Одна из наиболее важных проблем, стоящих перед современным обществом, — проблема обеспечения безопасности жизнедеятельности как отдельного человека, так и общества в целом. Для этого необходимо как вести теоретические исследования в области безопасности и риска, так и практически разрабатывать возможности анализа, оценки и снижения риска. Проблема обеспечения безопасности человека и окружающей среды представляет собой сложную проблему, требующую для своего оптимального решения учета многочисленных факторов, обстоятельств, условий и параметров. Это факторы часто конкурирующие, нередко противоречивые, имеющие разную масштабность, разную значимость, по-разному проявляющиеся и действующие во времени. Особое беспокойство вызывает увеличение за последние годы числа и масштабов последствий аварий и катастроф в техносфере. Это явление обусловлено: - введением в производство новых технологий, требующих высоких затрат энергии и использования веществ, опасных для жизни людей; - нарушением хозяйственных связей в технологических цепочках в условиях неблагоприятных изменений в экономике; - высоким уровнем износа основных производственных фондов; - падением технологической и производственной дисциплины, а также квалификации технического персонала; 63 - накоплением отходов производства, представляющих угрозу для окружающей среды; снижением требовательности и эффективности работы надзорных органов и государственных инспекций; - высокой концентрацией населения, проживающего вблизи потенциально опасных объектов. Приоритетными научными проблемами в области природной и техногенной безопасности России сегодня можно назвать следующие: - идентификацию и оценку природной и техногенной опасности территорий РФ и районирование территорий по степени рисков от ЧС природного и техногенного характера; - обобщение и развитие теоретических и практических основ анализа и управления комплексным риском от ЧС природного и техногенного характера; - совершенствование и развитие федеральной, региональных и ведомственных систем мониторинга, прогнозирования и оценки комплексного риска ЧС; - создание единой государственной системы информационного обеспечения управления риском с применением новых технологий; - разработку и реализацию комплекса эффективных мер по предупреждению ЧС в регионах РФ, имеющих высокие значения показателей комплексного риска; - совершенствование системы подготовки специалистов по управлению риском В современных условиях гарантированный уровень безопасности жизнедеятельности (БЖД) государства и его отдельных граждан возможен лишь при наличии и постоянном совершенствовании обеспечения БЖД в природной, техногенной и биолого-социальной сферах. И хотя предотвращение чрезвычайных ситуаций в целом остается государственной функцией, в настоящее время часть этих функций переходит к предпринимательским структурам и гражданам (например, охрана домов от террористов). Управление БЖД осуществляется на основе законодательных и подзаконных актов. Важнейшими законодательными актами являются: 1. КЗОТ, который определяет основные обязанности работодателя (администрации) по обеспечению БЖД, специальные требования к различным категориям сотрудников, оборудованию, устанавливает материальную, административную и уголовную ответственность за ущерб здоровью и жизни работников. 2. Закон «06 основах охраны труда в РФ» от 23.06.99 г., согласно которому работодатель осуществляет: • приобретение за свой счет средств защиты и их применение; • принятие мер по предотвращению аварийных ситуаций; • страхование работников от несчастных случаев. Отказ работника от выполнения работ в случае возникновения опасности для его жизни и здоровья не влечет за собой привлечения его к дисциплинарной ответственности. 3. Закон «0 защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» от 11.11.94 г., который возлагает на администрацию: • планирование и проведение мероприятий по повышению устойчивости объектов; • создание, подготовку и поддержание в готовности сил и средств по предупреждению и ликвидации ЧС, локальных систем оповещения; • проведение аварийно-спасательных и других неотложных работ по ликвидации последствий ЧС; • создание резерва ресурсов для ликвидации ЧС. К подзаконным актам относятся Указы, Постановления, ГОСТы, нормативнотехническая документация, правила единые, межотраслевые, инструкции и пр. - 64 Особенностью управления в ЧС является отсутствие простых систем управления типа «субъект управления - объект управления». Часто меняются, исчезают и появляются новые, дополнительные субъекты и объекты. Систему приходится менять, так как частая смена обстановки выявляет ее недостатки, невозможность использования. Зачастую цели управления не могут быть сформулированы с полной определенностью из-за неясности обстановки, невозможности полной и качественной оценки ситуации. Зачастую основой оценки является прогнозирование. В повседневной деятельности основными методами при выборе одной из возможных альтернатив является системный анализ, использование математического аппарата, долгосрочных постоянных. Большое внимание в системе управления безопасностью жизнедеятельности должно быть уделено возможности управления рисками. В настоящее время усилия ученых и управленческого персонала направлены на снижение природных и техногенных рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций путем разработки системы мер по управлению рисками. 