Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 10
1.1. Типы насаждений 11
1.2. Роль зеленых насаждений в городе 14
1.3. Шум как основной загрязняющий фактор 23
1.4 Пыль как основной загрязняющий фактор 46
Глава 2. Исследование 67
2.1. Место проведения исследования 67
2.2. Оценка санитарного состоянии зеленых насаждений 73
2.3. Методика измерения уровня шума 76
2.4. Методика исследования уровня пыли 77
2.5. Методика исследования колебания температур за период 20 лет 77
2.6. Мониторинг температурно-влажностного режима помещений под зеленой крыши. 79
Глава 3. Результаты исследования 80
3.1. Результаты санитарного обследования территории 80
3.2. Результаты исследования уровня шума 84
3.3. Результаты исследования уровня пыли 86
3.4. Мониторинг температурного режима 90
Глава 4. Способы создания искусственных насаждений в городской среде 91
4.1. Подбор основных составляющих для создания зеленой крыши в условиях Севера 93
4.2 Оценка первичных результатов по созданию зеленой крыши условиях севера России 105
4.3 Исследование уровня шума в лабораторных помещениях под зеленой крышей и под обычной крышей 107
4.5 Разработка технологии создания зеленых крыш в условиях севера России 109
4. 6 Разработка рекомендаций по эксплуатации и уходу за зеленой крышей в условиях севера России 114
Заключение 117
Рекомендации 119
Список литературы 121
Приложения
- Роль зеленых насаждений в городе
- Пыль как основной загрязняющий фактор
- Результаты санитарного обследования территории
- Разработка технологии создания зеленых крыш в условиях севера России
Роль зеленых насаждений в городе
Зеленые насаждения очищают городской воздух от пыли и газов. Этот процесс происходит следующим образом. Загрязненный воздушный поток, встречающий на своем пути зеленый массив, замедляет скорость, в результате чего под влиянием силы тяжести 60—70% пыли, содержащейся в воздухе, оседает на деревья и кустарники. Некоторое количество пыли выпадает из воздушного потока, наталкиваясь на стволы, ветви, листья. Значительная часть пыли оседает на поверхность листьев, хвои, веток, стволов. Во время дождя эта пыль смывается на землю (Дмитриева В.А., Дмитриева А.О., 2014)
Под зелеными насаждениями вследствие разности температур, возникают нисходящие потоки воздуха, которые также увлекают пыль на землю. Распространению или движению пыли препятствуют не только деревья и кустарники, но и газоны, которые задерживают поступательное движение пыли, перегоняемой ветром из разных мест (Фетт В., Томсон Н. М., 1961).
Среди зеленых насаждений запыленность воздуха в 2—3 раза меньше, чем на открытых городских территориях. Древесные насаждения уменьшают запыленность воздуха даже при отсутствии лиственного покрова. В глубине зеленого массива, на расстоянии 250 м от его опушки, запыленность уменьшается в 2,5 раза. Пылезадерживающие свойства различных пород деревьев и кустарников неодинаковы и зависят от морфологических особенностей листьев (Н. А. Бабич,О. С. Залывская, Г. И. Травникова, 2008). Лучше всего задерживают пыль шершавые листья и листья, поверхность которых покрыта ворсинками, как у сирени (Черешнева Н. В., Черешнев И. В., 2006).
Если принять количество пыли, задерживаемой 1 кв. см поверхности листа тополя за 1, то количество пыли, удерживаемой таким же по площади листом клена остролистного (Acer platanoides L.), составит 2, сирени обыкновенной (Syringa vulgaris L.) 3, вяза гладкого (Ulmus laevis Pall.) 6. Осевшая на листьях пыль, периодически смывается дождем, сдувается ветром, и листья вновь способны задерживать пыль (Власов И.И.,2015, Иоффе А.О., 2014)
Зеленые насаждения значительно уменьшают вредную концентрацию находящихся в воздухе газов. Например, концентрация окислов азота, выбрасываемых промышленными предприятиями, снижается на расстоянии 1 км от места выбросов до 0,7 мг/м3, а при наличии зеленых насаждений до 0,13 мг/м3. Вредные газы поглощаются растениями, а твердые частицы аэрозолей оседают на листьях, стволах и ветках растений.
