Лекции для студентов

Курс лекций “Проблемы развития градостроительства и архитектуры Москвы”

Экоустойчивость и энергосбережение города

Москва — один из крупнейших мегаполисов мира с территорией более 1,0 тыс. кв. км и населением около 15,0 млн. человек. Это еще и огромный промышленный центр, где расположено более 70 промзон и около 5000 предприятий. Такой гигантский промышленный город оказывает сильнейшее техногенное и антропогенное воздействие на окружающую природную среду и именно с этим связаны многие проблемы экологии Москвы и экоустойчивости ее городской среды, которые схожи с такими же актуальными проблемами многих крупнейших городов мира.

Экология (экологическая устойчивость) в сверхурбанизированных крупных городах обусловлена сложнейшим взаимозависимым комплексом географических, геофизических и природных условий, градостроительных, инженерных, социально-экономических и других проблем, а также методами и способами их решения. Она определяется состоянием окружающей природной среды и вероятностью чрезвычайных экологических ситуаций. При этом состояние окружающей природы очень тесно связано с уровнем техногенного и антропогенного воздействия на нее процессов урбанизации городской среды и способностью природной среды к «самовосстановлению».

Последствия сегодняшних действий по жизнеобеспечению нашего города уже не кажутся несущественными. То, что представлялось и представляется экономически и социально значимым и целесообразным, в будущем (да уже сейчас!) приводит к очень негативным экономическим и социальным последствиям. Нельзя нарушать закон эволюционно-экологической необратимости: экосистема, потерявшая часть своих элементов, уже не может сама вернуться в первоначальное состояние. Особенно негативно воздействуют на среду обитания в Москве следующие факторы:

- загрязнение атмосферы и воздушного бассейна из-за резко возросших объемов выхлопов автотранспорта (более 70%), а также выбросов промышленных предприятий (около 20%), повлиявшее на здоровье жителей (ПДК), гибель древесной зелени;

- изменение геологической среды в виде образования многочисленных карстово-суффозионных провалов (2% территории Москвы), оползней и подтоплений участков и территорий (около 60% территории Москвы гидрогеологически опасны);

- загрязнение почвы промышленными (в 1,5-2,0 раза выше нормы) и хозяйственно-бытовыми отходами (около 15,0 млн. тонн ежегодно), приведшее к уничтожению естественного почвенного покрова на большей части городской территории;

- загрязнение (химическое и тепловое) поверхностных, грунтовых и подземных вод и водоемов из инженерных коммуникаций и тепловых сетей, водопровода, стоков канализации (до 30-40%), приведшее к заражению грунта и водоносных горизонтов;

- снижение процессов естественного проветривания и объемов поступления свежего воздуха из-за активной застройки окраин и лесопаркового защитного пояса;

- увеличение количества и размеров зон шумового дискомфорта от внешних, (транспортных) источников с превышением на 30-40 децибелл действующих нормативов.

По мнению некоторых ученых-экологов земная цивилизация уже перешла рубеж сбалансированного потребления продуктов природной среды и восстановления природой понесенных утрат за счет собственных сил. Теперь, без эффективной, активной и быстрой помощи человеческой цивилизации, природа не сможет восстановить свои ресурсы. К примеру, каждый житель США ежегодно использует для нужд своей комфортабельной жизни ресурсные продукты с 9,0 га земли в среднем, а каждый житель Германии или России ежегодно использует подобные ресурсы с 4,5 га земли.

Несмотря на экологический кризис городов и отсутствие, прежде всего, соответствующего природоохранного мировоззрения властей, общества, его лидеров и граждан, во всем мире уже идет постепенное создание концепции экогорода и решений экоустойчивой, «зеленой» архитектуры. В основе этих схожих понятий лежит: конкретная защита окружающей нас природной среды; бережное использование природных ресурсов; создание дружественной к людям среды обитания; уменьшение энергопотребления и стоимости эксплуатации зданий; создание гарантий долговременной социальной и экономической выгоды. В США экоархитектура — часть государственного экологического подхода в строительстве, стоящего на основе достижения независимости государства от нефти к 2020 году за счет использования альтернативной энергетики.

