«Биопозитивность зданий и сооружений и архофитомелиорация»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ.

ФГОУ СПО АНАПСКИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ТЕХНИКУМ.

Научно-исследовательская работа

На тему:

«Биопозитивность зданий и сооружений и архофитомелиорация»

Выполнил:

Студент 2-го курса 22гр.

Отделения «СиЭЗиС»

Слепынин Анатолий

Научный руководитель:

Лаушкина Е.В.

Город-курорт Анапа

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Теоретическая часть

1. 1 Биопозитивность зданий и инженерных сооружений.

1.1.1 Принципы устойчивого развития

1.1.2 Энергия ветра

1.1.3 Инвестиции в будущее

1.1.4 Биопозитивность зданий и инженерных сооружений

1.1.5 Биопозитивные шоссе и другие инженерные сооружения

1. 2 Экологичные строительные материалы и конструкции.

1.2.1 Древесина

1.2.2 Керемические материалы

1.2.3 Алюминий и стекло

1.2.4 Материалы и изделия из природного камня

1.2.5 Железобетонные конструкции

1.2.6 Материалы на основе асбеста

1.2.7 Строительные пластмассы и материалы на основе полимеров

1. 3 Биоархитектура.

2. Конструктивная часть

2.1  Архифитореконструкция техникума

2.1.1 Экологичная реконструкция

2.1.2 Утепление стен и окон

2.1.3 Ветер

2.1.4 Тепло солнца и земли

Заключение.

Приложение

Литература

Введение

Современная наука развивается и функционирует в особую историческую эпоху.

Фактически начиная с ХУII столетия вплоть до настоящего времени в новоевропейской культуре утвердилась и господствовала парадигма, согласно которой человек призван реализовать свои творческие возможности, направляя свою активность вовне, на преобразование мира и прежде всего природы.
Отношение к природе как противостоящей человеку было мировоззренческой предпосылкой науки Нового времени. Как писал В.И. Вернадский, «Коперник, Кеплер, Галилей, Ньютон в течение немногих десятков лет разорвали веками установившуюся связь между человеком и Вселенной... Научная картина Вселенной, охваченная законами Ньютона, не оставила в ней места ни одному из проявлений жизни. Не только человек, не только все живое, но и вся наша планета потерялась в бесконечности Космоса»23.

Идея демаркации между миром человека и миром природы, который представал чуждым человек имманентно включалась в научную картину мира и долгое время служила мировоззренческим основанием ее исторического развития.

Эта идея находила опору во многих ценностях техногенной цивилизации, в частности она коррелировала с теми интерпретациями христианства, которые постепенно стали доминировать в культуре начиная с эпохи Реформации. Этот вариант христианства не только фиксировал дуализм человека и природы, но и настаивал на том, что воля Божья такова, чтобы человек эксплуатировал природу ради своих целей. Он придавал психологическую уверенность в стремлении человека преобразовать природу в духе безразличного отношения к «самочувствию» естественных объектов. Тем самым разрушались запреты наэксплуатацию природы.

Установка на преобразование, переделывание природы, а затем и общества постепенно превратилась в доминирующую ценность техногенной культуры. Исследователь, действующий в рамках данной культурной традиции и ориентирующийся на ту или иную научную картину мира, осознавал себя в качестве активного творца нового, «выпытывающего у природы ее тайны с тем, чтобы на этой основе расширить возможности подчинения природы потребностям человека.
Цивилизация, ориентированная на подобный тип научной рациональности, имела свои несомненные достижения: в ней утвердилась идея прогресса, демократии, свободы и личной инициативы. Она обеспечивала постоянный рост производства и улучшение качества жизни людей. Вместе с тем в конце ХХ столетия, когда человечество столкнулось с глобальными проблемами, с новой силой зазвучали вопросы о правильности выбора путей развития, принятых в западной (техногенной) цивилизации, и как следствие — об адекватности ее мировоззренческих ориентаций и идеалов.

Поиск путей развития цивилизации оказывается сопряженным с проблемой синтеза культур и формирования нового типа рациональности. В этой связи возникают вопросы о месте и роли научной картины мира в поисках новых мировоззренческих ориентаций, обеспечивающих возможность выживания человечества.
Эти вопросы могут быть сформулированы в следующем виде:

требует ли современная научная картина мира для своего обосновании какой-то принципиально иной системы ценностей и мировоззренческих структур по сравнению с предшествующими этапами развитии науки?