Зеленые насаждения, расположенные на пути потока загрязненного воздуха, разбивают первоначальный концентрированный поток на различные направления. Таким образом, вредные выбросы разбавляются чистым воздухом, и их концентрация в воздухе уменьшается.
Следует отметить, что газозащитная роль зеленых насаждений во многом определяется степенью их газоустойчивости.
К слабоповреждаемым породам относятся вяз шершавый и гладкий (Ulmus laevis Pall., Ulmus glabra Huds.), ель колючая (Picea pungens Engelm), ива козья (Salix caprea L.), клен ясенелистый (Acer negundo L.), осина (Populus tremula L.), тополь берлинский (Populus x berolinensis Dippel.) и др., к среднеповреждаемым— береза бородавчатая (Betula pendula Roth.) (Куцик Р. В., Зузук. М, 2001), лиственница сибирская (Larix sibirica Ledeb.), рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L.) и др. Растения с повышенной интенсивностью фотосинтеза имеют меньшую устойчивость к газам. Из трав наибольшей устойчивостью к газам обладает овсяница луговая, наименьшей — полевица белая. Подкормка азотными удобрениями, а также известкование, улучшающие водный режим почв, заметно повышают устойчивость растений к газам (Гальперин М. В., 2002)..
Особенностью зеленых насаждений является также то, что они в результате фотосинтеза поглощают из воздуха углекислый газ и выделяют кислород. В среднем 1 га зеленых насаждений поглощает в 1 ч 8 л углекислоты (т. е. столько, сколько углекислоты выделяют за это время 200 человек). Разные породы древесно-кустарниковых растений обладают неодинаковой интенсивностью фотосинтеза и поэтому выделяют различное количество кислорода. Дерево с большей лиственной массой выделяет больше кислорода. Влияние зеленых насаждений на снижение концентрации газов в воздухе зависит и от плотности их посадки (Черешнева Н. В., Черешнев И. В., 2006). Наблюдения показали, что среди плотных непродуваемых насаждений деревьев и кустарников, расположенных вблизи источников выбросов в атмосферу пыли и газов, создается застои воздуха, в результате чего возникают очаги повышенной концентрации загрязнений атмосферы. Поэтому вблизи источников выбросов следует создавать хорошо продуваемые насаждения в групповых ажурных посадках. Зеленые насаждения могут защищать застройку от пыли и газов только в том случае, если они располагаются между источником загрязнения и застройкой.
В практике проектирования нередко возникает необходимость защиты городской застройки от неблагоприятных ветров. В этом случае поперек основного ветрового потока устраивают защитные полосы зеленых насаждений.
Движение воздуха снижает эффективные температуры, под которыми понимается теплоощущение человека при определенном состоянии атмосферы. Например, воздух, насыщенный влагой при температуре 20 град. С и скорости ветра 3 м/с, равноценен по теплоощущению неподвижному воздуху при температуре 14 град. С (Пивоваров Ю. П., 1999). Защитная роль полос зеленых насаждений определяется их плотностью и расположением, а также типом застройки. Ветрозащитными свойствами обладают зеленые насаждения даже сравнительно небольшой высоты и плотности посадки.
Ветрозащитное влияние неширокой зеленой полосы, состоящей из восьми рядов деревьев высотой 15—17 м, отмечается на расстоянии 300—600 м. В этой зоне скорость ветра составляет 25—30% первоначальной.
