Экология города

1. Введение

 
Любой город или поселок, являясь  открытой неравновесной системой, зависит  от внешней окружающей среды или  сферы жизненных интересов, причем это могут быть и другие города, область или даже отдельные подсистемы этого же города. 
 
Город - чрезвычайно зависимая экосистема. Все экосистемы - открытые образования, но города - сверхоткрытые. Они полностью зависят от окружения, в чем проявляется экологический "паразитизм" урбанизированных образований. Для городов характерно образование на почве культурного слоя, достигающего толщины до 7-8 метров и включающего строительные и бытовые отходы прошедших эпох. Гигантские размеры приобретает аккумуляция вещества в промышленных городах, где образуется новый рельеф с террикониками, карьерами и др. Нередко впадины коренного рельефа в городах сглаживаются, водоемы заполняются наносным материалом, ручьи и речки превращаются в подземные коллекторы.

 

Влияние среды, в которой расположен  объект, многофакторно, степень воздействий каждого из  факторов на здания  различна. Специалистами отмечена особая  зависимость жилого внутреннего пространства  от инфляционного и шумового режимов,  загазованности  и обмена воздуха на  территории ( аэрации).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Основные требования, которым должно отвечать любое здание, следующие:

1.Функциональная целесообразность– здание должно быть удобно для того процесса, для которого оно предназначено.

2. Техническая целесообразность – здание должно надежно защищать людей от вредных воздействий, быть прочным (выдерживать внешние воздействия машин, людей) и долговечным (не терять своих качеств во времени).

3. Архитектурно-художественная выразительность – здание должно благоприятно воздействовать на психологическое состояние и сознание людей.

4. Экономическая целесообразность– получение максимума полезной площади при минимальных затратах труда, средств и времени на постройку здания. Кроме того, требования экономичности должны распространяться и на эксплуатационные расходы в течение всего срока использования здания. Например, считается, что на ремонт ограждающих конструкций современных зданий и на поддержание их в надлежащем техническом состоянии в течение всего срока службы расходуется средств в четыре раза больше стоимости самих конструкций.

Отдельные задачи, вытекающие из этих требований, не могут решаться самостоятельно, в отрыве друг от друга. Поэтому проект должен быть результатом согласованного, взаимоувязанного решения с учётом всех требований, обеспечивающих полноценное  использование здания по назначению, технические и эстетические качества и экономичность при строительстве  и эксплуатации.

Здания образуют материально-организованную среду для осуществления людьми различных социальных процессов  труда, быта и отдыха. Очевидно, что  помещения здания должны возможно полнее отвечать тем процессам, на которые данное помещение рассчитано. Следовательно, основным в здании или помещении является его функциональное назначение, функциональная целесообразность, т. е. удовлетворение определенных функций общественной и личной жизнедеятельности людей.

Осуществление той или иной функции  всегда сопровождается осуществлением какой-либо другой функции, имеющей  подсобный характер. Например, учебные  занятия в аудитории представляют главную функцию этого помещения, движение же людей при заполнении аудитории и после окончания занятий – подсобную. Следовательно, можно различать главные и подсобные функции.  Главная функция для конкретного помещения в другом помещении может быть подсобной, и наоборот. Часто трудно четко различить главную и подсобную функции (например, зрелищные процессы от учебных занятий в кинофицированной или демонстрационной аудитории). Однако при проектировании необходимо обеспечить элементарные удобства для выполнения и подсобной функции.

Все помещения в здании, отвечающие главному и подсобному функциональному  назначению, связываются между собой  большой группой помещений, основное функциональное назначение которых  – движение людей (коридоры, лестницы, кулуары, фойе, вестибюли и т.п.). Эти  помещения могут быть названы коммуникационными. Они имеют также большое значение при эвакуации людей из зданий при возникновении аварийных условий (пожара, землетрясения и т. п.). Поэтому размеры таких помещений должны быть выбраны обоснованно исходя из обеспечения необходимых удобств в нормальных условиях и безопасности людей в аварийных условиях. Коммуникационные помещения занимают около 30% всей площади здания. Таким образом, правильное (без излишних запасов) их проектирование может дать определенный экономический эффект.

Помещение – основной структурный  элемент или часть здания. Соответствие помещения той или другой функции  достигается только тогда, когда  в нем создаются оптимальные  условия для человека, т.е. среда, отвечающая выполняемой им в помещении  функции.

