CC BY
67
УДК 577.4+339
ОЦЕНКА ПРОНИКНОВЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ОТ АВТОТРАНСПОРТА С ПРИТОЧНЫМ ВОЗДУХОМ В ПОМЕЩЕНИЯ
С .З. Полищук, д. т. н., проф., И .Л. Ветвицкий, к. т. н., доц., А. И. Кораблёва, к. б. н., доц., В.
Ю. Каспийцева, А. А. Клименко, магистр
Постановка проблемы. Человек всегда стремится к прогрессу. И забывает, что гениальные изобретения могут пагубно сказываться на здоровье. Так, например, Днепропетровск, крупный промышленный город, утонул в смоге и дыме собственных предприятий, не говоря про интенсивное движение транспортных средств и высокую концентрацию вредных выбросов вблизи главных автомагистралей.
В состав выхлопных газов автомобилей входит СО (оксид углерода), СО2 (углекислый газ), SО2 (сернистый газ), NО2 (оксид азота), бензапирен, свинец. Все они, при попадании в организм, вызывают различные заболевания. Эти вредные вещества могут проникнуть в него несколькими путями: через верхние дыхательные пути, кожные и слизистые покровы, а также со слюной через органы пищеварения. Наиболее опасным считается проникновение через верхние дыхательные пути, так как в этом случае всасывание токсинов происходит довольно интенсивно, и вредные примеси через легкие попадают сразу в кровь. Поэтому выхлопные газы можно назвать наиболее опасным фактором, влияющим на здоровье человека, так как они выбрасываются в приземный слой и, поднимаясь вверх, проходят зону дыхания. Некоторые загрязнители практически не выводятся из организма на протяжении всей жизни. К таким опасным веществам относится бензапирен. При его концентрации, равной в среднем 0,1 мкг/м3 воздуха, общее содержание в организме человека за 70 лет жизни при попадании с вдыхаемым воздухом достигает 16 мг и может вызвать онкологические заболевания. Оксид углерода, соединяясь с гемоглобином крови, приводит к кислородному голоданию, также он вызывает головную боль, головокружение, быструю утомляемость, снижение работоспособности, раздражительность, сонливость, болезни сердца. Сернистый газ, в зависимости от концентрации, приводит к острому бронхиту, расстройству сознания и другим болезням. Свинец вызывает болезни печени, почек, глаз, поражает ЦНС. Из-за воздействия оксидов азота проявляются такие болезни: воспаление верхних дыхательных путей, разрушение зубной эмали, сердечная недостаточность [1; 2].
В первую очередь воздействию этих вредных веществ подвергнуты жители нижних этажей зданий, расположенных вдоль автодорог, так как практически везде в жилых помещениях используется только естественная вентиляция для подачи и удаления воздуха, который при поступлении в помещение не очищается от вредных веществ.
Исследованию проникновения вредных примесей, содержащихся в атмосферном воздухе, внутрь зданий через неплотности ограждающих конструкций посвящены работы [1; 3 - 7].
В [3] уже приводятся данные о том, что при содержании СО в наружном воздухе, он присутствует и внутри помещений. Из-за этого влияние вредных выбросов автомобилей
испытывают жители районов с повышенным содержанием оксидов углерода в атмосфере. Отсюда можно сделать вывод, что уровень загрязнения приточного воздуха в помещениях, расположенных вдоль крупных автомагистралей, возрастает при увеличении интенсивности автомобильного движения, уменьшении скорости ветра. Также это зависит от ширины проезжей части, крутизны подъема улицы, высоты и плотности застройки, качества покрытия автомобильной дороги. Большую роль играют перемещение воздуха под воздействием гравитационных сил и ветра, разности температур внутри и снаружи здания, архитектурно-планировочные особенности территории и другие факторы.
Цель и задачи исследований. Принимая во внимание всё вышеизложенное, была поставлена цель изучить влияние выхлопных газов автотранспорта на состояние приточного воздуха жилых помещений нижних этажей, расположенных с фасадной стороны зданий. Исследования проводились в правобережной части Днепропетровска.
Поставленная цель осуществлялась путём решения следующих задач:
• определение уровня загрязнения приземного воздуха оксидом углерода возле фасадов жилых зданий, расположенных вдоль автомагистралей;
• определение фактической и необходимой ширины санитарного расстояния между проезжей частью улицы и фасадом зданий;
• разработка мероприятий по снижению влияния автотранспорта на загрязнение воздушной среды внутри зданий.
