Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Сокольская Оксана Николаевна ФОРМИРОВАНИЕ ГОРОДСКИХ ЗАСТРОЕК С УЧЕТОМ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ АТМОСФЕРНОЙ СРЕДЫ В ЖАРКИХ МАЛОВЕТРЕНЫХ И ШТИЛЕВЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ (на примере гг. Душанбе и Бишкек)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Специальность 05.23.22 - Градостроительство, планировка сельских населенных пунктов Москва-2012
Работа выполнена в Таджикском техническом университете имени академика М.С.Осими (ТТУ)
Научный консультант:
доктор технических наук, профессор Гиясов Адхам
Официальные оппоненты:
Шукуров Ильхомжон Садриевич, доктор технических наук, ФГБОУ ВПО Московский государственный строительный университет профессор кафедры Городское строительство и экологическая безопасность Мягков Михаил Сергеевич, кандидат технических наук, Мягков Михаил Сергеевич, ФГБОУ ВПО Московский архитектурный институт (Государственная академия), профессор кафедры Архитектурная физика
Ведущая организация:
Открытое акционерное общество Российский институт градостроительства и инвестиционного развития.
Защита диссертации состоится 26 декабря 2012 года в 16.00 на заседании диссертационного совета Д212.138.09 при ФГБОУ ВПО Московский государственный строительный университет по адресу:
129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д.26, Открытая сеть образования в строительстве, ауд.9.
С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО Московский государственный строительный университет.
Автореферат разослан 23 ноября 2012 года.
Ученый секретарь диссертационного совета Ляпин Антон Валерьевич
Актуальность исследования. Отрицательными экологическими характеристиками атмосферной среды обладают города, которые в силу своих географических и орографических особенностей находятся в горнокотловинном пространстве. Увеличение глубины горной котловины ведет к снижению энергии поверхностного атмосферного ветра, происходит скопление пыли, газа и других природных и антропогенных выбросов, отрицательно влияющих на состояние атмосферной городской среды.
Экстремальные маловетреные и штилевые условия климата особенно негативно отражаются на экологическом состоянии атмосферного воздуха в летний период, способствуют возникновению инверсии или даже смога. Все это ведет к возрастанию роли тепло-ветрового режима в формировании естественного воздухообмена в пределах городского пространства.
В рассматриваемых городах Душанбе и Бишкек проблема экологического состояния приземного слоя атмосферы, стоит очень остро.
Анализ происходящего в последние годы развития городской застройки на сложном рельефе требует дальнейших исследований в области проектирования и строительства зданий и их комплексов, учитывающих особые экстремальные жаркие маловетреные и штилевые климатические условия.
Научные, практические и методические положения, раскрываемые в теории влияния тепло-ветровых процессов на экологическое состояние приземного слоя атмосферы, имеет ценность для Центральноазиатских и Закавказких республик СНГ, а также для стран широтного пояса от Китая до США, в которых характерны жаркие маловетреные и штилевые условия погоды, а также поселения со сложным рельефом.
Целью диссертационной работы является разработка методики регулирования экологического режима приземного слоя атмосферной среды застройки, в городах с жарким климатом, маловетреными и штилевыми условиями аэрации.
Задачи исследования:
Х Выявить роль природно-климатических жарких маловетреных и штилевых условий в формировании благоприятного градоэкологического состояния приземного слоя атмосферы;
Х Установить положительное влияние тепло-ветрового режима городов на атмосферный перенос, рассеивание и распространение негативных атмосферных примесей от высоких и низких антропогенных источников, с учетом взаимодействия динамического и конвективного ветра.
Х Разработать методические основы прогнозирования и регулирования тепло-ветровых процессов в горно-котловинном пространстве, среди застройки, в зоне пребывания и перемещения человека;
Х Разработка методики создания экологического паспорта города с учетом местных условий и введение его в практику градостроительства;
Х Разработать методику градоэкологического зонирования городов, в основу которого положен механизм тепло-ветрового режима;
Х Разработать практические рекомендаций по улучшению и регулированию экологической среды городской застройки и помещений путем использования градостроительных и архитектурно-планировочных средств.
Методы исследования:
Х анализ отечественного и зарубежного опыта проектирования и строительства городов, застроек и зданий в жарких климатических районах;
Х обобщение и систематизация статистических и метеорологических данных по состоянию атмосферной среды в городах Душанбе и Бишкек;
Х маршрутные натурные обследования экологической ситуации атмосферной среды городов;
Х использование тепловой модели застройки для оценки экологического загрязнения территории;
Х теоретический расчет взаимодействия ветра динамического и конвективного характера, установление скорости и направления рассеивания выбросов от источников загрязнения, а также при обтекании здания;
Х картографический метод градоэкологического зонирования на макро-, мезо- и микроуровне, с выявлением влияния тепло-ветровых процессов.
Достоверность полученных результатов.
Научные положения, содержащиеся в работе, обоснованы анализом результатов большого количества литературных источников в области градостроительной климатологии, градоэкологии, охраны окружающей среды, метеорологии и физики атмосферы, что обеспечивает точность и правомерность разработанной теории и методов, достоверность выводов и рекомендаций.
Научная новизна работы:
Рассмотрены экологические проблемы городов, расположенных в экстремальных жарко-штилевых и маловетреных климатических условиях;
В новом аспекте решена задача улучшения градоэкологической ситуации атмосферной среды путем целенаправленного использования тепло-ветровых процессов в городской застройке, активизирующей конвективные потоки, способствующие удалению негативных примесей в верхние слои атмосферы, рассеиванию, а также развитию аэрационного режима в приземном слое атмосферы.