Установлено, что для снижения скоростей ветра достаточно наличие размещаемых на определенных расстояниях друг от друга зеленых полос шириной 20— 30 м. В глубине леса на расстоянии на расстоянии 120—240 м наступает полный штиль. Наиболее эффективны ажурные защитные полосы, пропускающие сквозь себя до 40% ветра всего потока. Допускаются небольшие разрывы среди зеленых полос для проезда и проходов, которые практически не снижают ветрозащитных свойств зеленых насаждений (Черешнева Н. В., Черешнев И. В., 2006).
При большой величине защищаемого участка на нем равномерно располагают посадки ажурной конфигурации так, чтобы они находились поперек ветрового потока, что способствует равномерному снижению скорости ветра на всем участке.
Большинство растений выделяет летучие и нелетучие вещества — фитонциды, обладающие способностью убивать вредные для человека болезнетворные бактерии или тормозить их развитие. Например, фитонциды дубовой листвы уничтожают возбудителя дизентерии. К числу ярко выраженных фитонцидных деревьев и кустарников относятся береза, дуб, тополь, черемуха. Известно более 500 видов деревьев, имеющих фитонцидные, свойства.
Особенно много фитонцидов образуют хвойные породы; 1 га можжевельника выделяет в сутки 30 кг летучих веществ. Большое количество фитонцидов (20— 25 кг) выделяют сосна и ель. Благодаря способности растений выделять фитонциды воздух парков содержит в 200 раз меньше бактерий, чем воздух улиц (Черешнева Н. В., Черешнев И. В., 2006).
Температура воздуха среди зеленых насаждений, особенно в жаркую погоду, значительно меньше, чем на открытых местах. Зеленые насаждения, защищая почву и поверхности стен зданий от прямого солнечного облучения, предохраняют их от сильного перегрева и тем самым от повышения температуры воздуха. Например, температура воздуха в Москве над газоном на 4 град. С ниже, чем над асфальтовым покрытием тротуара. Температура воздуха внутри зеленого массива в среднем на 2—3 град. С ниже, чем внутри городского квартала.
Пыль как основной загрязняющий фактор
Качество атмосферного воздуха - важнейший фактор, влияющий на здоровье, на санитарную и эпидемиологическую ситуацию в городе. Две трети населения нашей страны проживает на территориях, где уровень загрязнения воздуха не соответствует гигиеническим нормам (Архангельский В.И., 2011).
Загрязнение атмосферного воздуха - одна из наиболее актуальных проблем современного общества. Вследствие промышленной и хозяйственной деятельности людей в атмосферу планеты, по данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно поступает до 25 миллиардов тонн диоксида серы, свыше 50 миллиардов тонн различных углеводородов и других вредных веществ.
Высокая запыленность городской среды является причиной серьезных эколого-гигиенических проблем городов. Негативное влияние пыли проявляется в различных сферах деятельности человека, особенно, в городском хозяйстве. Запыленность приводит к росту экономических потерь за счет повышения затрат на эксплуатацию и ремонт зданий и сооружений, вредного воздействия на растительность. Существует прямая зависимость показателей заболеваемости населения города от количества пыли, находящейся в воздухе
Пыль – это свободные твердые частицы, которые благодаря своим малым размерам витают в неподвижном газе или равномерно и медленно оседают (О. В. Витковский, 1999).
Превращение какого-либо материала в пыль, т. е. раздробление его на бесчисленное множество мельчайших частиц, связано с характерным изменением его свойств. По своему агрегатному состоянию пыль напоминает как твердые, так и газообразные вещества, и в первом приближении допустимо назвать ее газом, лишенным свойства непрерывности. Благодаря тому, что пыль состоит из огромного числа невидимых частиц и способна легко распространяться, она оказывает заметное влияние на повседневную жизнь и деятельность людей.
Пылевые загрязнения являются в основном продуктом городской среды. Воздух осредненного мирового города имеет концентрацию пыли примерно в 150 раз более высокую, чем воздух над океаном и в 15 раз большую, чем воздух в сельской местности. Пыль оказывает влияние на органы дыхания, радиационный и тепловой баланс, является ядрами конденсации для осадков, на ее поверхности концентрируются многие вредные вещества. В этом, отношении наиболее опасна для человека и других организмов мелкая пыль (Архангельский В.И., 2011).