Новый подход к современному градостроительному и архитектурному проектированию и строительству, в том числе в России и Москве, включает в себя совокупность прикладных знаний, правил, умений, технологий, которые должны опираться на определенную философию и мировоззрение — бережное отношение к человеку как к части природы и бережное отношение социума к самой природе. Целью является разработка не только экологического подхода, сфокусированного на энергетике и технических, инженерных решениях, но и разработка всеобъемлющего, эволюционно-целостного подхода к достижению устойчивого развития искусственной среды обитания, привязанной к природному окружению, а также высокого качества жизни для всех. Это подразумевает развитие в профессиональной среде не только чувства общей ответственности за сохранение окружающей среды, но также и активное содействие продвижению эффективных градостроительных и архитектурных решений для создания экоустойчивой городской среды и архитектуры, включая разработку соответствующей нормативно-правовой и регулятивной базы, реформирование правил, стандартов и практики поведения всех заинтересованных сторон в этом важном деле.

Внедрение к 2025 году указанных критериев экоустойчивой городской среды и архитектуры в московскую практику — необходимый путь для спасения нашего города от разрушительных процессов и последствий быстрого роста потребления и невосполнимой утраты энергетических и других природных ресурсов. Приоритетные и направления работы в этой области: сохранение и развитие природного комплекса как основы градостроительной политики города; охрана воздушного бассейна города за счет снижения вредных выбросов в атмосферу; охрана водного бассейна и очистка сточных вод от загрязняющих веществ; утилизация и переработка промышленных и бытовых отходов; восстановление лесопаркового защитного пояса; улучшение озеленения и благоустройства городской среды; снижение количества зон шумового дискомфорта.

Интенсивное энергопотребление человеческой цивилизацией топливно-энергетических ресурсов Земли ведет к их быстрому и масштабному расходованию и исчезновению в будущем. Ежегодно в мире только для целей горячего водоснабжения, отопления, и других низкотемпературных процессов расходуется около 4,0 млрд. тонн условного топлива. При этом с точки зрения специалистов топливо в данной области, как правило, используется малоэффективно. Так же обстоят дела и с эффективностью, экономией потребления топливно-энергетических ресурсов. При этом атмосфера, гидросфера и литосфера Земли загрязняются, изменяется среда, климат, и возврат к прежним природным условиям, в которых жили наши предки, становится невозможным.

Особенно остро эта общемировая проблема проявляет себя в городах-мегаполисах, в том числе и Москве — крупнейшем городе Европы. В процессе неэффективной пока работы множества городских энергетических объектов, расточительного сжигания различного топлива многими промышленными производствами и предприятиями (КПД лучших тепловых станций достигает 0,4; двигателей внутреннего сгорания — 0,4-0,5; электрогенераторов и трансформаторов 0,95– 0,98); нерациональной эксплуатации наружных сетей и внутренних коммуникаций (потери составляют от 25% до 40 % тепло и энергоносителей); неэкономного потребления и сохранения зданиями выработанной ТЭЦ энергии (в зданиях тепла усреднено уходит через стены — 31%, окна — 22%, вентиляцию — 21%, перекрытия подвала и верхнего этажа — 15%, другие конструкции — 11%) безвозвратно теряется огромное количество энергии.

Интенсивное и масштабное строительство в последние десятилетия в Москве множества жилых и различных общественных зданий и сооружений, а также определенная активизация промышленного производства вызвали небывалый рост тепловых и энергетических нагрузок на существующие тепловые и энергетические объекты и их сети, которые не всегда с ними справляются. Не дает ощутимых результатов и городская политика, направленная на повышение эффективности работы источников тепловой и электрической энергии, снижение потерь при их транспортировке и распределении, экономию и учет тепла, воды и электроэнергии потребителями, использование технических решений в проектах зданий и сооружений, в том числе внедрение нетрадиционных и альтернативных источников тепла и энергии. При этом тепловая и энергетическая мощность действующих централизованных источников тепла и электроэнергии (ТЭЦ, РТС) практически исчерпана, а резервные мощности новых и других источников тепловодоэнергоснабжения в городе весьма ограничены.