Разработана теоретическая модель улучшения атмосферных характеристик зон экологических нарушений в городской застройке и горнокотловинном пространстве, при помощи активизации конвективных потоков, путем эффективного использования энергии солнца.
Предложена методика улучшения экологических факторов на территории придомового пространства, и улучшения санитарногигиенических характеристик помещений, путем создания естественной аэрации в условиях маловетрия и штиля.
Разработана методика градоэкологического зонирования на макро-, мезо- и микроэкологическом уровнях.
Разработаны градостроительные и архитектурно-планировочные методы улучшения экологического состояния атмосферы городов с жарким маловетреным и штилевым условием климата.
Практическая ценность работы:
Выявлено влияние местных факторов на экологическое состояние приземного слоя атмосферы городов.
Найден принципиально новый способ улучшения экологического состояния атмосферы приземного слоя, целенаправленным использованием механизма регулирования тепло-ветрового режима градостроительными и архитектурно-планировочными средствами.
Разработана методика совершенствования градостроительных и архитектурно-планировочных решений застройки.
ичный вклад соискателя. Исследования, изложенные в диссертационной работе, выполнены автором, либо при его непосредственном участии.
Результаты работы внедрены.
На втором этапе корректировки генерального плана города Душанбе, при составлении разделов Природные условия и Охрана окружающей среды, выполняемых ОАО Гипрогор г. Москвы, в соответствии с контрактом от 05.09.2009 №01/2009, заключенным с Местным исполнителем органом государственной власти (Хукуматом г. Душанбе).
В соответствии с приказом КТ1/1702 от 24.02.11, методические рекомендации внедряются при совершенствовании планировочных структур застройки, объемно-планировочных и архитектурно-конструктивных решений зданий в Главном управлении архитектуры и градостроительства г.
Бишкек Государственном агентстве архитектуры и строительства при правительстве Кыргызской Республики.
На защиту выносится:
Х результаты теоретических исследований по улучшению градоэкологических характеристик атмосферной среды с учетом регулирования тепло-ветрового режима;
Х методические указания по составлению и введению в практику градостроительства экологического паспорта города с учетом местных условий;
Х методические основы градоэкологического зонирования на макро-, мезо- и микроуровне;
Х оценка распространения негативных атмосферных примесей от различных источников выбросов при взаимодействии вертикальных и горизонтальных ветровых потоков;
Х методика улучшения градоэкологических характеристик атмосферы приземного слоя планировочными и архитектурно-строительными средствами.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на различных международных и республиканских научно-практических конференциях в период с 2008-2011год.
Публикации. Основные положения и результаты диссертационного исследования представлены в 18 статьях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 139 наименований и приложения. Общий объем диссертации составляет 227 стр., в том числе 1стр. машинописного текста, 57 стр. приложения, всего в диссертационной работе 96 рисунков, 16 таблиц.
Содержание работы Во введении обоснована актуальность работы, дан обзор литературы по теме диссертации, излагаются цель и задачи диссертационной работы, научная новизна, практическая ценность полученных результатов.
В первой главе проводится градоэкологический анализ городов Душанбе и Бишкек, расположенных в горно-котловинных пространствах, обладающих жаркими маловетреными и штилевыми признаками погоды.
Также дается физиологическая оценка состояния человека в подобных условиях.
Ведущим природно-климатическим фактором, влияющим на градоэкологическое состояние, следует выделить аэрационную составляющую климата во взаимодействии с орографией деятельной поверхности. Для обоих городов на высоте до 50 м характерно преобладание склоновых и горно-долинных ветров, на высоте свыше 50 м - широтная циркуляция.
Расположение города Душанбе в замкнутой котловине способствует преобладанию малых скоростей ветра. В среднем за год повторяемость ветра со скоростью до 1 м/с составляет 63%, причем в июле - сентябре эта повторяемость до 70-73%. Преобладание слабых ветров в Душанбе ведет к большой повторяемости периодов застоя воздуха в приземном слое. В среднем за год в Душанбе отмечается 90 дней с застоем воздуха, когда в течение суток скорость ветра не превышает 1 м/с.
В Бишкеке из-за расположения города в полузамкнутой котловине ситуация сравнительно лучше, пятую часть всего времени в году занимают штили. Повторяемость штилей в течение года составляет 15-27%, чаще всего 30-40% штили наблюдаются в утренние часы. В среднем за год преобладание малых скоростей ветра - до 1,9 м/с, около 50% ветры менее м/с.
Помимо этого рассматриваемые города, отличаются интенсивностью солнечной радиации в сочетании с высокими летними температурами (до +45С), низкой влажностью (до 25%), большой вероятностью солнечного сияния, часто приводящей к перегреву территории городской застройки.
Анализ годового хода загрязнения атмосферы в обоих исследуемых городах показал, что повышенный уровень загрязнения наблюдается в летне-осенний период, когда чаще отмечаются приземные инверсии в утренние часы и ветры со скоростью 0-1м/с. В обоих городах в годовом и суточном ходе, во все сезоны, повторяемость приземных инверсий имеет максимум в ночные и утренние часы летом, в Душанбе 96-99%, в Бишкеке 80-97%.
В современных условиях, как в Душанбе, так и в Бишкеке, наибольшую долю в загрязненность воздушного бассейна вносят выбросы автотранспорта (до 60-65% в общем объёме вредных выбросов в атмосферу).
