Содержание к диссертации
Введение
АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 10
1.1 Оценка влияния шума на человека и окружающую среду 12
1.2 Источники городского шума 18
1.2.1 Классификация источников шума 18
1.2.2 Шум стационарных источников 20
1.2.3 Шум мобильных источников 23
1.3 Акустическая среда жилых зданий примагистральных территорий 30
1.3.1 Характеристика акустической среды жилых и общественных зданий.30
1.3.2 Распространение звука (шума) в помещениях 34
1.3.3 Состояние внутрижилищнои акустической среды жилых зданий примагистральных территорий 39
1.4 Оценка шума городских источников 43
1.5 Критерии оценки шума на территории 44
1.6 Приборы для измерения и оценки шума 45
1.7 Нормирование шума 47
1.8 Мероприятия по защите от шума примагистральных территорий 49
И. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 55
2.1 Натурные измерения шумовых характеристик транспортных потоков в городской среде 55
2.1.1 Натурные измерения шумовых характеристик транспортных потоков по стандартной методике 55
2.1.2 Натурные измерения шумовых характеристик транспортных потоков на различных высотах относительно уровня подстилающей поверхности и различном удалении от транспортной магистрали в условиях свободного звукового поля 56
4 2.2 Натурные измерения влияния уровня транспортного шума на формирование внутрижилищнои акустической среды на различных этажах жилых высотных зданий массовой застройки примагистральных территорий.59
2.3 Натурные измерения направленности шумоизлучения транспортных средств 62
2.4 Определение оптимального положения микрофона шумомера относительно ограждающей конструкции здания при измерении внешней составляющей внутрижилищной акустической среды обитания человека 66
III. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 70
3.1 Социологическое исследование субъективной оценки внутрижилищной акустической среды населением, проживающим на примагистральных территориях 70
3.2 Оценка экологического состояния примагистральных территорий по критерию шумового загрязнения 75
3.3 Анализ шумовых характеристик транспортных потоков на различных высотах и различном удалении от транспортной магистрали 78
3.4 Анализ распространения шума транспортного потока в зависимости от высоты этажа жилых зданий и его влияния на состояние внутрижилищной акустической среды на различных этажах 81
3.5. Анализ измерений направленности шумоизлучения транспортных средств 91
3.6 Анализ значений уровней шума при различном положении микрофона шумоизмерительного прибора при измерении внешней составляющей акустической среды обитания человека 95
IV. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 97
ВЫВОДЫ 105
ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ 107
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 108
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 109
ПРИЛОЖЕНИЯ 120
- Шум стационарных источников
- Натурные измерения шумовых характеристик транспортных потоков по стандартной методике
- Анализ шумовых характеристик транспортных потоков на различных высотах и различном удалении от транспортной магистрали
Введение к работе
В последнее время в связи с ростом производства, использованием новых источников энергии, развитием автотранспорта возрастает влияние физических факторов на жизнедеятельность и здоровье людей. Все чаще они переходят из разряда профессиональных вредностей в факторы риска для больших групп населения.
Серьёзным фактором, ухудшающим жизненную среду большого города, является шум. Шум - одна из форм загрязнения окружающей среды, которая заключается в увеличении уровня шума сверх природного фона. Шум уникален как загрязнитель. Он, как правило, не постоянен, не накапливается, не мигрирует самостоятельно на большие расстояния. Вместе с тем, шум понижает качество жизни, значительно ухудшая условия среды обитания человека и нанося значительный вред здоровью. Сильный шум может действовать как физический наркотик и вызывать так называемую «звуковую зависимость».
В условиях производства шум вызывается работой технологического оборудования, на улицах города - порождается городским транспортом и коммунально-бытовыми источниками. В урбанизированной среде на долю транспорта, в первую очередь автомобильного, приходится подавляющая (до 70- 90 %) часть шумового загрязнения окружающей среды.
Наряду с внешним шумом, приникающим в жилище и другие места постоянного пребывания людей, возрастающее значение приобретают внутридомовые источники шума, к которым относятся инженерное и санитарно-техническое оборудование. Существенными источниками шума в жилых домах служат различные механические и электрические приборы, а также само поведение людей.