Частицы пыли сорбируют на своей поверхности различные газы, пары, радиоактивные вещества, микроорганизмы, ионы и свободные радикалы. Они обогащены сульфатами, свинцом, мышьяком, кадмием, цинком. Бензо(а)пирен в воздухе на 90% связан с частицами пыли.
Пыль становится особенно опасной, когда на ее частицах адсорбируются токсические и радиоактивные вещества, патогенные микроорганизмы и вирусы. Кроме того, пыль обладает значительным накопительным, эффектом в атмосфере. На больших высотах (15-30 км) она может удерживаться в атмосфере до 1-2 лет.
Количество пыли в воздухе городов зависит от численности и плотности населения, количества и характера промышленных предприятий и степени оборудования их очистными установками, от типа покрытий улиц и степени их очистки, количества и характера осадков, времени года. Максимальная запыленность отмечается в моменты интенсивного автомобильного движения (утренние и вечерние часы, время обеденных перерывов). Длительность сохранения пыли в воздухе и возможность проникновения ее в легкие зависит главным образом от размера пылевых частиц, их удельного веса и формы.
Все загрязнения воздушной среды можно разделить на три вида: твердые (пыль), жидкие (пары), газообразные.
Твердые загрязнения (пыль) по происхождению можно разделить на несколько категорий:
Почвенная пыль. Поднимается в воздухе поверхности почвы в результате перемещения воздушных масс. Этому особенно способствует движение транспортных средств. Проблема загрязнения города почвенной пылью особенно актуальна в весенний период, когда после зимы в наследие остается толстый слой (до 10 см) песчаной и каменной пыли, которая образовалась в результате «обработки» дорог ( уменьшение скольжения).
Космическая пыль. Космическая пыль представляет собой частицы, размером меньше 10 мкм, движущиеся в межпланетном пространстве. На землю из космоса оседает некоторое количество твердых частиц, не имеющих практического значения.
Морская пыль. Образуется в результате высыхания брызг соленой воды при волнении моря. Микроскопические капли соленой воды поднимаются ветром на десятки метров, где вода испаряется и остаются только кристаллы соли. Также не имеет практического значения.
Твердые выбросы в атмосферу из энергетических установок (промышленных предприятий и отопительных систем), промышленная пыль .Промышленная пыль представляет собой аэродисперсную систему (аэрозоль), в которой дисперсионной средой является воздух, а дисперсной фазой - твердые пылевые частицы. Пыль образуется при многочисленных производственных процессах в разных отраслях народного хозяйства - в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте.
Радиоактивная пыль. Данный вид пыли является подкатегорией почвенной пыли, но выделяется учеными в самостоятельную категорию, т.к. такая пыль оказывает высокое экологическое воздействие на окружающую среду. Она образуется в ходе аварийный ситуаций на предприятиях, использующих радионуклиды, в местах хранения остатков продуктов атомного производства, при ненадежном захоронении (Фетт В., Томсон Н. М, 1961)
В зависимости от способа образования различают аэрозоли дезинтеграции и конденсации.
Аэрозоли дезинтеграции образуются при механическом измельчении, дроблении и разрушении твердых веществ (бурение, размол, взрыв пород и др.), при механической обработке изделий (очистка литья, полировка и др.).
Аэрозоли конденсации образуются при термических процессах возгонки твердых веществ (плавление, электросварка и др.) вследствие охлаждения и конденсации паров металлов и неметаллов, в частности полимерных материалов -пластмасс, в результате термической обработки которых образуются парогазоаэрозольные смеси, содержащие твердые, жидкие частицы, газы и пары сложного химического состава.