Производственные и коммунальные объекты выбрасывают в атмосферу до 30% загрязняющих веществ. Если в Бишкеке, аэропорт Манас вынесен за пределы города, то выбросы от авиатранспорта в Душанбе достигают 6%.
Дополнительный вклад в загрязнение воздуха вносит сжигание топлива бытовым сектором, мелким частным предпринимательством, несанкционированное сжигание бытовых отходов и опавшей листвы.
Повышенная загрязненность атмосферы в городах Душанбе и Бишкек вызывает у горожан раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, возникает множество заболеваний нервной и сердечно-сосудистой системы. Гигиеническая характеристика состояния человека в условиях жаркого климата выявляет, что наиболее тяжелыми условиями является сочетание жары с безветрием.
По результатам рассмотрения состояния вопроса можно отметить следующее:
Своеобразное географическое положение городов Душанбе и Бишкек, расположение их в горно-котловинном пространстве обуславливают экстремальные природно-климатические условия, которые усугубляются человеческой деятельностью.
Существующие схемы строительно-климатического районирования относятся в основном к равнинным территориям. Это значит, что создание благоприятных экологических атмосферных условий решается в основном за счет существующих ветровых режимов, что не подходит для городов расположенных в жарких маловетреных и штилевых климатических условиях.
Основными факторами, ухудшающими экологическое состояние приземного слоя воздуха, в городах Душанбе и Бишкек, расположенных в горно-котловинных пространствах являются:
маловетреные и штилевые климатические условия способствуют скоплению в горно-котловинном пространстве негативных примесей;
перегрев городской атмосферы и повышенное воздействие солнечной радиации на тепловое состояние человека, в летний период;
антропогенное загрязнение (основные источники загрязнения, городской остров тепла, аэродинамические зоны экологических нарушений).
Выявлены факторы, влияющие на распределение концентрации загрязнений на территории города, в атмосфере рельефного пространства:
природно-климатические условия и антропогенные характеристики.
Города, являясь зонами экологического неблагополучия, представляют существенную угрозу для здоровья горожан. В рассматриваемых городах, расположенных в экологически неблагоприятных жарких маловетреных и штилевых климатических условиях, существует угроза для жизни, при неправильном формировании городской среды.
Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям влияния тепловетрового режима на формирование градоэкологических характеристик атмосферной среды в условиях горно-котловинного пространства, в придомовом и междомовом пространстве городской застройки, возможности развития естественной аэрации в помещениях, а также, на распространение негативных примесей от передвижных и стационарных источников антропогенных примесей с учетом динамического и конвективного ветра.
В условиях штиля при инсоляции возникают конвективные потоки, более теплый воздух устремляется вверх. В Душанбе максимальная высота слоя перемешивания, это высота на которую вертикальные воздушные движения способны поднимать атмосферные негативные примеси, составляет в июне, июле - 2,8 км, а в августе и сентябре - 2,7км. Скорость конвективного потока, находясь в оси струи, зависит от интенсивности нагрева поверхности (максимальная скорость до 8м/с зарегистрирована на высоте 200м над котловиной в г.Душанбе). Место теплого воздуха занимает находящийся рядом более холодный воздух; начинается горизонтальное перемещение воздуха в приземном слое атмосферы, возникает местный ветер, порывы которого иногда достигают большой силы (до 4...5 м/с).
Движение воздуха, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях вызывает рассеяние и упорядоченный перенос примеси на территории города (рис 1).
В горно-котловинном пространстве возможны инверсионная или конвективная схема проветривания. Иногда имеют место сразу оба типа проветривания вместе.
Здание и городская застройка, как и сложный рельеф, в набегающем ветровом потоке образуют атмосферные экологические нарушения, играющие огромную роль в формировании благоприятных факторов экологии городской среды.
Наибольшую опасность с точки зрения градоэкологии и загрязнения приземного слоя представляет наветренная и заветренная циркуляционные зоны зданий, способствующие скоплению в них негативных антропогенных веществ и являющиеся местами повышенного риска в экологии городской среды.
Установлено, что при обтекании одиночного здания, также как и в атмосфере междомового пространства, концентрация примеси увеличивается с обеих сторон от здания в 4 раза.
Зона теплового напора характеризуется слиянием двух потоков ветра динамического характера и конвективных потоков. При рассмотрении слияния динамического ветра и конвективного потока в зоне теплового напора отмечается следующее. Динамический поток воздуха при обтекании здания наталкивается на него и образуется кривая нулевых скоростей, которая отделяет циркуляционную зону. В различных точках этой кривой Uк=5м/с 2 Uк=4м/с Uср= Uв+Uк Uк=3м/с Uв Uк=2м/с Uк=1м/с Uк Uср UB UВ(м/с) 3 4 1 Рис. 1. Схема взаимодействия динамического ветра и конвективного потока от автодороги граница обтекания здания ан без учета инсоляции динамическим ветром без учета конвекции Uв Uн UB Uср2 Uк Uн + Uв Нзд бн при инсоляции граница обтекания здания Uн Uк sin динамическим ветром кровли здания Uв Lзд с учетом конвекции 2 Uср2 Uк+ Uн н 2Uк Uн sin Uв UсрUв sin = cos (90 н ) cos = Uк Uн Uср UB граница обтекания здания динамическим ветром Рис. 2. Схема взаимодействия динамического ветра и конвективного потока при обтекании здания СРU (м/с) при обтекании, образуется новая векторная величина имеющая свое направление и которую необходимо учитывать при обтекании здания. При нагреве, хотя бы одной поверхности здания, контаминанты с меньшей весовой массой, за счет действия конвективных потоков и зоны теплового напора не оседают в циркуляционной зоне, а наоборот выталкиваются из нее (рис.2).