Качество среды зависит от ряда факторов. К ним можно отнести:

пространство, необходимое для деятельности человека, размещения оборудования и перемещения людей;

состояние воздушной среды (микроклимат) – запас воздуха для дыхания с оптимальными параметрами температуры, влажности и скорости его движения, соответствующими нормальному для осуществления данной функции тепло- и влагообмену человеческого организма. Состояние воздушной среды характеризуется также степенью чистоты воздуха, т. е. количеством содержания вредных для человека примесей (газов, пыли);

звуковой режим – условия слышимости в помещении (речи, музыки, сигналов), соответствующие его функциональному назначению, и защита от мешающих звуков (шума), возникающих как в самом помещении, так и проникающих извне, и оказывающих вредное влияние на организм и психику человека. Со звуковым режимом связана акустика – наука о звуке; архитектурная акустика– наука о распространении звука в помещении; и строительная акустика – наука, изучающая механизм прохождения звука через конструкции;

световой режим – условия работы органов зрения, соответствующие функциональному назначению помещения, определяемые степенью освещенности помещения. Со световым режимом тесно связаны проблемы цвета; цветовые характеристики среды оказывают влияние не только на органы зрения, но и на нервную систему человека;

инсоляция – условия прямого влияния солнечного освещения. Санитарно-гигиеническое значение непосредственного солнечного облучения исключительно велико. Солнечные лучи убивают большинство болезнетворных бактерий, оказывают общеоздоровительное и психофизическое воздействие на человека. Эффективность влияния солнечного освещения на здания и окружающую территорию определяется продолжительностью их прямого облучения, т.е. которая в городской застройке регламентируется Санитарными нормами (СН).

видимость и зрительное восприятие – условия для работы людей, связанные с необходимостью видеть плоские или объемные объекты в помещении, например в аудитории - записи на доске или демонстрацию действия прибора; условия видимости тесно связаны со световым режимом.

Большинство перечисленных факторов влияет на выбор размеров помещений  и их конструкций. Например, состояние  воздушной среды зависит от теплотехнических качеств наружных ограждений помещения, через которые происходят потери тепла в холодное время года, воздухо- и влагообмена за счет их известной воздухопроницаемости и влагопроницаемости.

На общий шумовой фон внутри помещения влияют звукоизоляционные  качества как наружных, так и внутренних ограждающих конструкций. Также  акустический режим в помещении  зависит от его формы, размеров и  звукопоглощающих характеристик поверхностей ограждающих конструкций. Световой режим определяется размерами окон (световых проемов в наружных стенах), высотой и глубиной помещения, т.е. расстоянием от окна до противоположной  стены.

Наконец, беспрепятственная видимость  зависит от удаления наблюдателя  от объекта, угла зрения, под которым  виден объект, профиля пола, подъем которого позволяет смотреть выше головы впереди сидящего зрителя, т. е. беспрепятственная  видимость влияет на длину, ширину и  высоту помещения.

В связи с развитием науки  и техники ряд факторов теряет свое значение при выборе размеров помещений. Например, требуемое состояние  воздушной среды может быть достигнуто не только за счет объема помещения (запаса воздуха), но и путем применения систем вентиляции и кондиционирования  воздуха. В этих системах нагнетаемый  в помещение воздух приготавливается по заранее заданным параметрам (температура, влажность и др.)

Естественное освещение в ряде случаев заменяется искусственным  с применением люминесцентных источников света, обеспечивающих требуемую освещенность и необходимый по санитарно-гигиеническим  условиям состав света; системы электроакустики  обеспечивают хорошую слышимость вне  зависимости от размеров и формы  помещений.

Таким образом, чтобы правильно  запроектировать помещение, создать  в нем оптимальную среду для  человека в соответствии с выполняемыми им функциями, необходимо соблюдать  все требования, определяющие качество среды. Эти требования для каждого  вида зданий и его помещений устанавливаются  Строительными нормами и правилами (СНиП) – основным государственным документом, регламентирующим проектирование и строительство зданий и сооружений в нашей стране.

Техническая целесообразность здания определяется решением его конструкций, которые должны находиться в полном соответствии с законами механики, физики и химии. Для того чтобы правильно запроектировать несущие и ограждающие конструкции зданий, необходимо знать, каким силовым и несиловым воздействиям они подвергаются.

1)Силовые воздействия – это различные виды нагрузок, действующие на здание:

а)постоянные нагрузки – это собственный вес всех конструкций здания, а также давление грунта на подземные части здания;

б)временные длительные нагрузки – это вес стационарного оборудования и длительно хранящихся грузов;

в)кратковременные нагрузки – это вес подвижного оборудования (краны, подъемники), вес снега, людей, мебели, ветровые воздействия;

г)особые нагрузки – это сейсмические колебания, и нагрузки, возникающие при авариях технологического оборудования.