Приводила ли эта картина к радикальным трансформациям мировоззренческих оснований научного познания?

Каков ее конкретный вклад в становление мировоззренческих ориентиров, соответствующих запросам нового этапа цивилизационного развития, призванного преодолеть глобальные кризисы и обеспечить выживание и дальнейшее развитие человечества?

Я узнал о принципиально новых идеях современной научной картины мира, которые касаются представлений о природе и взаимодействии с ней человека. Эти идеи уже не вписываются в традиционное для техногенного подхода понимание природы как неорганического мира, безразличного к человеку и понимание отношения к природе как к «мертвому механизму», с которым МОЖНО экспериментировать до бесконечности и который можно осваивать по частям, преобразовывая его и подчиняя человеку.

В современной ситуации формируется новое видение природной среды, с которой человек взаимодействует в своей деятельности. Она начинает рассматриваться не как конгломерат изолированных объектов и даже не как механическая система, но как целостный живой организм, изменение которого может проходить лишь в определенны границах. Нарушение этих границ приводит к изменению системы, ее переходу в качественно иное состояние, могущее вызвать необратимое разрушение целостности системы.

Экологическое знание играет особую роль в формировании научной системы представлений о той сфере природных процессов, с которой человек взаимодействует в своей деятельности и которая выступает непосредственной средой его обитания как биологического вида. Эта система представлений образует важнейший компонент современной научной картины мира, который соединяет знания о биосфере, с одной стороны, и знания о социальных процессах — с другой. Она выступает своеобразным мостом между представлениями о развитии живой природы и о развитии человеческого общества. Неудивительно, что экологическое знание приобретает особую значимость в решении проблем взаимоотношения человека и природы, преодоления экологического кризиса и поэтому становится важным фактором формирования новых мировоззренческих оснований науки.
Вместе с тем принципы, развитые в экологии и включенные в обще- научную картину мира, обретают и более широкое мировоззренческое звучание. Они оказывают влияние на мировоззренческие основания всей культуры, существенно воздействуют на духовно-интеллектуальный климат современной эпохи в целом, детерминируют изменение ценностных структур мышления.

В современной культуре все более отчетливо формируются контуры нового взгляда на мир, в становление которого вносит существенный вклад научная картина мира. Этот взгляд предполагает идею взаимосвязи и гармонического отношения между людьми, человеком и природой, составляющими единое целостное образование. В рамках такого подхода складывается новое видение человека — как органичной части природы, а не как ее властителя, развиваются идеи приоритетности сотрудничества перед конкуренцией (Э. Пасло).

 Данная работа представляет собой плод моих исследований в сфере строительства из экологически чистых строительных материалов нового поколения.

С помощью собранных мной материалов, я попытался реконструировать «АСХТ», в котором я учусь в настоящее время.

Техникум является довольно старым сооружением, которое существовало еще во время второй Мировой войны, оно было частично разрушено немецко- фашистскими захватчиками, и было отстроено заново и восстановлено немногочисленными студентами, учащимися в то время.

В настоящий момент, когда по всей Анапе идет грандиозное строительство, город признан круглогодичным курортом, к тому же в недалеком будущем в Сочи состоится олимпиада- на фоне всех этих событий, я думаю, что «АСХТ» просто необходимо реконструировать.

В данной работе я хочу предложить несколько вариантов реконструкции нашего техникума. На мой взгляд его новый облик будет олицетворять красоту и несокрушимость старого времени и одновременно модерн и стиль нового времени.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

1.1 БИОПОЗИТИВНОСТЬ ЗДАНИЙ И ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ.

Вопросы развития человечества впервые поставленные на Конференции ООН в Рио-деЖанейро в 1992г. В присутствии глав 178 государств мира, в последние  десятилетия стали определяющими при разработке стратегии развития  цивилизованных государств. Не последнюю роль в решении этих вопросов играют  новейшие технологии строительства и, в частности, производства бетонов.

1.1.1 ПРИНЦИПЫ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ.

Устойчивое развитие человечества предполагает как сохранение окружающей  среды, в том числе уменьшение вредного влияния деятельности человечества на  воздух, почву, воду,  флору и фауну, так и максимальное сбережение невосполнимых источников природных ресурсов.