Установлено, что на размеры наветренной и заветренной циркуляционной зоны положительно влияет наличие инсолируемой придомовой территории в этих частях здания. Эти условия способствуют полному удалению наветренной циркуляционной зоны, и уменьшению и удалению на расстояние, равное длине облучаемой придомовой территории заветренной циркуляционной зоны.
Установлено, что для создания благоприятных микроэкологических характеристик в помещениях, в основу архитектурно-планировочного, объемно-планировочного и конструктивного решения зданий, следует положить тепло-ветровой режим, который при правильном использовании будет способствовать экологически благоприятной естественной аэрации и снижению температуры в помещениях.
В результате масштабного изучения влияния тепло-ветрового режима на градоэкологическое состояние атмосферной среды в маловетреных и штилевых условиях установлено:
Увеличение глубины горной котловины ведет к снижению энергии поверхностного атмосферного ветра и возрастанию роли тепло-ветрового режима при формировании естественного воздухообмена в пределах котловинного пространства.
Для решения градоэкологических проблем атмосферной среды, в условиях жары и штиля, в основу архитектурно-планировочного решения городской застройки, следует положить механизм тепло-ветрового режима, который формируется под воздействием радиационного режима и является причиной активизации конвективных потоков и аэрации в приземном слое атмосферы.
Для улучшения градоэкологических параметров атмосферной среды при проектировании основных загрязняющих воздух объектов в маловетреных и штилевых условиях необходим учет удаления негативных контаминантов при помощи целенаправленного развития конвективных потоков.
Сложность объемно-планировочной структуры современных застроек с наличием крупномасштабной шероховатостью, ведет к созданию экологически дискомфортных зон.
Для улучшения экологических характеристик атмосферы в придомовом пространстве и внутри помещений составлена теоретическая модель направления распространения контаминантов, при взаимодействии динамического ветра и конвективных потоков при обтекании здания.
Наблюдаемые мощные конвективные восходящие и нисходящие потоки вдоль фасадов, способны при умелом их использовании проветривать в условиях штиля целые квартиры, дворы, тем самым способствовать улучшению экологических характеристик, удалению негативных примесей из помещений и прилегающей территории.
Третья глава посвящена разработке методических основ улучшения экологических параметров атмосферной среды городов, с жаркими маловетреными и штилевыми климатическими условиями, введению в практику градостроительства экологического паспорта города и градоэкологического зонирования.
Введение в практику градостроительства экологического паспорта города, с учетом местных условий, позволяет комплексно учесть все факторы имеющие влияние на экологическое состояние городской среды и сформулировать конкретные требования к организации рациональной системы планировки и застройки, озеленения и благоустройства городской территории на разных стадиях проектирования.
С целью создания благоприятных экологических характеристик атмосферной среды в основу градостроительной практики, следует положить градоэкологическое зонирование городской территории с учетом прилегающих территорий, основанное на регулировании и развитии тепловетрового режима градостроительными и архитектурно-планировочными средствами.
В основу градоэкологического зонирования положено территориальное деление региона существующей и планируемой городской застройки по природно-климатическим параметрам, учету характера и масштаба влияния антропогенной деятельности на окружающую среду, оценке деятельной поверхности застройки с экологической точки зрения по плотности, степени шероховатости, экспозиции зданий, благоустройства, обводнения и озеленения с позиций инсоляционных, температурных, термических и ветровых условий.
С целью оценки экологической ситуации территории застройки городов Душанбе и Бишкек, было произведено градоэкологическое зонирование территории на макро-, мезо- и микроэкологическом уровне.
При градоэкологическом макрозонировании рассматривались как городские, так и прилегающие к городу территории в летний период, по сумме природно-климатических и антропогенных факторов путем выявления наиболее благоприятных зон для размещения городских застроек, разделив их на комфортные, относительно комфортные, дискомфортные и максимально дискомфортные типы среды. Доминирующим фактором при этом является длительность комфортного периода пребывания человека на территории застройки и в жилище (рис. 3).
При градоэкологическом зонировании на мезоуровне рассмотрено существующее взаиморасположение крупных городских объектов, промышленных предприятий и промышленных зон, негативно влияющих на экологическое состояние атмосферы городской среды, с учетом индивидуальных особенностей горно-котловинного пространства.
Город Душанбе Город Бишкек С С Ю Ю 3 Рис. 3. Схемы градоэкологического макрозонирования 1нкомфортная зона, 2нотносительно комфортная зона, 3ндискомфортная зона, 4нмаксимально дискомфортная зона, 5нгородской остров тепла Город Душанбе Город Бишкек С С Ю Ю р. Кафирниган Рис. 4. Схемы градоэкологического мезозонирования (утро) 1нзона достаточного ветрового режима 2н4м/с, 2нзона недостаточного ветрового режима 0,5н1,5м/с, 3н зона штиля, 4н промышленные зоны и основные источники загрязнения, 5н зона распространения контаминантов от источников р. Варзоб р. Варзоб Варзобское ущелье хребет Малый Чуйский Гиссарский канал канал Чуйский Большой Аламедин р.
АланАрча р.
Кафирниган р.