2. Принципы управления риском Система управления риском в обществе основывается на 4-х принципах. 1. Первый принцип. Оправданность практической деятельности. Стратегическая цель управления риском – стремление к обеспечению материальных и духовных благ (повышению уровня благосостояния общества) при обязательном условии: никакая практическая деятельность, направленная на реализацию цели, не может быть оправдана, если выгода от нее для общества в целом не превышает вызываемого ею ущерба (оправданность практической деятельности). Этот принцип постулирует, что ценность любой практической деятельности в первую очередь определяется ее полезностью для общества в целом. Для практической реализации этого принципа предлагается выразить риск для населения от различных технологий или видов деятельности в виде величины сокращения средней ожидаемой продолжительности предстоящей жизни (СОППЖ), а выгоду от них – в виде продления жизни. Деятельность может считаться оправданной только в том случае, если ее внедрение в практику обеспечивает чистую выгоду для общества: продление СОППЖ в результате этой деятельности превышает вызываемое при этом сокращение СОППЖ. Изложенный принцип в общем случае, если его использовать без каких-либо ограничений, может содержать серьезное противоречие с реальной действительностью. Чтобы исключить это противоречие, необходимо ввести определенные ограничения на практическую деятельность, которые гарантировали бы реализацию материальных и духовных потребностей каждого отдельного индивидуума при условии обеспечения его личной безопасности. С этой целью предлагается дополнить данный принцип следующими подпринципами. 1. Деятельность, при которой тот или иной индивидуум подвергается чрезмерному риску, не может быть оправдана, даже если эта деятельность выгодна для общества в целом. 2. Члены общества, осознавая тот факт, что сама возможность жизни в развивающемся обществе является важным преимуществом, добровольно соглашаются на наличие в их жизни определенного, не превышающего чрезмерного уровня, риска от той или иной деятельности, внедрение которой требуется для удовлетворения их материальных и духовных потребностей. 3. Должны быть предприняты все возможные меры для защиты каждой личности от чрезмерного риска. Затраты на эти меры (денежные компенсации, перемещения населения, создание защитных барьеров и т.д.) включаются в общую сумму затрат на 65 данный проект или вид деятельности, таким образом, учитываются при оценке полезности для общества в целом реализации данного проекта или вида деятельности. При выборе конкретных мер защиты от чрезмерного риска необходимо в обязательном порядке учитывать мнение индивидуума, нуждающегося в такой защите. Эти принципы требуют введения в практическую деятельность такого понятия, как «чрезмерный уровень риска». Это понятие за последнее время получило широкое распространение в практической деятельности по обеспечению безопасности, и его введение основано на аксиоматическом формулировании понятия о предельно допустимом уровне (ПДУ) риска для индивидуума. Согласно сформулированным выше подпринципам любая практическая деятельность, подвергающая жизнь индивидуума чрезмерному риску, является недопустимой. Таким образом, первый принцип и включенные в него подпринципы формируют на «шкале» рисков, характеризующих нежелательное воздействие практической деятельности на индивидуумов, три зоны: область чрезмерного риска: любая деятельность, характеризующаяся для какого-либо индивидуума уровнем риска из этой области, недопустима, если даже она выгодна для общества в целом; область приемлемого риска: любая деятельность с уровнем риска из этой области является объектом контроля для регулирующего органа. Уровень риска, приемлемый для той или иной деятельности, определяется, исходя из экономических и социальных аспектов, в соответствии с принципами управления риском, которые должны быть сформулированы для этой цели (см. ниже второй – четвертый принципы); область пренебрежимого риска: любая деятельность с уровнем риска из этой области не контролируются регулирующим органом. Второй принцип. Продление среднестатистической ожидаемой продолжительности предстоящей жизни. Тактическая цель управления риском – стремление к увеличению среднестатистической ожидаемой продолжительности предстоящей жизни (СОППЖ) в обществе, в течение которой личность может вести полнокровную и деятельную жизнь в состоянии физического, душевного