Поскольку строительство - один из главных потребителей природных ресурсов, его роль в целесообразном и рациональном природопользовании чрезвычайно важна. Поэтому в марте 2006 года Всемирный Совет по устойчивому развитию в строительстве wbcsd , возглавляемый крупнейшими в мире производителями и поставщиками стройматериалов  united technologies corp. предложил крупнейшим развитым и развивающимся странам (США, ЕС, Китаю,  Индии и Бразилии) к 2050 году свести к минимуму потребление энергии и  исключить выбросы вредных отходов в процессе строительства, сохранив при  этом его экономическую целесообразность и конкурентоспособность.

На сегодняшний день дальше других в этом деле продвинулись США. Уже  несколько лет в стране действует Совет по «зеленому» или биопозитивному  строительству (usgbc), который оценивает и сертифицирует проекты возводимых  зданий и сооружений с точки зрения их воздействия как на окружающую среду,  так и на человека.

Таким образом, система «зеленого» строительства полностью отвечает  принцип  развития человечества. Она расширяет объемы экологически благоприятных зданий и сооружений, способствует улучшению  окружающего климата и комфорту внутри помещений, ведет к уменьшению отходов, как в процессе строительства, так и в процессе эксплуатации зданий.

Бетон и конструкции из него отлично вписываются в эту систему, Очи  используются для закрепления и стабилизации загрязнённых грунтов  территории строительства. Для предупреждения загрязнения водных источников из бетонных конструкций организуются стоки ливневых потоков. Для свободного проникновения дождевой воды в грунт для производства тротуарных покрытий  применяется так называемый дренирующий (пористый) бетон. При использовании элементов из монолитного или сборного (особенно легкого бетона здание приобретает свойства массивного или энергоаккумулирующего сооружения, которое может эффективно сглаживать температурные пики, по сравнению с немассивными зданиями из других материалов, имеющих такое же сопротивление теплопередаче. При возведении массивных зданий появляется  возможность экономии энергии, которая тратится на искусственное  кондиционирование здания при максимальном обеспечении естественной  вентиляции, что, кроме того, создаёт более здоровый климат внутри помещения и  уменьшает количество вредных выбросов в атмосферу.  

1.1.2 ЭНЕРГИЯ ВЕТРА.

Использование в строительстве экологически чистых видов энергии - еще одна актуальная проблема современности. Сегодня строительство во в развивающихся  странах потребляет не менее 40% всей производимой энергии. На состоявшейся в мае 2006 г. конференции мэров американских городов  единодушное одобрение получила резолюция, призывающая к 2030 г. полностью отказаться от использования в строительстве ископаемых видов топлива (угля, нефти и природного газа). Добиваться этого предполагается разработкой и  внедрением новых местных норм и стандартов на материалы, конструкции,  строительные технологии и условия эксплуатации зданий.

Наука, в том числе и строительная, уже давно обратила свои взор на  использование неиссякаемых источников энергии: солнца, ветра, волн. В  последнее время исследования и разработки в области использования ветровой энергии в США и Европе выходят на промышленный уровень. Стоимость электроэнергии от ветровых турбин приближается к стоимости энергии от  традиционных источников.

Последние исследования в данной области выявили целесообразность сооружения ветровых турбин на опорах  увеличенной высоты в шельфовых зонах с постоянными ветрами. При  создании и возведении турбин используют передовые строительные  технологии. Лопасти турбины выполняются из композитных  материалов, обладающих высокой  прочностью и долговечностью.

1.1.3 ИНВЕСТИЦИИ В БУДУЩЕЕ.

Реализация подобных проектов оказалась возможной благодаря революционным достижениям в технологии изготовления бетонов, среди которых новые и усовершенствованные компоненты бетонных смесей (микрокремнозем ,  высокопрочные цементы, заполнители, химические добавки новейших поколений), бетоны высокой функциональности, легкие высокопрочные бетоны, долговечные
бетоны для суровых условий эксплуатации, а также усовершенствованные стандарты и нормы проектирования.

Как показывает зарубежный опыт, вложенные в научные исследования деньги могут приносить высокие дивиденды Если 1970-е годы прочность бетона составляла 50 МПа при осадке конуса О=12 мм и высокой трудоемкости производства работ, то в 1990 е годы она постигла уже 100 МПа и выше при ОК 2/З мм. Бетонные смеси приобрели способность перекачивания и даже
самоуплотнения при отсутствии вибрации в процессе их укладки. Надежность конструкций обеспечивается широким применением товарных бетонных смесей  изготавливаемых на автоматизированных заводах и внедрением систем обеспечения качества в соответствии со стандартами серии ИСО-9000.