Варзобское ущелье хребет Малый Чуйский Гиссарский канал канал Чуйский Большой р.
Аламедин АланАрча р.
На основе анализа схем градоэкологического мезозонирования городов Душанбе и Бишкек отмечается, что особенно негативная ситуация складывается в утренний период, когда большая часть города и территории промышленных зон оказываются в зоне штиля (рис. 4).
При градоэкологическом зонировании на микроуровне для улучшения экологического состояния атмосферного пространства деятельную поверхность городской застройки следует представить как совокупность большого числа соседствующих очагов с разными температурными и термическими условиями, что приводит к возникновению весьма сложных движений воздушных масс локального характера.
Проведенное исследование позволяет сделать следующие выводы:
Современное состояние нормативно-методической базы характеризуется сложной структурой и отсутствием единой системы в градоэкологическом строительстве в маловетреных и штилевых городах, отличающихся сложной рельефной ситуацией.
Внедрение экологического паспорта в практику градостроительного проектирования позволяет комплексно отразить и оценить факторы воздействия природно-климатического и антропогенного характера, на экологию городской среды и дает возможность сформулировать конкретные требования к организации рациональной системы планировки и застройки, озеленения и благоустройства городской территории.
Для улучшения экологических характеристик атмосферной среды в городах, отличающихся жарко-штилевыми признаками погоды и сложным рельефом, в основу градостроительной практики, следует положить градоэкологическое зонирование городской территории с учетом тепловетрового режима.
Представленная методика градоэкологического зонирования позволяет прогнозировать градоэкологические условия атмосферной среды, путем регулирования тепло-ветрового режима, дает возможность целенаправленно планировать градостроительные и архитектурно-планировочные структуры на всех стадиях проектирования.
В четвертой главе представлены разработанные методические указания по формированию планировки, застройки городов, жилых комплексов и жилища, с учетом основ регулирования и прогнозирования тепло-ветрового режима, отвечающего эколого-гигиеническим требованиям и способствующего улучшению экологии приземного слоя атмосферы городской среды при целенаправленном применении ниже приведенных методов и средств.
Градоэкологические предпосылки к типологической структуре застройки для городов с маловетреными и штилевыми условиями и сложной орографической ситуацией, следует рассматривать для четырех типов ландшафта: дно горно-котловинного пространства, территория поймы рек, предгорно-долинная зона и склоновые территории (рис. 5).
схема территориальной организации градостроительных образований с радиальным расположением дорожнонтранспортных коммуникаций, ведущих к центральному тепловому пятну радиальная схема территориальной организации градостроительных образований с лучевым расположением промышленных и селитебных территорий радиальная планировочная система градостроительства, построенная с учетом склоновых и долинных ветров организация относительно плавного рельефа городской застройки, увеличением этажности зданий от окраин к центру города застройки первого этапа в каждом районе, следует предусматривать малоэтажными домами, последующих этапов всевозрастающей этажностью, сохраняя при этом преимущественную направленность торцов зданий к местному городскому ветру.
лучевая прямоугольная планировочная структура с трассировкой уличной сети под косым углом по направлению рельефа предусмотрение орографически обоснованных специальных магистралей и бульваров воздуховодов, способствующих проникновению благоприятных ночных бризов вглубь городской застройки при планировочнонпространственной композиции застройки на склонах с малым углом наклона, целесообразно нижнюю часть склона отводить под производственную складскую зону, с мощными конвективными потоками, среднюю н под обслуживание, а верхнюю н под жилую застройку и зону озеленения на склонах с большим углом наклона, основное склоновое тепловое пятно с мощными конвективными потоками следует развивать вдоль склона по горизонтали, а селитебные и промышленные зоны так, чтобы склоновые анабатические и катабатические ветры к каждым зонам были направлены перпендикулярно оптимальное размещение зданий и застройки эффективно использующие стоковые и долинные ветры террасная застройка и каскадные здания на склонах обтекаемой формы.
структура транспортной сети должна максимально продолжать длину прохода склоновых ветров открытая структура транспортной сети по направлению склона гор с расположением промышленных и селитебных зон вдоль горизонтали склона по нижней границе склоновой застройки расположить фронт точечных высотных или длиннокорпусных домов, поставленных торцами к ветру, связанных между собой по верхним этажам переходами, рассекающими воздушный поток и направляющими верхние более активные ветры в приземное воздушное пространство городской застройки.
строчная схема территориальной организации городских районов с трассировкой уличной сети под косым углом по направлению рельефа раскрытия планировочных структур застройки благоприятной экспозицией зданий в сторону направления долинного ветра взаиморасположение селитебной зоны, общественного центра, научнон производственных учреждений в наветренную и промышленную зону в заветренную сторону не размещать производства с вредными выбросами в пределах одной широтной полосы с крупными селитебными структурами поймы мелких рек, должны служить аэрационными коридорами и не застраиваться.
Рис. 5. Планировочная структура градоэкологической застройки с учетом рельефа пространства целенаправленное использование теплых пятен Дно горнонкотловинного в направлении господствующего ветра, способствующие отклонению фонового ветрового потока в сторону максимально загрязненного района или в сторону концентрации промышленных объектов.