Классификация по дисперсности:
ультрамикроскопическая - менее 0,25 микрон;
микроскопическая - 0,25-10 микрон;
видимая пыль - более 10 микрон.
Ультрамикроскопическая пыль - наиболее опасный вид загрязнения для человека и животного мира в целом, т.к. она способна оседать в легких, создавая внутри альвеол подобие пленки, которая нарушает проницаемость альвеол для кислорода.
Результаты санитарного обследования территории
В результате санитарного обследования территории были определены породный состав древено-кустарниковой растительности, а так их категории состояний. В приложении А представлены результаты обследования древесных пород.
Всего было изучено 5480 деревьев (44 вида) и 5989 кустарников (30 видов). 53,5% процента исследуемых древесных пород (рисунок 3) было без признаков ослабления (листва или хвоя зеленые, нормальных размеров, крона густая, нормальной формы и развития, прирост текущего года нормальный для каждого отдельно взятого вида, возраста и условий произрастания дерева, повреждения вредителями или болезнями единичны или отсутствуют). 29,8% исследуемых деревьев имели признаки ослабленной жизнедеятельности, что говорит о необходимости улучшения качества окружающей среды, а также создания
74,7% кустарниковых пород исследуемых объектов были без признаков ослабления (рисунок 4), 18, 1% - ослабленные. Такое высокое число экземпляров без признаков ослабления свидетельствует о грамотном подборе видового состава, а также своевременном уходе за зелеными насаждениями.
Деревья разного видового состава имели различное процентное соотношение категорий Исследование санитарного состояния березы повислой (Betula pendula Roth) показало, что 47% изученных экземпляров без признаков ослабления, 40% -ослабленныее, 9%- сильно ослабленные.
Исследование санитарного состояния вяза гладкого показало, что 39% изученных экземпляров без признаков ослабления, 40% -ослабленныее, 19%-сильно ослабленные.
Исследование санитарного состояния вяза шершавого показало, что 79% изученных экземпляров без признаков ослабления, 21% -ослабленныее, 0%-сильно ослабленные.
Исследование санитарного состояния липы мелколистной показало, что 65% изученных экземпляров без признаков ослабления, 23% -ослабленныее, 10%-сильно ослабленные.
Исследование санитарного состояния клена остролистного, что 56% изученных экземпляров без признаков ослабления, 33% - ослабленныее, 19%-сильно ослабленные.
Разработка технологии создания зеленых крыш в условиях севера России
На данном этапе производится анализ имеющейся кровли, пригодность кровли для создания на ней зеленой крыши. Рассматривается документация здания (допустимая нагрузка здания, материалы кровли), выясняются размеры планируемой эксплуатируемой кровли, продуваемость крыши ветрами, а также проводится инсоляционный анализ (если его нет в документации здания) (Машинский В.Л, 2000, Машинский В.Л, 2001).
Допустимая нагрузка здания должна составлять не менее 200кг на 1кв. м(с учетом средней снеговой нагрузки в 100 кг на 1кв. м). В таком случае возможно создание кровли экстенсивного типа. Для кровли интенсивного типа необходима допустимая нагрузка более 200 кг на 1кв. м. Знание слоев уже имеющегося кровельного пирога необходимо для уточнения слоев будущей зеленой крыши. Так, если уже имеется битумная крыша, то возможно без разбора конструкции проводить создание зеленой крыши.
Измерение уклона крыши необходимо для определения типа зеленой крыши, которой можно создать. При уклоне до 8 градусов возможно создание всех типов кровли.
Уклон крыши, близкий к 8 градусам, считается оптимальным уклоном зеленой крыши. При большем уклоне возможно создание только экстенсивной зеленой кровли с применением объемной георешетки.
Инсоляционный анализ, изучение продуваемости крыши, а также роза ветров позволяют грамотно подобрать ассортимент растений, который лучшим образом приживется на данной кровле.