 Недавно Норвежская Ассоциация бетона провела сравнительное изучение проведенных в стране научных исследований и разработок в области производства бетонов и соответствующих достижении в строительной  промышленности за последние 20 лет. Были рассмотрены техникоэкономические  показатели более чем 130 крупных строительных проектов, 90 из которых субсидировались из общественных фондов. Размер полученной добавленной стоимости для данных проектов позволил вычислить суммарную величину отдачи на каждую вложенную в исследования и разработки крону. При самых скромных (консервативных) значениях полученного дохода коэффициент отдачи составил величину равную 19. Полученный результат подтвердил эффективность вложений  в научные исследования и разработки.  Об этих результатах хорошо знают в передовых технологически развитых  странах, в том числе в США, где тратят на науку сумму, равную почти 40% от  аналогичных расходов стран всего остального мира, и больше, чем 7 остальных  мировых лидеров, вместе взятых. При этом только федеральные расходы на научные исследования и разработки выросли в США за последние несколько лет  на 50% и составляют в настоящее время $137 млрд. ежегодно. Это называется  «инвестициями в будущее страны».

1.1.4 БИОПОЗИТИВНОСТЬ ЗДАНИЙ И ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ- это их способность органично вписываться в природную среду (в экосистемы) и не быть отторгаемыми экосистемами, не разрушать и не загрязнять природную среду, восстанавливать природу, быть приспособленными (биоадаптивными) для существования живой природы на наружных поверхностях зданий и внутри объемов сооружений, экономить ресурсы и не требовать для изготовления зданий невозобновимых ресурсов, не быть преградами на путях потоков веществ и энергии, не выделять неперерабатываемых природной средой загрязнений, создавать высокое качество жизни. Таким образом, биопозитивность зданий и инженерных сооружений - интегральное понятие, включающее в себя основные требования к природосберегающим и природовосстанавливающим объектам. Как уже отмечалось ранее, биопозитивные здания и инженерные сооружения в городе позволяют в определенной степени «вернуть» природе часть территорий с почвенно - растительным слоем и создать новые дополнительные озелененные площади, что может помочь восстановить действие правила Ле - Шателье - Брауна и остановить отступление природы под антропогенным давлением.

Одно из первых условий биопозитивности зданий и сооружений - создание возможности существования и роста растений на их поверхностях. Растения, закрепленные на вертикальных, горизонтальных и наклонных поверхностях, улучшают состав воздуха и воды, очищают воздух и воду от загрязнений, улучшают микроклимат, создают биомассу, обеспечивают существование микроорганизмов, создают звуко- и теплозащиту, улучшают внешний вид сооружений, его визуальное восприятие.

Для этого рекомендуется: внешнее озеленение вьющимися растениями, закрепленными, например, в проемах декоративных керамических выступов; использование сети внутренних керамических каналов, заканчивающихся на поверхности стены керамическими чашами, в которые высаживают растения (в этом случае корни растений по каналам получают влагу из грунта). Для укоренения растений в отмостке устраивают проемы с открытым грунтом. При использовании грунтовых каналов в стенах они должны контактировать с естественным грунтом под зданием. Для этого в фундаментах зданий также выполняют заполненные растительным грунтом проемы. Керамические скворечники для мелких птиц размещают между озеленяемыми чашами.

Озеленение, выполненное в виде сплошного ковра на стене, существенно улучшает микроклимат внутри помещения, так как служит дополнительной теплоизоляцией (затраты на отопление снижаются до 15 %), улавливает загрязнения и снижает поступающий извне шум, вырабатывает кислород.

Следующий шаг по повышению уровня биопозитивности - создание условий для роста и существования мелких животных на озелененной или приспособленной для этого поверхности здания и сооружения, которая должна быть подобна природному субстрату (почва, кора деревьев, природные камни и др.). Наиболее просто этот вопрос может быть решен для берегоукрепительных сооружений в зоне, соприкасающейся с водой: устраиваются большие поверхности субстрата, удобные для крепления обрастаний, и большие объемы, омываемые водой (подводные "скворечники"). Более сложно решается этот вопрос для наземных зданий и сооружений: в конструкциях должны быть созданы "скворечники", укрытия среди озелененных поверхностей, которые могут быть заселены мелкими и средними птицами, летучими мышами и другими животными.

