Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ существующих методов оценки количества выбросов загрязняющих веществ от автотранспорта и строительной техники 10
1.1 Влияние строительной площадки на загрязнение окружающей среды 10
1.2 Источники загрязнения воздушной среды строительной площадки 12
1.3 Классификация загрязняющих веществ 13
1.4 Факторы, определяющие загрязнение воздушной среды строительной площадки 19
1.5 Методы оценки количества выбросов загрязняющих веществ 28
Выводы. Цели и задачи исследования 44
2. Разработка метода оценки массовых выбросов загрязняющих веществ от передвижных источников в условиях строительного производства 46
2.1 Постановка задачи исследования 46
2.2 Анализ исходных данных 47
2.3 Расчет загрязнения воздушной среды 59
2.4 Расчет выбросов ЗВ от машин и механизмов, работающих на строительной площадке 59
2.5 Расчет выбросов от автотранспортных средств по доставке грузов и материалов 68
2.6 Контроль загрязнения воздушной среды 90
2.7 Мероприятия по снижению выбросов загрязняющих веществ на строительной площадке 91
2.8 Расчет платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу строительной площадки 96
2.9 Расчет предотвращенного ущерба, связанного с выбросом загрязняющих веществ при строительстве 98
Выводы 100
3. Разработка методики оценки выбросов загрязняющих веществ в атмосферу строительной площадки и ее программного обеспечения 102
3.1 Методика оценки массового выброса загрязняющих веществ от передвижных источников в условиях строительной площадки 102
3.2 Программный комплекс «Атмосфера строительной площадки» 103
Выводы 109
4. Использование инженерной методики оценки массовых выбросов загрязняющих веществ в условиях строительной площадки 110
4.1 Цель и объем промышленной апробации 110
4.2 Использование методики оценки количества выбросов от ДВС в условиях действующей строительной организации «Строительный концерн ОАО ПМК-6» г. Ростова-на-Дону 112
4.3 Использование методики оценки количества выбросов загрязняющих веществ в условиях проектного цикла 119
4.4 Использование методики оценки количества выбросов загрязняющих веществ в условиях строительной площадки в учебном процессе 126
4.5 Выводы 126
Заключение 127
Литература 129
- Влияние строительной площадки на загрязнение окружающей среды
- Анализ исходных данных
- Программный комплекс «Атмосфера строительной площадки»
Введение к работе
Актуальность темы. Развитие экономики приводит к увеличению объемов строительства. Основным источником загрязнения в условиях строительной площадки (СП) являются строительные машины и механизмы (СМ и М), которые выполнены на базе двигателей внутреннего сгорания (ДВС). С учетом технологических особенностей их работы в условиях СП и строительного производства в целом они относятся к передвижным источникам загрязнения окружающей среды (ОС) и по характеру мобильности подразделяются на спецтехнику и автотранспорт, задействованный в доставке грузов. Наибольшее негативное воздействие в системе взаимодействия «СП - ОС» испытывает воздушная среда. Зачастую положение усугубляется тем, что СП располагаются в непосредственной близости от жилой застройки, образуя очаги негативного воздействия на атмосферный воздух застроенных территорий и здоровье населения. В соответствии с Европейской классификацией SNAP все источники загрязнения атмосферы разделены на 10 групп, при этом строительная площадка и строительство в целом в классификацию не включены. Анализ экологической ситуации на СП можно провести, рассчитав массовый выброс, концентрацию загрязняющих веществ (ЗВ), плату за загрязнение.
В соответствии с требованиями природоохранного законодательства эколого-экономическая оценка негативного воздействия является обязательным этапом при разработке обоснования инвестиций в строительство предприятий, зданий и сооружений на территории РФ, а также эффективным инструментом экологического контроля и управления текущей деятельностью строительных организаций. Таким образом, можно утверждать, что вопросы защиты атмосферы СП являются актуальной научно-технической проблемой.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ РГСУ по договору № 200/01 от 15.12.01 г. «Оздоровление воздушного бассейна г. Ростова-на-Дону».
Целью работы является разработка научно обоснованного метода оценки уровня и последствий негативного воздействия выбросов передвижных
источников на базе ДВС в условиях ст юитйщййаотмюрзводства,
4 обеспечивающего минимизацию антропогенного воздействия на атмосферу.
Идея работы состоит в выделении и использовании различных категорий и режимов работы автотранспортных средств при оценке массовых выбросов ЗВ в условиях строительного производства.