Склоны горной котловины с учетом рельефа и прохладных пятен, различными рациональное взаиморасположение теплых архитектурнонпланировочными средствами Предгорнон долинная зона Планировочная структура градоэкологической застройки Пойма рек массы архитектурнонконструктивное решение застройки, и не препятствующие термическому проветриванию способствующие активизации конвективных потоков среды на территории города путем подтока воздушной Планировочная структура города должна обеспечивать формирование тепло-ветрового режима путем целенаправленного развития тепловых пятен с мощными конвективными потоками и организации взаимоувязанной сети городских магистралей, улиц, площадей озелененных пространств и открытых водных поверхностей в единую аэрационную систему.
На дне горно-котловинного пространства (северная и северо-западная часть городов Душанбе и Бишкек), рекомендуется территориальная организация искусственного развития центральной городской части теплового пятна, в самых низких частях горно-котловинного пространства, из сосредоточенных высотных зданий до управляемой системы городских бризов, учитывающей все типы существующих ветровых потоков и городских бризов, слагающихся в единый мощный конвективный поток с выносом негативных атмосферных примесей за пределы приземного слоя воздуха.
Территория поймы рек имеет общность и различия. Это наиболее комфортные градоэкологические территории.
В Душанбе, с точки зрения территориального потенциала, пойма р.Душанбинки не идет ни в какое сравнение с поймой р.Кафирниган (за счет которой и предлагается в значительной степени осуществить развитие города), но пойма р.Душанбинки, так же как и р.Ала-Арча и р.Аламедин в Бишкеке должны служить аэрационными коридорами и не застраиваться.
Предгорно-долинная или промежуточная зона, которая включает непосредственно подсклоновые территории, а также нижнюю часть склонов.
Это зона, как полного загрязнения, так и абсолютно комфортного ветрового режима. Большая часть южной и юго-восточной территории города Бишкек расположена в предгорно-долинной зоне Киргизского хребта с уклоном 0,7 - 3%. Территории такого типа, так же как и склоны следует рассматривать в аспекте полноценного использования и регулирования огромного потенциала катабатических и анабатических ветров.
Склоновая застройка, в городах со сложной орографической ситуацией является наиболее экологически благоприятной. Основным типологическим принципом являются открытая и полуоткрытая структура городской застройки обтекаемой формы, обеспечивающая непосредственную связь городских пространств с прилегающим благоприятным ландшафтом.
В Душанбе к склоновым территориям следует отнести северовосточные и северо-западные склоны Гиссарского хребта, а также южные отроги невысоких хребтов Бабатаг, Актау, Рангантау, Каратау, которые в силу дефицита равнинной местности в будущем, будут рассматриваться под городскую застройку.
Архитектурно-планировочные решения для основных источников антропогенных выбросов, к которым относятся промышленные объекты и транспортная система, должны стимулировать образование конвективных потоков, поднимать и рассеивать негативные примеси в высоких слоях атмосферы (рис. 6).
Градоэкологические архитектурнонпланировочные решения для основных источников загрязнения Рекомендации для высоких Рекомендации для низких источников загрязнения источников загрязнения увеличение ширины магистралей и улиц, расположенных по направлению ветрового потока вокруг самого источника размещение различных размещение малоэтажной низкоплотной жилой застройки вдоль красных линий магистральных улиц активно нагреваемых поверхностей, различными объемнон здания располагать вдоль магистралей и улиц или под планировочными способами углом до 45 с целью сохранения движения местных городских вокруг теплового пятна рекомендуются зеленые ветров полосы из высококронных деревьев или горизонтальных максимально сокращать количество улиц и проездов, проходящих поперек рельефа навесов, покрытых вьющейся зеленью, расположенных по особо рекомендуется выносить вверх активно периметру теплового пятна.
нагреваемые поверхности, во всех местах скопления транспорта, стоянках, перекрестках, автовокзалах, крупных улицах и магистралях.
Рис. 6. Градоэкологические архитектурнонпланировочные решения для основных источников загрязнения выявление форм и конструкций зданий, обладающим аэродинамическим эффектом определение типа зданий максимально обтекаемой формы, расположенных торцом к набегающему потоку длиннокорпусные здания расположенные перпендикулярно направленному местному потоку ветра, с колонным пространственным первым и промежуточными этажами для активизации конвективных потоков, максимальное использование крыши зданий с организацией на них активно инсолируемых поверхностей предусмотрение со стороны облучаемого фасада экранов, активизирующих восходящие конвективные потоки в пристенном слое и в придомовой территории, способствующие проветриванию помещений решение объемной пластики фасадов н гладкие с минимальным расчленением по горизонтали фасада целесообразно использовать температурные контрасты параллельно расположенных инсолируемых и теневых фасадов зданий.
планировочное решение квартир, предусматривающих сквозное или вертикальное проветривание автостоянку проектировать закрытой со всех сторон и располагать на 1ном или в подвальном этаже, имеющим шахту вертикального проветривания, не имеющей связи с внутренними средами помещений решение зданий с шахтами вертикального проветривания в пределах планировочного элемента с использованием регулируемых покрытий над крышей, активизирующие условия проветривания квартир.