Рис. 1.2. Воздействия, приходящиеся на здание:

 

2) Несиловые воздействия – это воздействия на здание со стороны окружающей среды:

а)температурные воздействия вызывают изменение геометрических размеров конструкций здания, а также влияют на температурный режим помещений. Некоторые части здания находятся в зоне переменного увлажнения и периодического замораживания, например, цоколь. Отрицательная температура приводит к замерзанию влаги в конструкциях и грунтах основания, что разрушающе воздействует на здания. При замерзании воды ее объем в порах материала увеличивается, что создает внутренние напряжения, которые возрастают вследствие сжатия самого материала при охлаждении. Давление льда в порах достигает до 20 Па.  
 
Разрушение конструкций в результате замораживания происходит при полном насыщении материала влагой, максимальный объем льда достигается при температуре – 20°С, когда вся вода превращается в лед. 
 
Напряжение в конструкциях также зависит от скорости замерзания и числа переходов через 0°С. Например, камни и бетоны с пористостью до 15% выдерживают от 100 до 300 циклов замораживания. Уменьшение пористости приводит к уменьшению количества влаги в материалах и повышает морозостойкость конструкции. Для зданий и их конструкций опасны три вида воздействия отрицательной температуры: 
 
1. Промерзание увлажненных конструкций и их разрушение. 
 
2. Промерзание ограждающих конструкций (стен) и нарушение в помещениях температурно-влажностного режима и комфортности. 
 
3. Промерзание оснований, их пучение и разрушение вследствие этого находящихся выше них конструкций (фундамента). 
 
Самыми опасными и трудноустранимыми воздействиями являются промерзание оснований и их пучение. Они опасны только для наземных сооружений, поскольку на глубине примерно в 1,5–2 м отсутствует разница в колебаниях дневной и ночной температуры, а на глубине 10–30 метров практически нет разницы между колебаниями зимних и летних температур. 
 
Повреждение здания из-за промерзания и выпучивания оснований может произойти и после многих лет эксплуатации, особенно если допущена срезка грунта вблизи фундамента и увлажнение оснований

б)воздействия атмосферной и грунтовой влаги отрицательно влияют на строительные материалы, из которых выполнены конструкции зданий. Загрязненный воздух, особенно в сочетании с влагой, приводит к преждевременному износу, к коррозии, к растрескиванию и разрушению строительных конструкций. Наиболее интенсивными загрязнителями являются продукты сгорания различного топлива, поэтому в городах и промышленных центрах металл коррозирует в 3–4 раза быстрее, чем в сельской местности. 
 
К основным продуктам сгорания большинства видов топлива относят: углекислый и сернистый газы. При их соединении с водой образуются угольная и серная кислоты, которые разрушают бетон и стальные материалы. Кроме этих газов, в атмосфере накапливаются более 100 видов вредных соединений. В приморских районах в воздухе присутствуют хлориды и соли серной кислоты, которые также вредно действуют на строительные материалы. Влажность воздуха повышает его агрессивное воздействие, особенно на металл. 
 
Вода в грунте постоянно взаимодействует физически и химически с минералами и органическими веществами.  
 
Грунтовые воды представляют собой раствор с изменяющейся концентрацией и химическим составом, что отражается на степени агрессивности воздействия раствора. С течением времени возле подземных частей здания водный режим может измениться, в связи с чем агрессивность будет повышаться или снижаться. Устойчивое обводнение подземных частей зданий при перемещении грунтовой воды вверх по капиллярам на значительную высоту усиливает коррозию конструкций, а также выщелачивание извести в бетоне, в результате чего снижается прочность оснований. 
 
Наиболее часто выделяют следующие разновидности грунтовых вод по степени агрессивности: 
 
– общекислотную; 
 
– выщелачивающую; 
 
– сульфатную; 
 
– углекислотную. 
 
Эти виды грунтовых вод различаются содержанием в воде соответствующих веществ, а также их концентрацией. 
 
в)воздействие солнечной радиации отрицательно влияет на поверхностные слои конструкций здания, а также вызывает изменение теплового и светового режима в помещениях;

г)воздействия агрессивных химических примесей, содержащихся в воздухе и грунтовой влаге приводят к постепенному разрушению конструкций здания (коррозия);

д)биологические воздействия, вызываемые микроорганизмами или насекомыми приводят к постепенному разрушению конструкций из органических материалов;

е)воздействия шума и вибрации от внешних и внутренних источников вызывают нарушение акустического режима в помещениях здания, а при большой интенсивности могут привести к разрушению его конструкций.