и социального благополучия (оптимизация защиты). Данный (2-ой) принцип требует, чтобы рассматриваемая деятельность была бы не только полезной, но максимально полезной. Согласно этому принципу тактической целью управления безопасностью является максимизация чистой выгоды, получаемой обществом от того или иного вида деятельности, выраженной в величине продления СОППЖ. Естественным критерием в таком процессе управления, определяющем степень достижения цели, должен выступать такой показатель, как стоимость продления жизни при внедрении в практику рассматриваемого вида деятельности. Такой показатель, как стоимость продления жизни, присущ и всей социальноэкономической системе (СЭС) в целом, в которой осуществляется рассматриваемая деятельность. Ее величина в денежном выражении определяется уровнем экономического развития данной СЭС: чем выше уровень экономического развития, тем выше и стоимость продления жизни в этой СЭС. Третий принцип. Интегрированный подход в управлении риском. Политика в области управления риска будет эффективной и последовательной только в том случае, если в управление риском включен весь совокупный спектр существующих в обществе опасностей и вся информация о принимаемых решениях в этой области без каких-либо ограничений доступна самым широким слоям населения. 66 В условиях сегодняшней промышленной тенденции, ориентирующейся на создание крупных регионов с высокой концентрацией промышленных объектов, при оценке риска такого объекта необходимо учитывать риск, связанный с риском от других промышленных предприятий, если они расположены рядом и могут влиять друг на друга, создавая дополнительный риск. Только на основе такого интегрированного подхода можно принимать решение о снижении риска на том или другом промышленном предприятии с целью обеспечения приемлемого уровня риска для населения. Четвертый принцип. Экологическая политика в управлении риском. Политика в области управления риском как обязательное условие должна реализоваться в рамках строгих ограничений на воздействие на природные экосистемы, состоящих из требования о непревышении величин этих воздействий предельно допустимых экологических нагрузок на экосистемы. Так как целью безопасности является не только защита здоровья населения, но и защита окружающей среды, то в управление риском для населения включены и требования о защите окружающей среды. Среди этих требований в качестве императива выдвинуто требование к сегодняшнему поколению о том, чтобы обеспечение безопасности человека, живущего сегодня, достигалось только с помощью таких решений, которые бы не подвергали риску способность окружающей среды обеспечить безопасность и потребности человека будущего поколения. 3. Системный подход в управлении рисками Системный подход в управлении рисками основывается на том, что все явления и процессы рассматриваются в их системной связи, учитывается влияние отдельных элементов и решений на систему в целом. При этом совокупность источников опасности нужно рассматривать как сложную систему. В свою очередь каждый из источников может также рассматриваться в качестве системы, но системы, находящейся на более низком иерархическом уровне. Методология системного анализа совокупности опасных объектов и отдельного объекта имеет много общего. Потому ее рассмотрение может быть проведено в едином ключе. Системный подход к анализу риска требует рассмотрения источника риска – самой инженерной системы, ее потенциально опасной продукции и отходов производства, т.е. всего производственного цикла, – и его природного и социального окружения как единого целого. Кроме того, данный подход предполагает комплексную характеристику риска. С одной стороны, того, что связано с нормальным, штатным режимом эксплуатации объектов. Известно, что даже тогда, когда последние функционируют без нарушения технологического регламента, из-за несовершенства управления производством, в том числе вследствие недостаточной квалификации кадров, а также производственного и очистного оборудования, использование в технологических процессах потенциально опасных компонентов приводит к серьезному загрязнению окружающей среды с риском для здоровья людей, а также материальных и культурных ценностей. С другой стороны, системный подход подразумевает анализ и того риска, который сопряжен с аварийными ситуациями, вызванными выходом инженерной системы из строя либо грубым нарушением регламента эксплуатации такой системы (залповые выбросы), что может стать предпосылкой чрезвычайных ситуаций «Взрывного типа». Следовательно, важно рассматривать как риск (вероятность) самой аварии, так и ее последствий и последствий штатной эксплуатации потенциально опасных объектов. Анализ риска представляет собой относительно самостоятельную область исследований, где в самом общем случае можно выделить 3 основных направления анализа риска, связанных с предметом системного анализа: 67 1. Безопасность (надежность) технологических систем, включая аварийные ситуации. 