организация активно инсолируемых поверхностей в наветренной зоне придомового пространства способствует удалению наветренной циркуляционной зоны организация активно инсолируемых поверхностей в заветренной зоне придомового пространства способствует удалению заветренной циркуляционной зоны на длину, равную длине инсолируемой поверхности в местах повышенного экологического риска, следует располагать хозяйственно бытовые помещения с максимальной теплоактивностью ограждающих конструкций в заветренной циркуляционной зоне размещать высококронные плотные древесные насаждения, являющиеся экраном на пути распространения в помещения газа, пыли, шума и др. близлежащие автомобильные дороги, автостоянки, остановки, авторазвязки, следует ограждать шумопоглощающими экранами располагать подъездные дороги и автостоянки со стороны облучаемого фасада, с учетом траектории распространения автомобильных выбросов в целях экранирования пешеходных дорожек, не расположенных рядом с автомобильными дорогами, желательно применение навесов в направлении ветра, с наклонными пластинами не препятствующих вертикальному перемещению воздуха рационально использовать энергоактивные поверхности, площадки и их сочетание с системами обводнения и озеленения, создающие контрастные очаги микроклимата выводить активно нагреваемые поверхности за пределы зоны пребывания и перемещения человека (поднимая на высоту 3н4м), применяя навесы с жалюзийными покрытиями применять горизонтальные зеленые экраны из вьющихся растений на высоких опорах, расположенные вокруг теплового пятна.
Рис. 7. Методы совершенствования экосреды жилища Объемнон решения зданий планировочные экосреды жилища зданий решение Методы совершенствования Планировочное внутренней среды Благоустройство придомовой территории При разработке архитектурно-планировочной структуры застройки рекомендуется преимущественно компактно-открытая и полуоткрытая структура зданий и застройки обтекаемой формы:
точечная застройка создающая малые по площади наветренные и заветренные зоны загрязнения. Точечное здание, возвышающееся над рядом расположенной застройкой активизирует конвективные потоки;
енточная застройка способствующая обтекаемости и позволяющая регулировать тепло-ветровой режим;
строчная застройка имеющая хорошую аэродинамическую способность и оптимальную ориентацию;
террасная застройка является эффективной на склонах, использует склоновые анабатические и катабатические ветры.
По высотному решению и плотности рекомендуется:
плотная застройка города зданиями различной высоты;
при планировке группы разновысотных зданий, с наветренной стороны рекомендуется размещение более высокого точечного здания;
уплотнение группы параллельно расположенных зданий одинаковой высоты.
Методы совершенствования внутренней и внешней экосреды архитектурно-строительными решениями представлены на рис. 7.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. Проведенные исследования подтвердили, что в городах с жарким маловетреным и штилевым условием климата, складываются негативные градоэкологические характеристики атмосферной среды, которые усугубляются существующей застройкой, при планировании которой, не учитываются экстремальные условия аэрации.
2. Анализ комплексного воздействия природно-климатических и антропогенных факторов на экологическое состояние атмосферы приземного слоя в жарких маловетреных и штилевых условиях, определили проблему оздоровления и охраны воздушного пространства городов путем целенаправленного использования тепло-ветровых процессов, регулирования конвективных потоков и формирования аэрации в приземном слое атмосферы.
3. Выявлены градоэкологические проявления тепло-ветрового режима в условиях горно-котловинного пространства, в виде конвективной и инверсионной схемы проветривания, формирования лострова тепла, а также влияния склоновых и горно-долинных ветров.
4. Установлено положительное влияние тепло-ветрового режима на атмосферный перенос, рассеивание и распространение негативных атмосферных примесей, исходящих от основных высоких и низких антропогенных источников, путем введения методики прогнозирования в масштабах города, районов города, жилых дворов и на территории застройки в зоне пребывания и перемещения человека.
5. Составлена теоретическая модель направления распространения контаминантов при обтекании здания с учетом взаимодействия динамического ветра и конвективного потока.
6. Предложено введение в практику градостроительства экологического паспорта города, основанного на взаимосвязанных природно-климатических и антропогенных факторах, имеющих четкую структуру элементов, влияющих на экологическую обстановку города, представляющих полную экологическую картину городского образования.
7. Разработано градоэкологическое зонирование городов на макро-, мезо- и микроэкологическом уровне с учетом градоэкологических предпосылок и аспектов проектирования.
8. Разработаны методические основы проектирования городской застройки в жарких маловетреных и штилевых условиях с учетом сложной орографической ситуации и делением планировочной структуры застройки на дне горно-котловинного пространства, в пойме рек, в предгорно-долинной зоне горно-котловинного пространства, а также на склонах.
9. Экономическая эффективность от реализации предлагаемых решений по практическим способам приемам планировки, застройки и объемнопространственного решения зданий при условии проживания людей в городах с жарким маловетреным и штилевым климатом представляется в виде социально-оздоровительного эффекта, уменьшению загрязнения воздуха до допустимого уровня ПДК, что выражается в снижении основных болезней среди населения вдвое: уменьшению заболеваний сердечнососудистой системы (с 49% до 25%), из них уменьшению смертности от болезней кровообращения людей трудоспособного возраста с 19% до 10%;
снижению респираторных заболеваний вдвое (с 23-25% до 11-13% от всех заболеваний), уменьшению смертности от респираторных заболеваний (с 8% до 4%), из них уменьшению смертности молодых людей трудоспособного возраста от болезней органов дыхания с 17% до 9%; уменьшению смертности от злокачественных заболеваний (с 8% до 4%), из них уменьшению смертности с 40% до 20% людей трудоспособного возраста, а значит и уменьшении финансовых и трудовых затрат на медицинские нужды, а следовательно и повышение производительности труда на 10Е15%.
Список опубликованных работ по теме диссертации 1. Гиясов А., Сокольская О.Н. Экологические аспекты проектирования зданий и застройки, сб. стат., ТТУ им. академика М.С.Осими. Материалы III Международной научно-практической конференции Перспективы развития науки и образования в XXI веке. - Душанбе, 2008, -с. 89-91.