В совокупности все эти источники создают постоянный звуковой (шумовой) фон, сопровождающий людей, как во время работы, так и во внерабочее время. Люди все время вынуждены невольно реагировать на сменяющие друг друга события той звуковой среды, в которой они обитают.
Город представляет собой макросреду для всего городского населения, однако для единичного горожанина практический интерес представляет не макросреда города как единое целое, а сложившиеся в городском пространстве микросреды его преимущественного обитания - локальные антропоэкосистемы, составляющие часть общей городской
антропоэкосистемы. Одной из таких локальных антропоэкосистем является внутрижилищная среда обитания человека, которая должна иметь такие характеристики, которые наиболее полно (комфортно) отвечают жизнедеятельности человеческого организма при обитании в ней.
Акустический режим, характеризующий качество восприятия звука, является одной из важнейших составляющих внутрижилищной среды обитания человека. В наиболее худших условиях шумового воздействия находятся жители примагистральных территорий, где в жилых помещениях во многих случаях уровни шума по энергетическим характеристикам превышают допустимые санитарными нормами. Таким образом, остро встает вопрос о применении мер шумозащиты населения.
Для разработки и выбора мероприятий по регулированию шумового режима крупных примагистральных территорий необходимы объективные данные о состоянии внутрижилищной акустической среды жилых домов примагистральных территорий.
Оценка акустического режима в помещениях жилых и общественных зданий в настоящее время осуществляется исключительно методами натурных измерений, применение которых в данном случае ограничено несколькими причинами. Во-первых, отсутствие высококачественной приборной базы и квалифицированного персонала у проектных организаций и органов санитарно-эпидемиологического контроля в нашей стране.
Во-вторых, применение метода натурных измерений требует больших материальных затрат, особенно в случае привлечения сторонних организаций.
В-третьих, существуют проблемы проведения натурных измерений
внутрижилищных уровней шума, связанные с высокой трудоёмкостью этой процедуры и особенностями социальной обстановки.
Актуальность темы диссертационной работы определяется необходимостью своевременной объективной оценки состояния внутрижилищной акустической среды обитания человека в составе программных задач обеспечения экологической безопасности примагистральных территорий по критерию шумового загрязнения.
Цель - разработка методики объективной оценки состояния внутрижилищной акустической среды обитания человека жилых домов массовой застройки примагистральных территорий.
Для реализации поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:
1. Дать оценку экологического состояния примагистральных территорий города по критерию шумового загрязнения.
2. Провести анализ субъективной оценки внутрижилищной акустической среды обитания населением, проживающим на примагистральных территориях.
3. Определить основные закономерности шумоизлучения транспортных потоков и единичных транспортных средств.
4. Определить влияние транспортного шума на формирование состояния внутрижилищной акустической среды обитания человека в зависимости от высоты этажа проживания.
5. Разработать методику объективной оценки состояния внутрижилищной акустической среды обитания человека жилых домов массовой застройки примагистральных территорий.
Объекты исследования - шумовой режим города и составляющих его территорий, как наиболее показательный вид урбанизированной среды, внутрижилищная акустическая среда жилых домов массовой застройки примагистральных территорий.
Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов. В работе использован комплексный подход к решению рассматриваемой проблемы. Исследования проведены с использованием методов статистической теории и регрессионного анализа. Достоверность результатов, выводов, рекомендаций, сформулированных в диссертационной работе, подтверждается использованием стандартных методик натурных обследований, методов статистической проверки гипотез функциональных зависимостей параметров, сравнимостью полученных результатов с ранее проведенными исследованиями.
Положения, выносимые на защиту:
1. Селитебные примагистральные территории г.Омска и внутрижилищная акустическая среда обитания человека жилых домов массовой застройки примагистральных территорий имеют повышенный уровень шумового загрязнения.
2. Население, проживающее на примагистральных территориях, оценивает шум, как фактор, загрязняющий акустическую среду обитания и влияющий на состояние человеческого организма, а также выражает желание постоянно контролировать состояние внутрижилищной акустической среды при условии отсутствия нежелательного вторжения в частную жизнь.
3. Распространение шума от транспортных потоков и единичных транспортных средств является направленным и концентрируется преимущественно на уровне 4-5 этажей жилых домов массовой застройки.
4. Объективная оценка состояния внутрижилищной акустической среды обитания человека основана на одновременном и постоянном измерении в зоне наибольшего шумового воздействия эквивалентных уровней шума селитебной территории (у фасада здания) и внутри жилого дома, расположенного на данной примагистральной территории.
Научная новизна заключается в следующем:
- Исследовано влияние транспортного шума на формирование акустической среды различных этажей жилых зданий массовой застройки примагистральных территорий.
- Разработана методика оценки состояния внутрижилищной акустической среды обитания человека, в основе которой лежит принцип одновременного измерения уровней шума на селитебной примагистральной территории у фасада здания и внутри помещения с последующей оценкой и выделением в составе внутрижилищного акустического режима внешней и внутренней составляющих.
Практическая значимость состоит в следующем:
- Проведён эколого-аналитический мониторинг состояния примагистральных территорий по критерию шумового загрязнения.
- Результаты исследования позволили выявить и определить зону наибольшего шумового воздействия в составе внутрижилищной акустической среды обитания человека в зависимости от высоты этажа проживания.
- Создан прототип шумомера бытового, предназначенного для оценки внутрижилищной акустической среды обитания человека с выделением внешней и внутренней составляющих.
Реализация результатов. Результаты исследований внедрены в учебный процесс на кафедрах «Экология и охрана окружающей среды» ОмГПУ и «Безопасность жизнедеятельности» ОмГАУ.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на научно-практической конференции, посвященной 50-летию факультета механизации ОмГАУ (2000 г); региональной научно-практической конференции «Сибирский сад - территория мечты» (Омск, 2002 г.); научно-технической конференции «Развитие оборонно-промышленного комплекса на современном этапе» (Омск, 2003); научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ОмГАУ (2001 — 2004 г.г.)
По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, выводов, заключения, списка литературы (132 наименования, в т.ч 14 на иностранных языках) и 15 приложений. Диссертация изложена на 119 страницах и содержит 24 рисунка и 11 таблиц.
Шум стационарных источников
Наиболее крупными стационарными источниками шума в городской среде являются промышленные предприятия.
Этот шум создается машинами всех видов, причем он обычно возрастает по мере увеличения мощности машин. Характеристики промышленного шума обнаруживают значительный разброс в зависимости от конкретного оборудования (Лопашев с соавт., 1983; Хаймович, Кирикова, 1988; Гигиенические аспекты охраны окружающей среды, 1992). Вращающиеся машины и машины с возвратно-поступательным движением генерируют звук, в котором преобладают периодические составляющие; пневматические машины обычно генерируют широкополосные случайные звуки. Также источниками звука на промышленных предприятиях являются механические, аэро-, газо- и гидродинамические, а также электромагнитные нестационарные процессы, сопровождающиеся пульсацией скорости и вибрацией. Дополняется шумовой фон промышленных предприятий шумом, возникающим при осуществлении погрузочно-транспортных процессов в пределах промплощадок и на подъездных путях.
Самые высокие уровни шума обычно создаются элементами машин или потоками газа, которые движутся с большой скоростью (например, вентиляторы, клапаны сброса давления], или при операциях, связанных с ударными воздействиями (например, клепочные операции).
В настоящее время механизмы эмиссии шума машинами изучены достаточно хорошо, детально разработаны методы расчета акустических характеристик основного технологического оборудования и коммуникаций промышленных объектов, созданы специализированные кадастры на отдельные виды оборудования, а также регламентирующие документы по ограничению их шумности (ГОСТ 12.2.024-87; Рекомендации по проектированию новых городов; Рекомендации по измерению и оценке внешнего шума промышленных предприятий, 1989; Лопашев, 1983).