2. Воздействие токсичного загрязнения на здоровье человека и окружающей среды, в том числе медико-экологические последствия аварий и катастроф. 3. Восприятие риска людьми (экспериментаторами и рядовыми гражданами, общественностью). Перечисленные направления в какой-то мере отражают, с одной стороны, причинно-следственную цепь событий в развитии технологических катастроф; с другой – эволюцию подходов к анализу риска, исследования, в области которого и процедуры которого вначале разрабатывались применительно к инженерным и медицинским аспектам технологического развития, а с недавних пор – и к социально-психологическим аспектам проблемы. Целью обеспечения безопасности деятельности должна быть системная параллельная защита геополитических, политических, социальных, экономических, финансовых процессов, защита окружающей среды, конструкторских и технологических структур экономики от чрезмерных (недопустимых) рисков. Если не удается обеспечить баланс целей при управлении рисками, то положительный эффект не будет достигнут. Если не удастся обеспечить безопасность хотя бы по одному фактору, то не удастся обеспечить и безопасность в целом (если отсутствует экологическая безопасность, то одного этого уже достаточно, чтобы население чувствовало себя незащищенным). Системный подход в управлении рисками может находить свое выражение в том, что: 1. риски (различной физической природы и имеющие различные источники), связанные с одним объектом или операцией, рассматриваются как единый комплекс факторов, влияющих на эффективность и расход ресурсов. 2. рассматривается связь управления рисками с эффективностью систем и расходом ресурсов на нескольких иерархических уровнях: государство; территория; финансовопромышленная группа или холдинг; предприятие или предприниматель; семья и гражданин. Речь идет о том, что должен соблюдаться баланс и предусматриваться возможность создания или выделения необходимых для управления риском резервных ресурсов на различных иерархических уровнях. Если будет отдаваться приоритет управлению рисками только на одном из иерархических уровней, то это снизит безопасность в системы управления рисками в государстве в целом; 3. как некоторая единая система рассматриваются мероприятия по управлению рисками на: различных этапах жизненного цикла товара (разработка, производство, эксплуатация, утилизация) и цикла разработки товара (эскизный проект, технический проект, опытные образцы). 4. мероприятия по подготовке, проведению, расчетам, учету операции формируются и рассматриваются таким образом, чтобы разумно снизить риски этой операции. 5. разрабатывается комплекс мероприятий, ограничивающих риск на различных циклах предприятия (создание, развитие, зрелость, старение; инвестиционный, текущих операций, денежный) в их взаимной связи для защиты от рисков деятельности предприятия в целом. При этом важно учесть все влияющие факторы (периодичность поступлений, покупок, причины сбоев и др.); 6. определяется множество (совокупность) действий объединенных целью повышения безопасности деятельности за счет использования ограниченного объема ресурсов, распределенных во времени и пространстве, рассматривают операции по предупреждению, снижению, страхованию и поглощению различных по своей природе рисков. 7. некоторое множество взаимосвязанных элементов рассматривают как систему управления рисками с использованием: законодательных мер; экономического и 68 финансового воздействия; конструктивных и технологических решений; организационных мер (техника безопасности и охрана труда), природоохранных мероприятий. Для государства важно обеспечить баланс и эффективность разносторонних действий по снижению рисков деятельности. Для этого законодательно запрещают определенные опасные и вредные для общества виды деятельности (например, производство и захоронение особо опасных веществ), лицензируется определенная деятельность и др. Одновременно и параллельно с этим государство, местные органы власти устанавливают специальные налоги (например, налог на воспроизводство минерально-сырьевой базы), создают и руководят деятельностью различного рода санитарно-эпидемиологических, технических и др. инспекций; 8. рационально обеспечить некоторый баланс расхода ресурсов, интенсивности мер по управлению рисками и другими направлениями производственно-хозяйственной деятельности. Особенно важно соблюдать такой баланс в отношении управлении рисками и целевой деятельностью при ограничении на выделенные ресурсы; 4. Правовые и нормативно-технические основы обеспечения БЖД Законы и подзаконные акты. Правовую основу обеспечения безопасности жизнедеятельности составляют соответствующие законы постановления. принятые представительными органами Российской Федерации (до 1992 г. РСФСР) и входящих в нее республик, а также подзаконные акты: указы президентов, постановления, принимаемые правительствами