CC BY
73«Зеленые кровли» как решение ряда
^ V V
экологических проблем современной городской среды
Аксенов Иван Сергеевич,
магистрант, кафедра проектирования зданий и сооружений НИУ МГСУ, ivanak1995@mail.ru;
Сысоева Елена Владимировна,
к.т.н., доцент, кафедра Проектирования зданий и сооружений НИУ МГСУ, SysoevaEV@mgsu.ru
Городская среда является источником большой плотности населения с такими экологическими проблемами, как загрязнение воздуха, высокий риск инфекционных и хронических заболеваний, изменение климата и пр. Поэтому важной современной проблемой планирования проектирования и строительства в рамках селитебных территорий является разработка энергоэффективных и безопасных методов строительства для уменьшения последствий загрязнения воздуха - создание территорий для восстановления здоровья и увеличения продолжительности трудоспособного периода жизни человека.
Для борьбы с названными проблемами предложена методика исследования технологии «зеленой кровли», создан испытательный стенд для подтверждения теоретических исследований по энергоэффективности покрытий с естественным озеленением. Приведены результаты проведенного эксперимента. Энергоэффективность покрытия общественного здания проверена на трех образцах зеленой кровли с различием по составу и толщинам. Результаты сравнивались с теоретическими расчетами.
Ключевые слова: зеленая кровля, энергоэффективность здания, озеленение кровли, теплотехнические характеристики
м
5 5
а
5 ^
У Ы
а
Е
5
а
ей
6 Е Е
Введение
В настоящее время вопросы здоровья городской среды становятся экстренно важными. В 2008 г. городское население на планете впервые превысило сельское и продолжает расти [1]. По прогнозу ООН к 2050 г. оно увеличится почти вдвое [2, п.2]. По данным ВОЗ вклад качества биосферы, в которой живёт человек, в формирование его здоровья может быть оценен в диапазоне от 20 до 40% [3]. Город становится той формой существования человека, которая не только предоставляет комфорт и облегчает решение многих житейских проблем, но и существенным образом преобразует природную среду, приводя к нарушениям естественных процессов, что негативно отражается на главной ценности человечества - на здоровье ныне живущих и будущих поколений. Вследствие такого положения вопросам развития городов сегодня уделяется внимание на международном уровне. На конференции ООН по жилью и устойчивому городскому развитию (Хабитат III), которая проходила в октябре 2016 г. в г. Кито, Эквадор, была принята «Новая программа развития городов», устанавливающая главные проблемы и задачи в сфере урбанизации, а так же общие принципы их решения. В стратегии, утверждаемой данной программой, выделены следующие перспективные пути развития проектирования и строительства зданий в городской среде:
1. разработка энергоэффективных зданий и методов строительства [2, п.75];
2. содействие чистоте окружающей среды с учетом руководящих принципов в отношении качества воздуха [2, п.55];
3. повышение устойчивости городов к изменению климата [2, п.67];
Широкое применение в градостроительной практике технологии «зеленой кровли» может стать решением этого спектра задач.
1. Влияние «зеленой кровли» на энергоэффективность здания
Для большинства районов России наиболее значимым с точки зрения энергоэффективности является вопрос минимизации теплопотерь здания в холодное время года. По теплофизическим показателям самым уязвимым элементом здания является кровля. Потери тепла через нее могут
достигать 40% от их общего количества. В связи с этим уменьшение миграции тепла через кровлю может привести к значительному увеличению энергоэффективности здания в целом.
В лаборатории «Светопрозрачных конструкций» НИУ МГСУ был проведен эксперимент, целью которого стало определение фактического сопротивления теплопередаче 3-х образцов верхней части многослойной конструкции «зеленой кровли». В результате эксперимента было выяснено, насколько увеличится общее сопротивление теплопередаче традиционной кровли при ее озеленении, т.е. при добавлении к ней исследуемых в эксперименте кровельных слоев (Таблица 1).
Таблица 1.
№ | Слой б, м | ру, кг/м3 I р3, кг/м2
Образец 1
1 Субстрат 0.1 600 46.5
2 Флорасет 75 0.075 - 1.7
3 Защитный мат 0.005 - 0.65
4 Противокорневая пленка - - -
ВСЕГО 0.135 48.85
Образец 2
1 Субстрат 0.1 600 46.5
2 Флорасет 75 0.075 - 1
3 Флорасет 75 0.075 - 1
4 Защитный мат 0.005 - 0.65
5 Противокорневая пленка - - -
ВСЕГО 0.21 49.15
Образец 3
1 Субстрат 0.125 600 75
2 Системный фильтр - - -
3 Флорадрейн 40 0.04 - 2
4 Защитный мат 0.005 - 0.65
5 Противокорневая пленка - - -
ВСЕГО 0.17 77.65
Рисунок 1. Испытательный стенд Кв 3025/650
В результате эксперимента были решены следующие задачи:
1. Создание на противоположных поверхностях образца разницы температур. Для этого использовался испытательный стенд ^ 3025/650 (Рисунок 1), который представляет собой нишу, огораживаемую переставными перегородками для создания замкнутого объема. В левой части ниши находится решетка системы охлаждения, которая понижает температуру в замкнутом объеме до требуемого значения.