На данном этапе определяется тип зеленой крыши (экстенсивный, полуинтенсивный, интенсивный). Создается проект ландшафтного дизайна зеленой крыши в зависимости от ее типа, определяется основная структура зеленой крыши в соответствии с уже имеющейся кровлей.
Определение типа зеленой крыши – это анализ данных, собранных на предпроектном этапе. Комплексный подход позволяет установить тот тип крыши, который возможно создать на конкретном здании.
Строение зеленой крыши экстенсивного типа практически не отличается от строения зеленой крыши интенсивного типа. При возведении сада на крыши с крупномерными деревьями, возможно использовать дополнительную гидроизоляцию и барьерный слой (геотекстиль) для создания усиленной защиты от прорастания корней. Различия в строении между типами крыш заключается в толщине слоя грунта.
Мониторинг поведения строительных материалов созданной конструкции зеленой крыши в различных погодных условиях
Созданная конструкция зеленой крыши, представленная экстенсивным типом, располагается на крыше с уклоном в 8 градусов.. Мониторинг строительных материалов созданной конструкции зеленой крыши проводился в течение 1 года в различных погодных условиях. Основная водная нагрузка на зеленую крышу приходилась на 2 месяца исследуемого периода (октябрь, март) – период проливных дождей и период снеготаяния.
Главным критерием мониторинга являлась способность зеленой крыши не пропускать влагу в помещение, находящееся под ней. За правильный отвод влаги с зеленой крыши отвечает дренажная мембрана. Функцию водозащиты выполняет гидроизоляция. Отсутствие протечек в помещение под крышей, отсутствие застоя воды на зеленой крыше можно говорить о правильной работе строительных материалов и их целостности.
При визуальном обследовании конструкции зеленой крыши и лабораторного помещения экспериментального здания под ней во время проливных дождей, а также в период снеготаяния, протечек обнаружено не было. Вода хорошо отводится с конструкции зеленой крыши. Нарушение целостности конструкции зеленой крыши не обнаружено.
Износ - свойство материала сопротивляться одновременному воздействию истирания и ударов. Износ материала зависит от его структуры, состава, твердости, прочности, истираемости. Различают физический износ и моральный износ.
Физический износ - это потеря конструктивными элементами первоначальных физико-технических свойств. Моральный износ - снижение стоимости здания, обусловленное научно-техническим прогрессом и удешевлением строительства; потеря зданием технологического соответствия его назначению.
Физический износ бывает нормальным, или естественным, повышенным, или аварийным. Последний является следствием конструктивных дефектов здания, нарушения правил эксплуатации, несоблюдения межремонтных сроков, низкого качества ремонта и др
На практике необходимо учитывать оба вида износа - физический и моральный.
На данный момент не разработана методика определения износа материалов зеленой крыши. В соответствии с методикой определения износа здания, износ можно определить визуальным способом (обнаружение протечек, деформаций материала). В лабораторных условиях при исследовании износа строительных материалов проводят разбор конструкции, и далее изучают на предмет целостности каждый материал отдельно.
Для детального изучения физического износа строительных материалов выполнить разбор конструкции зеленой крыши не представляется возможным, т.к. зеленая крыша еще функционирует. Изучение физического износа данной конструкции возможно только методом обнаружения нарушения целостности крыши (протечек, деформаций).
При изучении крыши за исследуемый период протечек и внешних деформаций материалов обнаружено не было, физический износ конструкции минимален.
Строительство зеленых крыш – относительно новое направление строительства, возраст изучаемой крыши 1 год, конструкция не устарела и не потеряла своих функций. Моральный износ конструкции и строительных материалов не обнаружен.
При визуальном обследовании физический износ строительных материалов минимален. Моральный износ строительных материалов не обнаружен.
Мониторинг поведения субстрата, слоя зеленых растений созданной конструкции в различных погодных условиях, изучение приживаемости и выносливости растений, степени промерзания субстрата
Мониторинг поведения субстрата созданной конструкции в различных погодных условиях и изучение степени его промерзания