В стенах или на их наружных поверхностях можно сделать "домики" для птиц (собственно, это решение издавна используется птицами для устройства своих гнезд под карнизами зданий - в относительной безопасности от хищников). Оригинальное решение скворечника в стене сделано в Англии одним из энтузиастов экоадаптивного строительства - главой небольшой строительной фирмы; устройство гнезд за вертикальным озеленением стены, выполненным на относе, предложено в ФРГ [88]. Б. Молисон предложил устраивать коллективные гнезда (как это делают, например, стрижи) для небольших колоний птиц, летучих мышей и даже на земле для полевых мышей. В последнем случае "домик" выполняется в виде соединенных трубок [85].

Однако этим не ограничивается приспособленность (биоадаптивность) биопозитивных зданий для создания условий жизни различных растений и животных. Человек в устойчивом городе должен предоставить животным и растениям экологические объемы (площади), которые были заняты искусственными объектами. Поэтому необходимо проанализировать вопрос о способах урбоэкологической помощи живой природе:

1. Синантропизируемые животные могут жить в укрытиях, созданных в зданиях и сооружениях или непосредственно рядом с ними (певчие птицы, дятлы, белки, летучие мыши, кролики, ежи, и др.). Для мелких животных можно устроить искусственные норы на малопосещаемой территории участка или с входом с безопасной для животного территории зеленого коридора. Входы в эти норы должны быть скрыты в густом кустарнике. Для более теплолюбивых животных эти искусственные норы можно частично расположить под зданием, обеспечив невозможность доступа животного в здание (каменная или железобетонная оболочка вокруг норы).

2. В зеленых "коридорах" и специально выделенных территориях леса внутри города, соединенных коридорами с естественным лесом за городом, в искусственных или естественных норах и укрытиях, совмещенных по мере надобности с инженерными сооружениями - подпорными и шумозащитными стенами и др. - могут жить кролики, зайцы, белки, лисы, черепахи, барсуки, фазаны, лягушки, змеи и др. Для этого должен быть разработан широкий комплекс специальных полифункциональных биоадаптивных инженерных сооружений, изготовленных из природоподобного субстрата и имеющих ниши (укрытия) для животных.

3. На естественных нетронутых природных территориях на достаточном удалении от города могут жить дикие животные - как растительноядные, так и хищники - волки, медведи, косули, лоси, кабаны и др. Очень важным требованием здесь является соединение всех озелененных пространств "зелеными коридорами", то - есть создание зеленого каркаса, в котором животные могли бы свободно мигрировать, не опасаясь уничтожения со стороны машин и человека. Для этого устраивают непрерывные зеленые полосы, которые в местах пересечения с транспортными магистралями проходят над- или под магистралями, или их соединяют небольшими тоннелями, соответствующими размерам мигрирующих по ним животных: для лягушек и черепах- 0,5...1,0м, для зайцев и лис- 1м, для косуль -1,5- 2м, и т.д. Тоннели под магистралями должны быть выполнены как продолжение того ландшафта, в котором живут эти мигрирующие животные: грунт с озеленением, болото, речная вода с грунтовым дном и др.

Ввиду недостаточно экологичного мышления подавляющего большинства жителей планеты нельзя надеяться на то, что в соответствии с концепцией инвайронментализма и экологической этики будет соблюдаться

Биосправедливость - право животных и растений или уникальных природных ландшафтов оставаться без контактов с людьми (в буквальном переводе - оставаться без приставания).

Поэтому для сохранения животного мира необходимы определенные границы между поселениями и местами обитания животных. Эти границы могут совпадать с географическими границами [6] и могут быть, как и географические границы, охраняемыми и непреодолимыми (горы, реки, пустыни). Им могут быть свойственны препятствующая или фильтрующая функции. Возможно, в ряде случаев потребуется возведение специальных "экологических заборов" для ограничения или исключения доступа людей в места обитания животных и наоборот.