Российской Федерации (РФ) и входящих в нее государственных образований, местными органами власти и специально уполномоченными на то органами. Среди них прежде всего Министерство природных ресурсов (Минприродресурс). Министерство труда и социального развития РФ (Минтруд), Министерство здравоохранения» РФ (Минздрав), Министерство РФ по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МинЧС) и их территориальные органы. Правовую основу охраны окружающей среды в стране и обеспечение необходимых условий труда составляет закон РФ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» (1999), в соответствии с которым введено санитарное законодательство, включающее указанный закон и нормативные акты, устанавливающие критерии безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды его обитания и требования к обеспечению благоприятных условий его жизнедеятельности. Ряд требований по охране труда и окружающей среды зафиксирован в «Основах законодательства РФ об охране здоровья граждан» (1993) и в законе РФ «О защите прав потребителей» (1992). Важнейшим законодательным актом, направленным на обеспечение экологической безопасности, является закон РФ «Об охране природной среды» (введен в действие в 2002 г.). Другие законодательные акты в области охраны окружающей среды: Водный кодекс РФ (1995), Земельный кодекс РФ (2001), законы Российской Федерации «0 недрах» (1992), «Об охране атмосферного воздуха» (1999) и «06 отходах производства и потребления» (1998). Пример подзаконных актов по охране окружающей среды - постановления Правительства РФ «Об утверждении порядка разработки и утверждения экологических нормативов выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую природную среду, лимитов использования природных ресурсов, размещения отходов», «Об утверждении положения о лицензировании отдельных видов деятельности в области охраны окружающей среды», а также документы специально уполномоченных органов: 69 «Руководство по контролю источников загрязнения атмосферы ОНД-90», «Об утверждении положения об оценке воздействия на окружающую среду» и «Основные положения аудирования в РФ». Среди законодательных актов по охране труда отметим Федеральный закон «Об основах охраны труда» (1999) и 'Грудовой Кодекс РФ, устанавливающие основные правовые гарантии в части обеспечения охраны труда. В условиях рыночных отношений большую роль призван сыграть Федеральный закон «Об обязательном социальном страховании от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний» (1998). Правовую основу организации работ в чрезвычайных ситуациях и в связи с ликвидацией их последствий составляют законы РФ «О защите населения и территории от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера»(1994), «О пожарной безопасности» (1994), «Об использовании атомной энергии» (1995). Среди подзаконных актов в этой области отметим постановление Правительства РФ «О единой государственной системе предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций» (1995). Нормативно-техническая документация (НТД). Эта документация по охране окружающей среды включает федеральные и региональные (субъектов Федерации) санитарные нормы и правила Министерства здравоохранения РФ и его территориальных органов, строительные нормы и правила Комитета по строительству и коммунальножилищному комплексу РФ, систему стандартов «Охрана природы», документы Министсрства природных ресурсов РФ, Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Санитарные нормы устанавливают ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и в воде различного назначения, а также предельные уровни физических воздействий на окружающую среду (шума, вибрации, инфразвука, электромагнитных полей и излучений от различных источников). В системе Строительных норм и правил рассмотрены нормы проектирования сооружений различного назначения, учитывающие требования охраны окружающей среды и рационального природопользования, представлены нормы отвода земель под различные строительные объекты, подробно рассмотрены мероприятия и устройства по очистке сточных вод, их обеззараживанию, а также по утилизации осадков, полученных при очистке. Система стандартов «Охрана природы» — составная часть государственной системы стандартизации (ГСС). Система стандартов в области охраны природы и улучшения использования природных ресурсов — совокупность взаимосвязанных стандартов, направленных на сохранение, восстановление и рациональное использование природных ресурсов. Эта система разрабатывается в соответствии с действующим законодательством с учетом экологических, санитарно-гигиенических, технических и экономических требований. Использованная и рекомендованная литература: 1. «Безопасность жизнедеятельности» Учебник для вузов. Под ред. С.В. Белов, А.В.Ильинская и др. М.:Высш. шк., 2004. – 606с. 2. Хурнова Л.М., Мамина Д.Х. «Экологическое аудирование управления рисками» (учебное пособие). Пенза: ПГАСА, - 2003, - 100с. 70