2. Организация потока тепла через образец таким образом, чтобы общее количество тепла, проходящее через его поперечное сечение (сечение, параллельное верхней и нижней граням образца) не зависело от местоположения самого сечения. Для этого были минимизированы потери тепла через боковые поверхности образцов путем их значительной теплоизоляции.
3. Измерение значений температуры на противоположных поверхностях образца, и фиксация (для получения более детальных данных) вертикального её распределения в толще образца. Для этого были использованы контактные термодатчики. Схема раскладки датчиков и их маркировка представлены на Рисунке 2.
4. Измерение величины стационарного теплового потока, проходящего через образец при помощи измерителя плотности теплового потока.
Образец 1
Образец 1
)
9 &СЗ&У* Ш
гы
г
и --Л" '—
¿¿¿го
- к 115 пз
_г?*_
Обризец 3
(¡оздух
0о3г?у:<
боэдр
Рисунок 2. Схема раскладки датчиков и их маркировка.
Эксперимент длился в течение 6-ти дней. Холодильная установка поддерживала над образцами температуру -20°С. В течение первых трех дней наблюдалось постепенное промерзание образцов. К 6-му дню работы системы охлаждения тепловой поток, проходящий через образцы, стал стационарным. В этот последний день был произведен ряд замеров величины теплового потока. На Рисунке 3 показано, как изменялась разница температур между верхней (холодной) и нижней (теплой) поверхностями образцов во время эксперимента.
до
35 ни д __
15 /< А ---А
20 ;■'/ ■ ■♦■ ■ Обрами 1
10 С-/ - -•- - Обрп1Рчд 2
\ / 4/ у —А-Обрачец 3
5 /
22.05.18 23.OS.lfi 24.05.18 0Я0 0:00 0Л0 2S.OS.ia 26.05.1S 0:00 0Л0 27.05.ia 28.05.1S 0:00 ОАО
Рисунок 3. Разница температур (°С) между верхней и нижней поверхностями образцов.
I I
б
£
I
т П Н
Полученные по данным исследования значения сопротивления теплопередаче образцов представлены на рисунке 4.
Образец 1 OOpjjclU ОЁДОЗСЧЗ
Рисунок 4. Сопротивление теплопередаче образцов,
(
)
У Ы tt Е
5
«
tt
6 Е Е
Эти результаты представляются значительными. К примеру, для общественных зданий города Москвы требуемое сопротивление теплопередаче покрытий имеет значение порядка 3,6
[4], сопротивление теплопередаче исследуемых образцов составляют от 26 до 77% этого значения. Эти результаты схожи с результатами других исследований подобного рода. Так, было выяснено, что для зимних условий города Ла-Рошель, Франция, использование интенсивной зеленой кровли помогает уменьшить миграцию тепла через покрытие на 39% [5]. Таким образом, видно, насколько озеленение кровли способствует ее дополнительной теплоизоляции, и следовательно - увеличению энергоэффективности здания.
2. Содействие чистоте окружающей среды.
Одним из основных факторов риска для здоровья, связанный с окружающей средой, является загрязнение воздуха. Чем оно выше, тем выше вероятность хронических заболеваний легких и сердечно-сосудистой системы как в краткосрочной, так и в длительной перспективе. Основную опасность для здоровья представляют мелкие твердые пылевые частицы, взвешенные в воздухе [61. По данным иностранных исследований, 2000 м2 неподстриженного газона могут абсорбировать 4000 кг твердых пылевых частиц [7]. Следовательно, кровля, покрытая растительностью, в значительной мере способствует очищению городской атмосферы, что может положительно сказаться на здоровье населения.
3. Устойчивость к изменению климата.
В жаркое время года поверхность «зеленой кровли» нагревается значительно меньше, чем поверхность традиционной кровли, и эта разница составляет порядка 30-40°С [8]. Благодаря этому широкое применение «зеленых кровель» в градостроительстве способно уменьшить эффект теплового острова и тем самым компенсировать среднегодовой прирост температуры в результате глобального потепления [9]. На при-
мере графства Большой Манчестер, Великобритания показано, что озеленение 10% крыш густо застроенных территорий поможет нивелировать эффект глобального потепления на этих территориях до 2080 года [10]. Это говорит о том, что технология «зеленой кровли» может стать эффективным инструментом адаптации города к изменению климата.
Выводы.
Применение технологии «зеленой кровли» позволит:
1. Улучшить энергоэффективность зданий. Экспериментально установлено, что озеленение покрытия общественного здания способно увеличить его теплоизоляционные качества на 2677%.
2. Снизить концентрацию взвешенных в воздухе твёрдых пылевых частиц, пагубно влияющих на здоровье населения.
3. Адаптировать города к условиям глобального потепления.
«Зеленые кровли» способны стать решением целого ряда задач, стоящих сегодня перед урбанистикой. Это стимулирует множество посвящён-ных им экспериментальных исследований. Результаты этих исследований помогут создать методологию оценки экологического проектирования зданий для формирования безопасной и развивающей человека городской среды.
Литература
1. Прядко И.П., Болтаевский А.А. У города в плену: противоречия в развитии урбанистической культуры // Биосферная совместимость: человек, регион, технологии. 2014. №1(5). С.65-74.
2. Новая программа развития городов [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://unhabitat.ru/assets/files/publication/Document s/NUA-Russian.pdf
3. Региональный доклад региона содружества независимых государств «Города СНГ: путь в устойчивое будущее» к конференции ООН по жилью и устойчивому развитию (Хабитат III) [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.unece.org/fileadmin/DAM/hlm/document s/Publications/Habitat_CIS_cities_new.ru.pdf
4. Свод правил: СП 50.13330.2012. Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003. М.: Минрегион России. 2012. -95 с.
5. Issa Jaffal, Salah-Eddine Ouldboukhitine, Rafik Belarbi. A comprehensive study of the impact of green roofs on building energy performance // Renewable Energy. 2012. №43. С. 157-164.
6. Качество атмосферного воздуха и здоровье. Информационная бюллетень [Электронный ресурс]: 2016. - Режим доступа: http://apps.who.int/mediacentre/factsheets/fs313/ru/ index.html
7. D. Bradley Rowe. Green roofs as a means of pollution abatement // Environmental Pollution. 2011. № 159. С. 2100-2110.
8. Далинчук В.С., Власенко Д.А., Старцев С.А. Проектирование зеленых кровель // Международный научный журнал «Инновационное развитие». 2017. №4(7). С. 12-18.
9. Yanling Li., Roger W., Babcock Jr. Green roofs against pollution and climate change. A review // Agronomy for Sustainable Development. 2014. №34. C. 695-705.
10. Gill S.E. Adapting Cities for Climate Change: The Role of the Green Infrastructure // Built Environment. Climate Change and Cities. 2007. №33. С. 115-133.
«Green roofs» as a solution of several ecological problems
of modern urban environment Aksenov I.S., Sysoeva E.V.
NIU MGSU
The urban environment is a source of great population density with such environmental problems as air pollution, high risk of infection and chronic diseases, climate changes, etc. That is why an important contemporary problem of design and construction within residential areas is development of energy-efficient and safe construction methods to reduce the effect of air pollution - the creation of areas to restore health and increase the duration of working period of human life. To solve these problems a method of research technology "green roofs" is requested, a test stand to confirm the theoretical studies on the energy efficiency of coatings with natural landscaping is created. The results of the experiment are presented. The energy efficiency of a public building coating is tested on three examples of green roofs with a difference in composition and thickness. The results were compared with theoretical calculations. Keywords: green roofs, energy efficiency of the building, greening of roofs, thermal characteristics
References
1. Pryadko I.P., Boltayevsky A.A. At the city in captivity: contradictions in development of urbanistic culture // Biosphere compatibility: human, region, technologies. 2014. №1(5). P. 65-74.
2. The new urban agenda. Available at: http://unhabitat.ru/assets/files/publication/Documents/NUA-Russian.pdf
3. Regional report of the Commonwealth of independent States
region "Cities of the CIS: the way to a sustainable future", the UN conference on housing and sustainable development (Habitat III). Available at:
http://www.unece.org/fileadmin/DAM/hlm/documents/Publica tions/Habitat_CIS_cities_new.ru.pdf
4. Set of rules 50.13330.2012. Thermal performance of the buildings. Moscow: Ministry of regional development of Russia. 2012. - 95 p.
5. Issa Jaffal, Salah-Eddine Ouldboukhitine, Rafik Belarbi. A comprehensive study of the impact of green roofs on building energy performance // Renewable Energy. 2012. №43. P. 157-164.
6. Air quality and health. Information Bulletin. 2016. Available at:
http://apps.who.int/mediacentre/factsheets/fs313/ru/index.ht ml
7. D. Bradley Rowe. Green roofs as a means of pollution abatement // Environmental Pollution. 2011. № 159. P. 2100-2110.
8. Dalinchuk V.S., Vlasenko D.A., Startsev S.A. Green roofs design // International scientific journal "Innovative development». 2017. №4(7). P. 12-18.
9. Yanling Li., Roger W., Babcock Jr. Green roofs against pollution and climate change. A review // Agronomy for Sustainable Development. 2014. №34. C. 695-705.
10. Gill S.E. Adapting Cities for Climate Change: The Role of the Green Infrastructure // Built Environment. Climate Change and Cities. 2007. №33. a 115-133.
I I
б R t* £
I
R m
i