Методы исследования включали использование положений моделирования выбросов ЗВ в зависимости от режимов работы и технических характеристик СМ и М.
Научная новизна наиболее существенных результатов работы и их значимость состоят в разработке метода оценки массовых выбросов от передвижных источников в условиях строительного производства, в рамках которого:
получены зависимости для расчета суммарного массового выброса ЗВ от передвижных источников, учитывающие выбросы двух различных категорий автотранспорта: СМ и М и автотранспортных средств доставки в условиях строительного производства;
введены понятия и получены зависимости для определения массы «холодного выброса», учитывающие тип, объем и мощность двигателя, соответствие экологическим требованиям в рамках стандарта EURO;
усовершенствованы выражения для расчета «горячего выброса» путем введения: для СМ и М - коэффициента, учитывающего уменьшение выбросов в
связи с ужесточением экологических требований в рамках стандарта EURO и зависящего от мощности двигателя, вида топлива и вида ЗВ;
для автотранспорта - коэффициентов, учитывающих уклон дороги, степень загрузки транспорта, температуру окружающей среды, ужесточение экологических требований в рамках стандарта EURO и износ нейтрализаторов;
предложена зависимость для определения максимального разового
выброса ЗВ для расчета рассеивания от СМ и М на стройплощадке.
Достоверность научных положений и выводов диссертации подтверждается:
использованием классических положений фундаментальных и прикладных наук (физико-химии, математики);
согласованностью научных выводов с результатами, представленными
5 транспортными лабораториями по вопросу оценки количества выбросов ЗВ;
уменьшением выбросов ЗВ, связанных с возможностью более точной
оценки и с ужесточением экологических требований.
Практическое значение работы заключается в том, что на базе предложенного метода оценки загрязнения воздушной среды в условиях СП:
разработана инженерная методика оценки выбросов ЗВ от СМ и М, работающих на СП, состоящая из экологической и экономической частей;
создан программный комплекс «Атмосфера строительной площадки (АСП)» на базе программы Microsoft Excel, обеспечивающий автоматизированную оценку выбросов ЗВ и расчет платы за загрязнение атмосферы в конкретных условиях строительства.
Реализация работы. Разработанная методика и реализующий ее программный комплекс «Атмосфера строительной площадки (АСП)» внедрены при оценке выбросов ЗВ и расчете платы:
в условиях действующей строительной организации - «Строительный концерн ОАО ПМК - 6», при непосредственной эксплуатации СМ и М;
в условиях действующей проектной организации - Северо-Кавказский филиал ОАО «Гипродорнии» при проектировании строительства;
в научных исследованиях и учебном процессе кафедры Организации перевозок и дорожного движения, РГСУ.
На защиту выносятся следующие основные положения:
суммарный массовый выброс ЗВ от передвижных источников в условиях строительного производства складывается из массовых выбросов двух категорий автотранспортных средств: СМ и М, работающих на СП, и автотранспорта, задействованного при доставке грузов и рабочей силы;
уровень негативного воздействия на атмосферу передвижных источников любой категории определяется массовым выбросом ЗВ, зависящим от периода и режима работы ДВС, вида топлива, обусловливающих различные оценки выбросов при:
- прогреве двигателя («пусковой выброс»), характеризующего начальные
6 параметры работы ДВС;
движении на холодном двигателе («холодный выброс»), характеризующем работу ДВС до достижения им оптимальных температурных характеристик;
движении на горячем двигателе («горячий выброс»), характеризующем работу ДВС после достижения им оптимальных температурных характеристик;
последствия негативного воздействия на атмосферу передвижных источников в условиях стройплощадки базируются на оценке рассеивания выбросов от СМ и М и расчете платы за загрязнение воздушной среды через массовый выброс ЗВ;
разработанная на базе метода оценки уровня и последствий негативного воздействия методика и программное обеспечение «Атмосфера строительной площадки (АСП)» позволяет оценить выброс ЗВ и определить плату от передвижных источников как непосредственно на СП во время проведения строительных работ, так и на стадии проектирования объекта.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях: Международных научно-практических конференциях РГСУ, г. Ростов-на-Дону, «Строительство - 2001, 2003 - 2006»; Всероссийской научно-технической конференции «Концепция современного развития автомобилестроения и эксплуатации транспортных средств» Южно-Росссийский государственный технический университет, Новочеркасск 2001г.; научно-технической конференции «Транспортные системы Сибири» Красноярский государственный технический университет 2005г.