2. Гиясов А., Сокольская О.Н. Экологический паспорт как основа проектирования городов, сб. стат., ТТУ им. академика М.С.Осими, Материалы III Международной научно-практической конференции Перспективы развития науки и образования в XXI веке. - Душанбе, 2008, -с. 91-93.
3. Сокольская О.Н. Учет факторов экологической среды в градостроительстве, сб. стат., ТТУ им. академика М.С.Осими, Материалы III Международной научно-практической конференции Перспективы развития науки и образования в XXI веке. - Душанбе, 2008, -с. 98-100.
4. Гиясов А., Сокольская О.Н. Градостроительные предпосылки улучшения экологии атмосферного воздуха городов с жарко-штилевым климатом, сб. стат., ТТУ им. академика М.С.Осими, Научно-практическая конференция Строительное образование на современном этапе.
- Душанбе, 2009, -с. 11-16.
5. Сокольская О.Н. Архитектурно-планировочные средства для создания благоприятной экологической обстановки в городах с жаркоштилевыми климатическими условиями, сб. стат., ТТУ им. академика М.С.Осими, Строительство и Архитектура, Научно-практическая конференция Строительное образование на современном этапе.
- Душанбе, 2009, -с. 21-25.
6. Сокольская О.Н., Гиясов А., Проблемы экологии атмосферы городов в жарко-штилевых климатических условиях (на примере Душанбе), сб. стат., ТТУ им. академика М.С.Осими, Строительство и Архитектура, Научнопрактическая конференция Строительное образование на современном этапе. ЦДушанбе, 2009, -с. 25-30.
7. Гиясов А., Сокольская О.Н. Роль тепло-ветрового режима в улучшении микроклиматических и микроэкологических характеристик помещений в маловетреных и штилевых городах, сб. стат., ТТУ им.
академика М.С.Осими, Материалы республиканской научно-практической конференции Состояние и будущее энергетики Таджикистана. - Душанбе, 2009, -с. 97-100.
8. Сокольская О.Н Пути улучшения экологии атмосферной среды в городах с жарко-штилевыми климатическими условиями (на примере Душанбе), сб. стат., ТТУ им. академика М.С.Осими. Строительство и Архитектура. Научно-практическая конференция Наука, техника и технология в современном строительстве. - Душанбе, 2010, -с. 183-186.
9. Гиясов А.Г, Сокольская О.Н Роль конвективных потоков в регулировании экологических факторов в городах с жарко-штилевыми климатическими условиями, сб. стат., ТТУ им. академика М.С.Осими, Строительство и Архитектура. Научно-практическая конференция Наука, техника и технология в современном строительстве. - Душанбе, 2010, -с. 9496.
10. Гиясов А., Сокольская О.Н., Роль градоэкологического зонирования при решении экологических проблем атмосферы городов в жарко-штилевых климатических условиях, сб. стат., ТТУ им. академика М.С.Осими, Строительство и Архитектура. Научно-практическая конференция Наука, техника и технология в современном строительстве. - Душанбе, 2010, -с. 88-91.
11. Гиясов А., Сокольская О.Н, Градоэкологическое зонирование городов расположенных в жарко-штилевых климатических условиях, сб.
стат., ТТУ им. академика М.С.Осими. Международной V научнопрактической конференции Перспективы развития науки и образования.
ЦДушанбе, 2010, -с. 86-88.
12. Сокольская О.Н. Градоэкологическое зонирование городов с жарко-штилевыми климатическими условиями (на примере города Душанбе), Жилищное строительство, №7. - Москва, 2010, -с.25-28.
13. Гиясов А., Сокольская О.Н Роль тепло-ветрового режима в регулировании экологической среды жилища в городах с жарким маловетреным и штилевым условием климата, Научнопроизводственный журнал, Жилищное строительство, №9.
- Москва, 2010, -с. 24-26.
14. Сокольская О.Н, Гиясов А., Пути совершенствования планировки, застройки и жилых комплексов южных городов с учетом экологогигиенических требований, сб. стат., ТТУ им. академика М.С. Осими, Республиканской научно-практической конференции, Наука и строительное образование на современном этапе. - Душанбе, 2011, -с. 399-403.
15. Гиясов А., Сокольская О.Н, Экология атмосферы города Душанбе и пути ее улучшения градостроительными и архитектурно-планировочными средствами, сб. стат., АН РТ, Стимулирование потенциала общества, науки и неправительственных организаций к сохранению биоразнообразия и охраны окружающей среды. - Душанбе, 2011, -с. 52-54.
16. Сокольская О.Н., Экологические аспекты проектирования зданий и застройки южных городов, сб. стат. Вестник ТТУ 2(14), Душанбе - 2011, -с. 65-68.
17. Гиясов А., Сокольская О.Н, Экологические характеристики здания при взаимодействии динамического и конвективного ветра, сб. стат., ТТУ им.
академика М.С.Осими, материалы V-й международной научно-практической конференции Перспективы применения инновационных технологий и усовершенствования технического образования в высших учебных заведениях стран СНГ, Душанбе-2010, -с. 382-384.
18. Гиясов А., Сокольская О.Н, Экологические характеристики атмосферы городов в условиях горной котловины, сб. стат., ТТУ им.
академика М.С.Осими, материалы V-й международной научно-практической конференции Перспективы применения инновационных технологий и усовершенствования технического образования в высших учебных заведениях стран СНГ, Душанбе-2011, -с. 384-387.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям