ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОЕКТОВ ЭНЕРГОАКТИВНЫХ ЗДАНИЙ
А. И. Мелуа
Актуальные задачи и цели экологического анализа проектов энергоактивных зданий
Энергообеспечение зданий — одна из прикладных инженерных задач в строительстве. В настоящее время для ее решения начинают привлекаться данные естественно-научных исследований, направленных на изучение и прогнозирование экологической обстановки в пространственных масштабах, более широких, чем отдельное здание и даже крупный город. Это объясняется двумя
причинами. Во-первых, конечностью энергетических ресурсов. При проектировании необходимо решить вопросы не только конструктивной и объемно-планировочной организации среды обитания, но и определить путь (источник) получения энергии для функционирования здания. Во-вторых, рост энергопотребления человечеством сопровождается усилением антропогенного влияния на окружающую среду, которое приводит в ряде случаев к негативным изменениям в окружающей среде.
Для науки нашего времени характерна дифференциация научных направлений и повышение специализации ученых. Уход от энциклопедизма средневековья был вызван необходимостью углубленной проработки отдельных научных направлений и интенсивным процессом ветвления науки. Эти явления усилились после Промышленной революции XVIII в. и возникновения технических наук как зародыша будущего самостоятельного научного направления. Постепенно сложилось убеждение, что объект исследований технических наук относится к области практической деятельности человека. А раз так, то проблемы биосферы и экологии оказались, естественно, за рамками этих наук. Казалось, в этом не было большой ошибки, так как человек оказывал лишь незначительное влияние на биосферу. Можно сказать, что в го время в биосфере имелись очаги антропогенной деятельности.
В дальнейшем соотношение сил между естественной средой биосферы и антропогенной средой сферы результатов человеческой преобразующей деятельности (техносферы) быстро выровнялось. Человеческий разум превратился в «мощную геологическую силу», результативность которой стала соизмерима с естественными силами природы. На повестку дня встала проблема управления антропогенной деятельностью во имя сохранения на Земле наиболее благоприятных условий для существования и развития настоящего и будущего поколений людей. Антропогенная деятельность приобрела глобальные масштабы. Сложилась техносфера — результат повсеместного преобразования человеком естественной среды. Техносфера начала вступать во взаимоотношения с биосферой. Анализируя эти взаймоотношения, специалисты заметили, что далеко не всегда результат их труда положительно воспринимается биосферой. Следовательно, для того, чтобы обеспечить сохранение благоприятных для жизнедеятельности условий, необходимо понять устройство и процессы развития биосферы, сделать техносферу «коммуникабельной» по отношению к биосфере. Это явилось предпосылкой экологизации технических наук и науки в целом.
Таким образом, в настоящее время, с одной стороны, существует сложившаяся в течение многих десятков тысячелетий естественная система — биосфера, а с другой — появилась в последние века искусственная (антропогенная) система — техносфера. Глобальность организации техносферы предъявляет особые требования к проектам ее дальнейшего развития. Если реализуемые в техносфере проекты носят повсеместный характер, то они требуют системного экологического подхода.
Биосфера Земли — это единство живого и неживого (косного) вещества. Природопреобразующая роль человеческого труда проявилась в зарождении и расширении техносферы как составной части всего косного вещества планеты. Если живые системы безостановочно (эволюционно) развиваются, то технические представляют собой подчиненные в своей динамике человеку структуры, созданные человеческим разумом для удовлетворения насущных потребностей человечества. Соотношение естественного и антропогенного — это соотношение биосферы и техносферы, природы и общества.
Накопленные к началу XX в. данные о развитии биосферы были положены в основу учения о биосфере, разработанного академиком В. И. Вернадским. В нем биосфера представлена как саморегулирующаяся система.
Рис. 10.1. Уровни организации окружающей среды а — названия уровней организации неживого вещества; б — примеры объектов, принадлежащих различным уровням организации неживого вещества; в — названия уровней организации живого вещества; г — примеры объектов, принадлежащих различным уровням организации живого вещества
Саморегуляция биосферы — это результат способности живого вещества создавать и использовать в процессе переработки различные вещества, обеспечивая воспроизводство живого вещества. Развитие биосферы сопровождается процессами миграции и преобразования вещества и энергии в грандиозном планетарном круговороте — биогеохимических циклах важнейших элементов и соединений.
Организованность биосферы и техносферы может быть представлена различными моделями. Для данной работы наиболее представительны иерархические схемы (рис. 10.1). Основной принцип иерархической организации техносферы — экологический. Техносфера размещается в «экологических нишах», заполняя биосферу антропогенными структурами и результатами антропогенной деятельности. Постепенно осваивая все новые и новые уровни организации, техносфера стала глобальной системой. Заполнение «экологических ниш» антропогенными структурами характеризует динамику развития техносферы (рис. 10.2). Развитие и функционирование техносферы оказывает воздействие на живое вещество планеты. Наблюдается противоречие между основным назначением техносферы (удовлетворять насущные потребности человечества) и сопутствующими ей негативными изменениями окружающей среды в результате технологических загрязнений природных сред и нарушений в природопользовании. Все знания и возможности человечества должны быть нацелены на сведение к минимуму противоречий «техносфера — биосфера».
В связи с этим перед экологами и специалистами народного хозяйства ставятся задачи изучения закономерностей развития биосферы и разработки экологически обоснованных направлений (принципов) создания техносферы Она не должна изменять условия окружающей среды таким образом, чтобы они угнетали жизнедеятельность. Для этого необходимо обеспечить органическую связь между фундаментальными исследованиями биосферы, ведущимися на академическом и межведомственном уровнях, и прикладными работами, осуществляемыми отдельными министерствами и ведомствами.