Публикации. Опубликовано 8 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов и заключения, списка использованной литературы из 135 наименований литературных источников отечественных и зарубежных авторов и приложений. Работа содержит 128 страницы основного машинописного текста, 32 рисунка, 75 таблиц и 6 приложений.
Влияние строительной площадки на загрязнение окружающей среды
В последние десятилетия для РФ характерен интенсивный стабильный рост загрязнения окружающей среды в условиях строительного производства. На сегодняшний день наблюдается интенсификация строительства как жилых, так и производственных зданий, активная реконструкция существующих предприятий.
Строительный объект (строительная площадка (СП)) воздействует на воздушную среду, водную среду, геологическую среду, растительный и животный мир, застроенную территорию [1, 2, 3]. При этом под воздействием понимается антропогенная деятельность, связанная с реализацией экономических, рекреационных, культурных интересов и вносящая физические, химические, биологические изменения в природную среду [4, 5]. Увеличение антропогенного воздействия на окружающую среду и прежде всего на атмосферу обусловлено в основном выбросами от передвижных источников, составляющих основу строительного производства. Образуется зона влияния СП или собственное загрязнение на атмосферный воздух и здоровье населения [6, 7, 8, 9, 10]. Возникает система «СП - ОС» с присущими ей взаимосвязями, определяющими интенсивность негативного воздействия и ухудшающая качество атмосферного воздуха (рисунок 1.1). 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 [11, 12]. Зачастую положение усугубляется тем, что строительные площадки располагаются в непосредственной близости от жилой застройки.
Анализ исходных данных
При этом основой расчета выбросов ЗВ от СМ и М на строительной площадке нами принята «Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для автотранспортных предприятий (расчетным методом)» [65]. Оценка выбросов загрязняющих веществ от легковых, грузовых автомобилей и автобусов, задействованных в доставке рабочих и строительных материалов, по нашему мнению должна учитывать результаты типовых испытательных ездовых циклов и регламентации вредных выбросов, возникающих в процессе их реализации, согласно ГОСТ Р41.83-99 [86] и ГОСТ Р 41.49-99 [87].
Принимая во внимание выделенные эколого-экономические аспекты, проблема оценки загрязнения воздуха на СП, этапы ее осуществления и многофакторность постановки задачи, наилучшим средством ее реализации является математическая модель [88, 89, 90]. Блок схема модели оценки загрязнения воздушной среды в условиях строительного производства представлена на рисунке 2.1. Рассмотрим подробно каждый из блоков модели. 2.2 Анализ исходных данных
Как было показано в главе 1, исходные данные, необходимые при расчете количества выбросов ЗВ, возникающих в процессе строительства, можно разбить на три группы:
1) характеристика условий работы на СП;
2) характеристика маршрута доставки грузов и рабочих к СП, а также транспортных средств, задействованных в перевозочном процессе;
3) погодно-климатические характеристики района расположения СП.
Основным источником загрязнения на СП являются СМ и М, работающие на ДВС. Все строительные машины можно разбить по категориям по двум основным признакам: вид потребляемого топлива и мощность двигателя. В настоящее время двигатели СМ и М работают на двух основных типах топлива бензин и керосин (дизельное топливо). В качестве альтернативных видов топлива используется природный газ, биодизель и т.д. [91, 92]. По мощности двигателя СМ и М предлагается разбить на семь групп, в пределах которых количество выбросов изменяется незначительно: до 20 кВт, 21-35, 36-60, 61-100, 101-160, 161-260, свыше 260 кВт. Соответственно, чем больше мощность двигателя, тем больше расход топлива и количество выбросов ЗВ.
Выброс от СМ и М и автотранспорта состоит из выбросов загрязняющих веществ при прогреве двигателя („), дополнительного выброса при движении на «холодном» двигателе (Ес) и выброса, непосредственно полученного при строительном процессе (Ег). Строительные работы должны проводиться по календарному графику, оптимизированному согласно строительных технологий и производству. При разработке календарного графика необходимо минимизировать количество дней, когда строительная техника занята неполный день.
Таким образом, исходной информацией, необходимой для оценки массы выбросов ЗВ в атмосферу в условиях СП являются:
Мощность двигателя каждой строительной машины;
Тип потребляемого топлива;
Расстояние от места парковки до места работы;
Количество рабочих дней;
Соответствие экологическим нормам и стандартам (EURO);
Средняя температура воздуха по месяцам строительства.