Основная часть. Исследования проводились вблизи таких автомагистралей нашего города: пр. Гагарина, ул. Чкалова, ул. Артема, ул. Карла Либкнехта, ул. Титова, пр. Калинина, пр. Петровского. Расчеты проводились по суммарным концентрациям вредных примесей, таких как: оксид углерода, углекислый газ, сернистый газ, оксид азота, бензапирен и свинец. Наиболее загрязненным является воздух вблизи дороги на проспекте Петровского. Здесь суммарная концентрация вредных примесей от автотранспорта составляет 79,13 мг/м3.
На основании результатов проведённых исследований были сделаны выводы, что средняя загруженность автотранспортом характеризуется в основном как очень высокая, поэтому уровень загрязнения наружного воздуха, вредными газами и пылью, является очень опасным. Для того, чтобы этот загрязнённый воздух меньше влиял на здоровье жителей нижних этажей, ширина санитарного разрыва при существующей загруженности автомагистралей должна быть в несколько десятков раз большей. Но так как увеличить это расстояние невозможно, необходимо искать другие варианты решения проблемы. Для этого необходимо знать, какое количество вредных веществ поступает с приточным воздухом в существующие жилые здания, и найти инженерные решения, при которых загрязнители будут поступать только в предельно допустимой концентрации.
Нами была рассмотрена система естественной организованной вентиляции (аэрации). При расчёте были приняты следующие модельные условия. Исследуемое помещение рассматривалось, как совершенно непроницаемое для воздуха, за исключением двух отверстий, вверху и внизу, на противоположных стенах. Через нижнее отверстие осуществлялся приток воздуха, через верхнее - его удаление. При этом наружная температура воздуха была меньше температуры внутри помещения [8]. По разработанному алгоритму было определено количество поступающих вредных примесей внутрь помещения вместе с приточным воздухом через вентиляционные отверстия, при определенной их площади.
Эта концентрация составила: на пр. Гагарина - 11600 мг/час; на ул. Чкалова - 9690 мг/час; на ул. Артема - 9478 мг/час; на ул. Карла Либкнехта - 11541 мг/час; на ул. Титова - 8008 мг/час; на пр. Калинина - 10130 мг/час; на пр. Петровского - 11996 мг/час, в то время как суммарная предельно допустимая концентрация вредных примесей составляет 529,73 мг/час. Из этого было определено, во сколько раз фактическая концентрация превышает допустимую: на пр. Гагарина приблизительно в 22 раза; на ул. Чкалова - в 18 раз; на ул. Артема - в 18 раз; на ул. Карла Либкнехта - в 22 раза; на ул. Титова - в 15 раз; на пр. Калинина - в 19 раз; на пр. Петровского в - 23 раза.
Дальнейшие расчеты показали, что для поступления внутрь помещения предельно допустимой концентрации вредных веществ площадь вентиляционных отверстий должна быть небольшого размера, по этой причине естественная организованная вентиляция может оказаться в большинстве случаев малоэффективной. Поэтому предлагается совмещение естественной и механической вентиляции, при котором количество вредных веществ в приточном воздухе будет отвечать нормативным показателям. Для существующих зданий, находящихся в этих условиях, желательно применять фильтры или современные герметичные окна с воздушными клапанами, которые позволяют очищать приточный воздух и проветривать помещения при закрытом окне. Также можно предложить оптимальные места для забора воздуха и время проветривания, когда концентрация вредных веществ в воздухе наиболее низкая.
Этот вопрос актуален не только в городе, но и по области в тех регионах, где производится строительство автодорог. Есть проекты, в которых предусматриваются все возможные мероприятия для снижения концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе. Например, проект строительства автомобильной дороги Днепропетровск-Царичанка-Кобеляки-Решетиловка [9].
В атмосферный воздух будут выбрасываться выхлопные газы от двигателей внутреннего сгорания, а также пыль неорганическая.
Т а б л и ц а 1
Значения фоновых концентраций
Наименование загрязняющего вещества Фоновая концентрация
мг/м3 доли ПДК
Азота диоксид 0,12 1,41
Сажа 0,102 0,68
Ангидрид сернистый 0,087 0,17
Пыль неорганическая ^Ю2 20 - 70 %) 0,18 0,6
Углеводороды 0,4 0,4
Углерода оксид 7,0 1,4
Существующее состояние атмосферы в районе строительства этой автомобильной дороги от села Лобойковка до границы Днепропетровской области обуславливается выбросами существующих предприятий, расположенных в прилегающих к проектируемой автодороге населенных пунктах, а также транзитного автотранспорта.
Значения фоновых концентраций загрязняющих веществ в атмосфере в районе ведения работ по строительству представлены в таблице 1.