Интересен сегодняшний анализ и прогноз (до 2025 г.) структуры топливно-энергетического баланса Москвы, который определяется следующими соответствующими составляющими: природный газ (36% — 34%); нефть (17% — 15%); мазут (1% — 1%); уголь (1% — 1%); электроэнергия (9% — 11%); теплоэнергия (24% — 23%); прочие (12% — 15%). При этом потребление электроэнергии должно увеличиться за счет большей энерговооруженности труда и повышения комфортности проживания, а дефицит свободных мощностей на существующих (традиционных и централизованных) источниках энергии, перегруженность сетей и коммуникаций могут определить перспективный рост использования автономных и альтернативных источников энергии.

Поиск и создание современных ресурсосберегающих и энергосберегающих городских образований, энергоэкономичных и энергоэффективных зданий стали актуальными направлениями градостроительства и архитектуры конца XX и начала XXI вв. Цель этих направлений, прежде всего, заключается в создании ресурсосберегающей и экологически безопасной среды для большинства населения городов-мегаполисов. А задачи характеризуются разработкой концепций и предложений новых градостроительных, архитектурных и инженерно-технологических решений, отвечающих устойчивому развитию комфортной человеку искусственной среды и сохранению важных природных ресурсов. Вот главные из этих передовых новаций.

Ресурсосберегающим и энергосберегающим городским образованиям присуща плотная застройка с применением: оригинальных градостроительных и планировочных решений; широких корпусов зданий и сооружений с оригинальной планировкой и архитектурой; использованием возобновляемых источников энергии (энергии солнца, ветра, тепловой энергии земли и т.п.); экономией расходов тепла, электроэнергии, газа, воды, твердого и жидкого топлива, в том числе в наружных инженерных сетях и др.

В энергоэкономичных зданиях ликвидированы лишние траты энергии на отопление, горячее водоснабжение, вентиляцию, электроснабжение; улучшена теплоизоляция ограждающих конструкций, оконных и дверных проемов; есть оборотное водоснабжение (пока в промзданиях), рекуперация отработанного воздуха и т.п. Согласно имеющейся зарубежной практике потенциал экономичности таких зданий составляет 40-50%.

В энергоэффективных зданиях характерно повышение коэффициента полезного использования энергии во всех энергетических процессах, а также ликвидация лишних трат энергии. Экономический эффект достигается благодаря использованию возобновляемых источников энергии (солнечная радиация, энергия ветра, гидрогеотермальная энергия и т.п.) полностью или частично для горячего водоснабжения, отопления и электроснабжения здания. Солнечные аккумуляторы и коллекторы на крыше и стенах имеют КПД от 0,1 до 0,35 и покрывают в среднем до 40% годовой потребности в электричестве, а тепловые коллекторы для отопления имеют КПД от 0,45 до 0,6.

Градостроительные энергосберегающие мероприятия подразумевают: уплотнение застройки и максимальную блокировку зданий; организацию замкнутых дворов и внутриквартальных участков; ликвидацию продуваемых пространств с сохранением воздухообмена; ликвидацию потерь тепла в наружных сетях, коммуникациях и др.

Энергоэффективные архитектурные, конструктивные и инженерные решения зданий включают: применение широких корпусов; минимизацию отношения площади ограждающих конструкций к общей площади здания; обеспечение площади оконных проемов от площади наружных стен не более 18-20%; теплотехническую однородность наружных ограждающих конструкций с минимумом теплопроводных включений; применение энергоэффективных заполнителей оконных и дверных проемов; повышение энергетической эффективности систем, оборудования и приборов отопления, горячего водоснабжения, вентиляции, электроснабжения и освещения; установку приборов учета, регулирования и экономного потребления тепла, воды, электроэнергии и др.