При доставке грузов и рабочих на строительную площадку немало важную роль играет выбор маршрута движения автотранспорта. В первую очередь, основным факторами, влияющим на количество выбросов ЗВ в атмосферу, является протяжение маршрута доставки, дорожно-транспортные условия движения, которые влияют на скорость движения. В зависимости от расположения СП, подвозка материалов может осуществляться по автомагистралям, внегородским дорогам, городским улицам, что непосредственно влияет на количество выбросов ЗВ.
Зная законы движения транспортных потоков, можно воспользоваться теоретическими зависимостями между интенсивностью, составом и его скоростью на автомагистралях, внегородских дорогах без потерь времени на проведение натурных исследований.
Программный комплекс «Атмосфера строительной площадки»
В главе 2 нами приведен метод расчета количества выбросов ЗВ от СМ и М и автотранспорта в атмосферу СП. Данный метод позволяет более точно рассчитать выброс ЗВ как на стадии проектирования строительного объекта, так и во время строительства. С целью применения данного метода на практике предлагается инженерная методика, включающая следующую последовательность действий:
1. Сбор исходных данных. Согласно главы 2 передвижные источники загрязнения воздушной среды в процессе строительства делятся на спецтехнику и автотранспорт. Для оценки количества выбросов ЗВ от них необходимо иметь следующую информацию: ведомость потребности машин и механизмов с разбивкой по мощности двигателя, виду потребляемого топлива, соответствию экологическим нормам, а также расстояние от места стоянки до места работы, климатические показатели района строительства. Для автотранспорта дополнительно необходимо иметь данные по пробегу за период строительства и характеристики маршрута доставки грузов (скорость движения по маршруту, средний продольный уклон, наличие и категория населенных пунктов).
2. Расчет выбросов ЗВ производится отдельно для спецтехники и автотранспорта.
2.1 Расчет выбросов ЗВ от спецтехники включает сумму выбросов: «пусковой выброс», «холодный» и «горячий» и производится по формулам (2.11-2.18).
2.2 Расчет выбросов ЗВ от автотранспорта включает сумму выбросов: «пусковой выброс», «холодный» и «горячий» и производится по формулам (2.21-2.34).
2.3 Расчет суммарного выброса от спецтехники и автотранспорта определяет итоговый выброс от всех передвижных источников по формуле (2.10).
3. Расчет рассеивания. При необходимости осуществления контроля качества воздушной среды СП производится расчет рассеивания ЗВ по данным выбросов от спецтехники. При этом автотранспорт не учитывается из-за малой продолжительности пребывания на территории СП. Максимально разовый выброс ЗВ рассчитывается по формуле (2.19). Расчет рассеивания ЗВ в приземном слое атмосферы СП производится по формуле (2.20).
4. Расчет платы. Для оценки экономических последствий загрязнения воздушной среды СП методика предусматривает расчет платы за загрязнение воздушной среды от передвижных источников, формулы (2.35 - 2.39).
В целях автоматизации расчета для практического использования нами разработан программный комплекс «Атмосфера строительной площадки (АСП)», выполненный на основе Microsoft Excel.
3.2 Программный комплекс «Атмосфера строительной площадки» Программный комплекс «АСП» позволяет выполнить расчеты:
- массового выброса ЗВ от передвижных источников двух категорий (спецтехники и автотранспорта) в условиях СП;
- рассеивания выбросов ЗВ по данным выбросов от спецтехники;
- платы за загрязнение воздушной среды СП.
Максимальный объем массива доступных к обработке комплексом «АСП» данных составляет 65500 видов машин и механизмов, что значительно перекрывает реальные потребности расчета для любых конкретных производственно-технологических условий СП.
Программный комплекс «АСП» состоит из 4 листов Microsoft Excel: Лист 1. «Строительная площадка» содержит исходные данные (п. 1 методики), расчет массовых выбросов ЗВ от СМ и М, работающих на СП, расчет производится согласно п. 2.1 предложенной инженерной методики.
Лист 2. «Автотранспорт» включает исходные данные п. 1 и расчет выбросов ЗВ от автотранспорта, задействованного в доставке грузов на СП, согласно п. 2.2.
Лист 3. «Итоговый расчет» показывает итоговый расчет выбросов ЗВ от строительных машин и автотранспорта, согласно п. 2.3 и расчет платы за загрязнение воздушной среды СП п. 4 методики.