Для уменьшения количества выбросов загрязняющих веществ от автомобильного транспорта эту дорогу сделали четырёхполосной, что позволяет машинам двигаться с оптимальной скоростью 60 километров в час, не прибегая к частым торможениям и последующим ускорениям, при которых резко увеличивается выброс загрязняющих веществ в окружающую среду. С целью снижения уровня шума от двигающегося автотранспорта по автодороге в процессе эксплуатации проектом предусмотрено устройство верхнего слоя дорожного покрытия из мелкозернистой асфальтобетонной смеси, изготовленной на модифицированных битумах. Также предусмотрено устройство зеленой зоны между дорогой и селитебной зоной.
Согласно проектным данным, в период эксплуатации автодороги по ней будет ежесуточно двигаться 10825 автомобилей с преобладанием легкового автотранспорта.
Также загрязнение атмосферы будет происходить непосредственно во время строительства автодороги, ввиду использования большого количества разнообразной тяжелой техники, особенно в местах пересыпки строительно-дорожных материалов, перевалочных работ на временных хранилищах пылящих материалов и во время транспортировки стройматериалов автотранспортом.
Источниками загрязнения атмосферы являются также двигатели внутреннего сгорания работающей строительной автотранспортной техники.
Выполнение строительных работ проектом предусмотрено в течение 12 месяцев. Поэтому воздействие на окружающую природную среду строительной техники будет происходить только в это время.
Воздействие автодороги на воздушный бассейн во время эксплуатации проектом определено с учетом интенсивности движения всех видов транспорта, приведенных к легковому автомобилю.
Принимая расход бензина одного автомобиля, приведенного к легковому автомобилю, равным 15 литров на 100 км, расход топлива 10825 автомобилями на проектируемом участке дороги 1,9 км составит 3085,125 л.
В процессе сгорания в двигателе внутреннего сгорания 1 кг бензина в атмосферный воздух с выхлопными газами выбрасывается:
■ оксида углерода - 0,2 кг;
■ диоксида углерода - 0,465 кг;
■ диоксида азота - 0,0153 кг;
■ ангидрида сернистого - 0,00186 кг;
■ углеводородов - 0,00093 кг;
■ сажи - 0,001 кг.
Следовательно, в процессе сгорания 2230,5 кг бензина в атмосферный воздух в пределах проектируемого участка автодороги будет ежесуточно выбрасываться:
■ оксида углерода - 446,1 кг;
■ диоксида углерода - 1037,2 кг;
■ диоксида азота - 34,127 кг;
■ ангидрида сернистого - 4,1487 кг;
■ углеводородов - 2,074 кг;
■ сажи - 2,23 кг.
При движении автотранспортного потока с равномерной оптимальной скоростью 60 км/час двигатели внутреннего сгорания работают в наиболее экономном режиме, при котором происходит минимальный выброс токсических веществ в атмосферный воздух.
Общий валовой выброс загрязняющих веществ в атмосферный воздух в результате выполнения строительных работ составит 1227,76 т/год, в т. ч. пыли 29,88 т/год.
На проектируемом участке этой дороги от транзитного автотранспорта ежесуточно в атмосферный воздух будут выбрасываться загрязняющие вещества, качественная характеристика которых представлена в таблице 2.
Т а б л и ц а 2
Характеристика загрязняющих веществ
Предельно допустимая концентрация, мг/м3
Наименование Класс
загрязняющего вещества максимально разовая в жилой зоне в рабочей зоне опасности
Азота диоксид 0,085 2,0 2
Углерода оксид 5,0 20,0 4
Сажа 0,15 2,0 3
Углеводороды 1,0 300,0 4
Ангидрид сернистый 0,5 10,0 3
Пыль неорганическая, содержащая SiO2 20-70 % 0,3 2,0 3
Проектом предусмотрено строительство автодороги в объезд существующих населенных пунктов, поэтому влияние транзитного автотранспорта на загрязнение приземного слоя атмосферы в селитебной зоне будет сведено к минимальному.
Несмотря на такую высокую интенсивность движения транспортного потока, все перечисленные выше принятые меры позволили свести к минимуму расчетные приземные концентрации вредных примесей.
В этом проекте дороги был произведен расчет, который показал, что максимально возможная концентрация загрязняющих веществ в приземном слое не превышает ПДК. Анализ расчетов рассеивания показал, что максимальные приземные концентрации загрязняющих веществ в расчетной пикетной точке придорожного пространства, расположенной на нормали к оси автодороги на расстоянии 50 м, составят от 0,031 ПДКмр. (сажа) до 0,738 ПДКмр. (азота диоксид). Результат расчета рассеивания этих веществ в атмосферном воздухе приведен в таблице 3.