Строительство — наиболее активная отрасль народного хозяйства, формирующая техносферу. Расселение является главным процессом, характеризующим расширение и усложнение техносферы. Поэтому основной экологический принцип формирования техносферы переносится на область строительства.
Экологические требования к энергетическим системам зданий
Энергетическая система здания представляет собой специфическую инженерную систему, создание и функционирование которой направлено на обеспечение заданных режимов эксплуатации объектов. Энергетическая система, как известно, может быть использована для отопления и охлаждения здания, а также для энергоснабжения размещенных в здании приборов и установок. Условия и цели строительства объекта формируют систему требований к энергетической системе здания (рис. 10.3). Экологические требования реализуются как непосредственно при создании энергетической системы, так и опосредованно при создании условий ее эксплуатации.
Проблема энергообеспечения зданий может быть рассмотрена либо исключительно в рамках объема одного здания или их концентрированной на территории группы, либо как часть энергетической, экологической или социальной программы. Второй путь представляется более продуктивным. При этом следует подчеркнуть, что экологическую проработку проблемы энергообеспечения зданий нужно выполнять не для каждого отдельного проекта, а для отрасли, охватывая в территориальном масштабе регион, природную зону или другую выделенную территорию.
Экологические последствия применения в зданиях тех или иных энергетических систем необходимо рассматривать с учетом комплекса явлений, наблюдающихся при получении, передаче и использовании в здании энергии. Эти явления прежде всего определяются типом энергетической системы (рис. 10.4). Совокупность экологических принципов инженерного проектирования и экологических требований к инженерным системам составляет основное содержание экологизации проектирования. Основная цель этого процесса — охрана природы.
Актуализация природоохранной тематики вызвала появление новых научных направлений и новых дисциплин. Одной из них является экология города (некоторые авторы используют неправильный термин «градостроительная экология»; экология — единая и неделимая наука, но имеющая различные аспекты рассмотрения в зависимости от предметной области исследований). Выделение города как самостоятельного объекта в окружающей среде экология использует для исследования наиболее важного звена техносферы. Экология города — это научное направление, изучающее закономерности взаимодействия размещенного в городе общества и окружающей среды.
Рис. 10.2. Динамика развития техносферы (динамика заполнения «экологических ниш» ант ропогенными структурами) Черным цветом показаны уровни, освоенные в глобальном масштабе в ходе развития антропогенной дея тельности
Рис. 10.3. Требования к энергетическим системам зданий
Рис. 10.4. Классификация энергетических систем зданий
Появление этого нового научного направления связано с экологизацией науки. Экология города находится на стыке фундаментальных исследований биосферы и прикладных природоохранных работ, проводимых в локальных условиях отдельного населенного пункта. В широком смысле экология города включает изучение отношений живых организмов между собой в городе, особенности образования ими сообществ, развитие и взаимодействие сообществ живых организмов, роль природных условий в развитии живого в городе, связи между живыми сообществами и окружающей средой в городе и последствия воздействия на окружающую среду антропогенной деятельности.
Рис.10.5. Последовательность решения природоохранных задач на различных масштабных уровнях проектирования
Экология города является научной основой рационального природопользования и охраны живых организмов в городе. Поэтому одним из результатов экологических исследований является система требований к антропогенным системам, удовлетворение которым должно способствовать развитию жизнедеятельности. При проектировании экологические требования реализуются на различных стадиях проектных работ в виде разделов охраны окружающей среды (рис. 10.5). Однако отсутствие системных экологических исследований города снижает уровень природоохранных разделов проектных работ, делает их всего лишь статистическим материалом, отражающим динамику промышленных выбросов, но не содержащим научно обоснованных предложений по рационализации природопользования и аргументации проектных решений.
Город как антропогенная система включает в себя элементы, номенклатура и связи которых сформировались в процессе многовекового опыта градостроительства. Наряду с ними существуют элементы природной среды.
Рис. 10.6. Природоохранные условия и требования к результатам проектирования в зависимости от масштаба работ и тематической направленности природопользования
Природное и антропогенное в совокупности характеризуют городскую среду, имеющую определенные типологические качества и индивидуальные показатели, присущие каждому конкретному городу с учетом природно-климатической зоны.
Для природных процессов района, где размещен город, характерны определенные закономерности развития. Ведущаяся в городе антропогенная деятельность влияет на ход этих процессов. Задачами научных исследований являются выявление специфики и закономерностей природных процессов, а также направлений и возможных объемов воздействия антропогенных факторов на природные процессы, оценка ожидаемых изменений в динамике природных процессов под воздействием антропогенных факторов и разработка принципов (ограничений) антропогенной деятельности.
Опыт природоохранных исследований показывает, что построение системы экологических требований к объектам территориально-планировочных работ, а также собственно к проектированию происходит по иерархической схеме, отражающей различные масштабные уровни проектирования. Этот принцип заложен в разрабатываемые в настоящее время территориальные комплексные схемы охраны природы. Иерархическая схема экологических требований, имея на первом наиболее генерализованном уровне общегосударственные системы расселения, на детальных уровнях содержит требования к отдельным объектам и зданиям. Системное рассмотрение требований позволяет учесть не только индивидуальные характеристики того или иного объекта, но и его место в городской среде, в природной ситуации в целом.
Система построения экологических требований к объектам техносферы показана на рис. 10.6, а классификация зданий по потреблению энергии на рис. 10.7.
Рис. 10.7. Классификация зданий по потреблению энергии
Рис. 10.8. Структура производства энергетических ресурсов в СССР (в % общего объема) в 1985 г.
а — нефть; б — газ, в — уголь, г — прочие; д — АЭС, е — ГЭС
Рис. 10.9. Классификация способов и условий энергообеспечения зданий с использованием традиционных энергетических источников