По отношению к городской территории промышленное предприятие рассматривается как пространственный источник. Натурные исследования акустического режима промышленных предприятий дают представление об уровне шума на их границе, а также позволяют установить ориентировочные размеры зон акустического дискомфорта для свободных территорий.
Спецификой промышленного шума является то, что он характеризуется постоянным или импульсным звучанием не только днем, но и ночью. Шум транспортных предприятий и сооружений Рост автомобилизации современных городов, увеличение объемов грузоперевозок, развитие общественного и увеличение доли личного транспорта, расширение зон паркования и обслуживания транспортных средств обусловили процесс концентрации различных видов транспорта в определенных узлах городской структуры, в зоне которых резко возросли уровни акустического дискомфорта. Эти источники шума также рассматриваются как пространственные (Осипов, 1972; Агасьянц, Меркулова, 1984; Белоусов с соавт., 1987; Голубев, 1987; Павлова, 2000) и схема информационной модели этих объектов повторяет принципы промышленных объектов. Она включает характеристики по видам транспорта с учетом времени функционирования и количества транспортных средств и характеристики стационарных установок и механизмов по обслуживанию транспорта.
Шум строительной индустрии
Строительство зданий и сооружений, включая производство земляных работ, относятся к видам деятельности, которые создают значительные излучения шума. При работе кранов, бетоносмесителей, сварке, производстве свайных и буровых работ имеет место генерация самых разнообразных шумов [15, 56]. Уровни этих шумов, как правило, ниже транспортных, но их физические характеристики (тональный, ударный, импульсный и т.п.) создают неблагоприятные условия для проживания населения. Строительные машины и оборудование нередко имеют плохое шумоглушение и неудовлетворительно эксплуатируются, а производство работ часто ведется без учета последствий воздействия шума на окружающую среду.
Шум систем инженерно - технического оборудования зданий
Источниками шума систем инженерно-технического оборудования зданий являются кондиционеры воздуха, вентиляторы, мусоропроводы и т.п. (Крейтан, 1986, 1990). Этот шум является преимущественно низкочастотным, часто с выраженными дискретными составляющими. Внутри здания шум передается из помещения в помещение через вентиляционные каналы и по конструкциям самого здания.
Коммунально-бытовой шум
В жилых микрорайонах и кварталах возникает свой собственный, так называемый внутриквартальный (коммунально-бытовой) шум. Источниками коммунально-бытового шума, а, следовательно, и акустического дискомфорта в жилой зоне, являются технические сооружения для хранения и обслуживания коммунальной техники, учреждения культурно-бытового назначения, площадки для отдыха и спорта, а также операции по обслуживанию городского хозяйства и торговых учреждений на селитебных территориях (Осипов, 1972; Карагодина, 1979; Белоусов, 1987). Шум, создаваемый коммунальными объектами, характеризуется периодичностью звучания (прерывистый шум), обусловленной особенностью их функционирования. Шумовые характеристики внутриквартальных источников шума обычно выражаются в эквивалентных уровнях звука LA экв в дБА, измеренных на расстоянии 7,5 м от границ зоны зашумления (табл.1).
При оценке акустического режима городских территорий в целом коммунально-бытовой шум может учитываться как фоновый.
Натурные измерения шумовых характеристик транспортных потоков по стандартной методике
В процессе работы на основании предварительного обзора принципов измерения атмосферных шумов на различных городских территориях (Методические рекомендации по защите помещений от транспортного шума при архитектурно-строительном проектировании, 1972; Руководство по учету в проектах планировки и застройки городов требований снижения уровней шума, 1984; Белоусов, 1987; Проектирование звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий: пособие, 1998), была разработана оригинальная схема проведения измерения шумовой обстановки, предполагающая получение эквивалентных уровней шума в отдельных выборочных точках примагистральных территорий, дальнейший анализ ситуации и обобщение измеренных данных.
Для определения расположения точек измерения шумовых характеристик была использована магистральная улично-дорожная сеть.
В качестве оцениваемых территориальных единиц рассматривались административные округа города.
Для реализации представительной выборки измеряемых шумовых характеристик использовался подход, при котором в каждом административном округе случайным образом выбирались измерительные точки. При этом часть измерительных точек выбиралась на основных транспортных магистралях с интенсивным движением, часть - на магистралях с менее интенсивным движением, и оставшаяся часть - на так называемых «тихих» улицах.
Выбор и количество измерений на той или иной автомагистрали определялись её длиной, количеством перекрестков, профилем улиц, видом проходящего транспорта. Всего для измерений было выбрано 99 точек.
Определение шумовых характеристик и состава транспортных потоков, интенсивности их движения, а также последующая обработка измерений выполнялись по ГОСТ 20444-85 «Шум. Транспортные потоки. Методы измерения шумовой характеристики».
Аппаратурная реализация выборочных измерений уровней шума осуществлялась стандартными шумомерами ИШВ-1 и «Шум-1М». Средства измерений имели действующие свидетельства о государственной метрологической поверке.
Изложенный подход позволил дать оценку экологическому состоянию примагистральных территорий различных административных округов города по критерию шумового загрязнения.
Измерение шумовой характеристики транспортного потока по ГОСТ 20444-85 производится в точке на удалении 7,5 м от оси ближней к точке измерения полосы движения транспортных средств на высоте 1,5 м относительно уровня подстилающей поверхности. Таким образом измеренная шумовая характеристика не даёт целостного представления о характере распространения шума на примагистральной территории. Это послужило основанием для разработки оригинальной методики, цель которой - оценка фактического шумового режима примагистральных территорий, формирующегося под влиянием транспортного потока на различном расстоянии от него и на различных высотах в условиях свободного звукового поля.
Место проведения измерений было выбрано на пр. Мира, на прямолинейном участке дороги с установившейся скоростью движения транспортных средств, на расстоянии не менее 50 м от перекрёстков и остановочных пунктов общественного пассажирского транспорта.
При выборе места измерений было учтено следующее условие: расстояние от точек измерений до стен зданий, сплошных заборов и других сооружений и элементов рельефа, отражающих звук, должно быть не менее 50 м.
После выбора места измерения производилась его проверка на наличие свободного звукового поля. Звуковое поле считается свободным, если при уменьшении расстояния от всех точек измерений до источника шума в два раза уровень звукового давления в диапазоне частот измерений увеличится не менее, чем на 5 дБ, а при увеличении этого расстояния в два раза — уменьшится не менее, чем на 4 дБ (Олешкевич, Эппель; 1986).
Измерения не проводились во время выпадения атмосферных осадков и при скорости ветра более 5 м/с.
Проведение измерений шумовых характеристик транспортного потока осуществлялось в четырех измерительных точках (рис. 6).
Измерительные точки располагались согласно схеме на расстояниях Ri,R2, R-з, R4, м, от оси ближней к точкам измерения полосы движения транспортных средств. При этом расстояние Ri было принято равным 7,5 м; расстояние R2 - 15 м; расстояние R3 - 22,5 м; расстояние R» - 30 м.
В каждой измерительной точке при проведении измерения измерительный микрофон шумомера последовательно располагался на высотах 1,5 м, 3 м, 4,5 м, 6 м, 7,5 м, 9 м, 10,5 м, 12 м, 13,5 м, 15 м, 16,5 м и 18 м относительно уровня подстилающей поверхности. Таким образом, в каждой из четырёх измерительных точек было проведено 13 измерений на различных высотах. Всего в рамках данного исследования было проведено 52 измерения эквивалентных уровней транспортного потока.
Период измерения шумовой характеристики транспортного потока согласно рекомендациям ГОСТ 20444-85 охватывал проезд 200 транспортных единиц в обоих направлениях.
Аппаратурная реализация измерений шумовых характеристик осуществлялась шумомером I класса точности ИШВ-1, имеющим свидетельство о государственной метрологической поверке.
Анализ шумовых характеристик транспортных потоков на различных высотах и различном удалении от транспортной магистрали
Одним из основных источников шумового загрязнения селитебных территорий являются транспортные потоки.
В результате натурного обследования были получены шумовые характеристики транспортных потоков основных автомагистралей, формирующих шумовой режим примагистральных территорий (рис. П. 9.1 -П.9.5 приложения 9).
При проведении измерений была учтена градация территории города на административные единицы (округа), на основных автомагистралях которых были проведены натурные измерения. Измерения проводились в час «пик» (с 7 часов до 10 часов и с 16 часов до 19 часов), когда интенсивность движения транспортных средств наиболее высока.
На примагистральных территориях, где были проведены измерения, жилые дома массовой застройки находятся в непосредственной близости от транспортной магистрали, зачастую находясь от нее всего на расстоянии тротуара. В среднем расстояние от фасадов жилых домов массовой застройки до оси первой полосы движения транспортных средств составляет 19 м, поэтому значения шумовых характеристик транспортных потоков и уровней шума, измеренных у фасадов зданий, практически одинаковы.
Отечественные нормативы (ГОСТ 12.1.003-83; СН 2.2.4/2.1.8.5622-96) устанавливают допустимые уровни дневного шума в диапазоне 40-55 дБ А в зависимости от типа территории. Рекомендуемое Всемирной организацией здравоохранения значение этой величины составляет 55 дБА (Гигиенические аспекты охраны окружающей среды (шум), 1992). В то же время результаты натурных измерений указывают на то, что показатели шумовых характеристик транспортных потоков в значительной степени превышают эти нормативы. При этом люди, проживающие на примагистральных территориях, подвергаются действию недопустимого с точки зрения санитарных норм внешнего шума с уровнем, превышающем 70 дБА.
Уровень шума транспортного потока является функцией таких его показателей как плотность и состав. Поэтому наряду с измерением уровней шума были проведены измерения состава и интенсивности транспортных потоков (рис. 17, 18).
Наиболее высокие показатели уровней шума имеют транспортные магистрали Центрального и Кировского административных округов (приложение 9). Это связано с высокой интенсивностью движения в Центральном округе и повышенным процентным содержанием грузового транспорта в составе транспортных потоков в Кировском округе.
Проведенные натурные измерения и данные, предоставленные ГЦСЭН Советского АО, позволили проследить в динамике изменения эквивалентных уровней транспортного шума в 1991-2002 г.г. на основных автомагистралях Советского административного округа г. Омска (рис. 19). В течение указанного периода наблюдается устойчивая тенденция к возрастанию показателей уровней шума на основных автомагистралях. Исключение составляет проспект Мира, где уровни шума были значительно снижены в 1994-1996 г.г. в результате проведенных мероприятий (ликвидация трамвайной линии).
Уровень шума транспортного потока, как уже указывалось, является функцией таких его показателей, как плотность и состав, вследствие чего наблюдается значительная флуктуация во времени показателей его значений. Уровни звука (шума) в процессе дорожного движения изменяются столь быстро и значительно, что для их измерения и оценки необходимо применение метода статистического анализа. Однако статистические характеристики шума, уровни звука, превышаемые за определенный процент времени, -трудно сопоставить с реакцией населения и использовать при решении вопросов проектирования средств защиты от шума. В связи с этим, в качестве шумовой характеристики транспортных потоков в большинстве стран установлен эквивалентный уровень звука на определённом базисном расстоянии от транспортного потока. В нашей стране это расстояние в соответствии с ГОСТ 20444-85 принято равным 7,5 м от оси первой полосы движения транспортных средств, в Германии и некоторых других странах -25 м от оси магистрали (Осипов с соавт., 1987).
При этом для комплексной оценки влияния транспортного шума на состояние внутрижилищной акустической среды жилых домов примагистральных территорий необходимо знать закономерности распространения шума транспортного потока по селитебной территории.
Проведённые измерения позволили определить характер распространения шума транспортных потоков на различных высотах и различном удалении от транспортной магистрали. Измерения проводились в трехкратной повторности. Полученные эмпирические значения представлены в таблице 6.