Т а б л и ц а 3
Максимальные приземные концентрации загрязняющих веществ
Наименование загрязняющего вещества Фоновая концентрация, доли ПДК Максимальная приземная концентрация, доли ПДК
на оси дороги на пикетной точке придорожного пространства (50 м)
Азота диоксид 1,41 3,083 0,738
Углерода оксид 1,4 0,808 0,193
Углеводороды 0,4 1,310 0,314
Сажа 0,68 0,131 0,031
Ангидрид 0,17 1,616 0,387
Сернистый
С учетом фонового загрязнения максимальные приземные концентрации загрязняющих веществ превысят нормативы только по диоксиду азота, что обусловлено высоким фоновым загрязнением данного вещества по Днепропетровской области, так как это крупный промышленный регион с большой интенсивностью транспортных потоков.
Таким образом, учитывая правильность размещения осевой линии земляного полотна строящейся автодороги по отношению к селитебной зоне, можно сделать вывод о допустимости реализации проектных решений на окружающую природную среду при условии обязательного выполнения природоохранных мероприятий.
Выводы. Из всего вышеизложенного можно сделать вывод, что проблема загрязнения приточного воздуха выхлопными газами автотранспорта может быть решена, но только при комплексном подходе, начиная от строительства зданий и автодорог и заканчивая реконструкцией систем вентиляции в уже существующих помещениях. Необходимо применять все возможные меры по очистке воздуха, поступающего в помещения, для сохранения жизни и здоровья людей, а также для их работоспособности. Нужно предусматривать такие системы вентиляции, которые будут соответствовать условиям эксплуатации здания и его расположению по отношению к крупным автомобильным магистралям.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА:
1. Качество воздушной среды помещений: изучение, формирование, контроль и прогноз/ И. Л. Ветвицкий, А. И. Кораблёва, В. О. Петренко, С. З. Полищук и др,- Днепропетровск : ЧМП "Экономика", 2009.-234 с.
2. Научно-практические аспекты охраны воздушной среды. Учеб. пособие./ А. И. Кораблёва, Л. Г. Чесанов, И. Л. Ветвицкий, С. З. Полищук и др. Днепропетровск : Монолит, 2008.-324 с.
3. Капранов С. В. Автотранспорт, воздух и здоровье. - Луганск, 1998. - 200 с.
4. Богословский В. Н. Строительная теплофизика (теоретические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха) : Учебник для вузов-М. : Высшая школа, 1970. -376 с.
5. Табунщиков Ю. А. Инженерное оборудование зданий и сооружений/ Табунщиков Ю. А., Голубничий Л. П., Ефимов Ю. Н. и др. //М. : Высшая школа. -1989. -238 с.
6. Уадди Р., Шефер П. Загрязнение воздуха в жилых и общественных зданиях (характеристика, прогнозирование, контроль).М. : Стройиздат, 1987. -289 с.
7. Автомобильный транспорт: пути снижения экологической опасности (обзор) // Конструктивна еколопя та бiзнес, 1999. -№ 1 - 1 (3-4). -С.30-46.
8. Кременчуцкий Н. Ф. Гигиенические требования, предъявляемые к внутренним микроклиматическим условиям помещений здания/ Кременчуцкий Н. Ф., Фоменко В. И., Лимина И. Б. // Вестник ПГАСА. -2004. - № 9. -С. 22-25.
9. Оценка воздействия на окружающую среду строительства автомобильной дороги Днепропетровск-Царичанка-Кобеляки-Решетиловка. Днепропетровск, 2008.-64 с.
УДК 577.4+339
Оценка проникновения вредных веществ от автотранспорта с приточным воздухом в помещение/ С. З. Полищук, И. Л. Ветвицкий, А. И. Кораблёва, В. Ю. Каспийцева, А. А. Клименко // Вкник Приднтровсько'Т державно!' академп будiвництва та архггектури. -Днтропетровськ: ПДАБА, 2009. - № 4. - С. 21 - 26. - табл. 3. - Бiблiогр.: ( 9 назв.).
Рассмотрена проблема загрязнения приточного воздуха выхлопными газами автотранспорта, которая может быть решена, но только при комплексном подходе, начиная от строительства зданий и автодорог и заканчивая реконструкцией систем вентиляции в уже существующих помещениях. Необходимо применять все возможные меры по очистке воздуха, поступающего в помещения, для сохранения жизни и здоровья людей, а также для их работоспособности. Нужно предусматривать такие системы вентиляции, которые будут соответствовать условиям эксплуатации здания и его расположению по отношению к крупным автомобильным магистралям.