"Экологические заборы" могут быть выполнены из непреодолимого кустарника (густого, с шипами, посаженного в несколько рядов) в сочетании с деревьями, или как лесополосы с дополнительным устройством между деревьями прозрачных или непрозрачных щитов; могут быть использованы различные железобетонные конструкции с их последующим озеленением. К "экологическим заборам" предъявляются требования непреодолимости с обеих сторон (для людей и крупных животных), биопозитивности (чтобы они как любые искусственные сооружения включались в экосистемы). В то же время в нижней части этих ограждений нужно выполнить проходы для мелких животных и насекомых. В отдельных случаях, если необходимо в определенные моменты пропускать некоторые виды животных, можно выполнить автоматические ворота с акустическими или запаховыми датчиками, которые будут реагировать на звуки или запахи этих животных, и открывать ворота во время их появления. Перед "экологическими заборами" должны быть выполнены защитные зеленые зоны, которые нельзя застраивать или использовать.

 Уровень биопозитивности зданий и сооружений может быть существенно повышен путем использования биопозитивных материалов, учета требований сенсорной экологии, сокращения энергопотребления и повышения теплозащитных свойств, устройства в конструкциях здания установок для утилизации возобновимой энергии, сбора и использования дождевой воды с кровли, и т.д.

Описанные системы зданий и сооружений называют пассивно - биопозитивными, т.е. не требующими энергии для обеспечения функционирования. Интересное направление в конструировании - создание активно - биопозитивных зданий и сооружений, в которых усилены природоохранные функции за счет использования энергии. Они могут очищать воздух или воду через контактирующие с ними поверхности путем устройства по всей поверхности фильтров с принудительной прокачкой загрязненной среды. В перспективе возможно создание здания, которое через систему датчиков постоянно контролирует состояние внешней и внутренней среды и при отклонении показателей от нормы включает устройства, очищающие, например, среду от загрязнений, или улучшающие другие показатели. Пределы активной биопозитивности зданий и сооружений поистине безграничны. Возобновимую энергию для таких зданий можно получать с помощью специальных приспособлений, органично соединенных с конструкциями.

Таким образом, активно-биопозитивное здание или инженерное сооружение должно быть многофункциональным (полифункциональным) и наряду с основной функцией (жилой дом, производственное здание, берегоукрепительное сооружение и др.) должно выполнять одну или несколько природоохранных функций, связанных с устойчивостью рельефа или с очисткой атмосферного воздуха и воды от загрязнений и с другими возможными природоохранными функциями.

Ценность биопозитивности зданий и сооружений определяется ее ролью в восстановлении экологического равновесия.

Природа отступает под антропогенным воздействием, и для восстановления экологического равновесия и природной среды имеется только один способ: нужно сократить площадь антропогенно измененных земель, возвратить значительную часть (называется огромная цифра - около трети используемых земель) «освоенных» и загрязненных территорий в естественное состояние. Простой возврат земель может быть чрезвычайно сложен или вообще невозможен при наблюдающемся росте урбанизированных территорий и возрастании численности человечества. Однако нам представляется возможной замена этого возврата устойчивым строительством, экологизацией урбанизированных территорий, устойчивой биопозитивной реконструкцией мест расселения, зданий и инженерных сооружений, что позволит создать принципиально новые биопозитивные объекты, родственные природе, не отторгаемые природой и включаемые в естественные экосистемы. Природа будет воспринимать биопозитивные объекты (здания, сооружения, поселения, страны) как естественные природные объекты, что постепенно приведет к достижению устойчивости, восстановлению нарушенного равновесия и исключению отступления природы под антропогенным давлением человека. Негэнтропийные здания будущего дадут возможность создать города, включаемые природой в свои экосистемы как обычные природные объекты.

Ряд дополнительных привлекательных свойств города может создать пермакультура (permanent agriculture - постоянная агрокультура). Пермакультура - сравнительно новое направление в агрокультуре города и в архитектуре. Она начала развиваться как многоцелевой подход к каждому участку территории для создания высокопродуктивной экологичной системы, в том числе и для производства пищи. В городе пермакультура может помочь объединить застройку, ландшафт, многолетние и однолетние растения, размещенные на всех возможных поверхностях, в стабильную высокопродуктивную систему[83-85].

Одно из основных положений пермакультуры для города - использование всех поверхностей зданий и сооружений для крепления или роста различных высокопродуктивных растений, урожай которых в экологически чистом городе используется в пищу. Для выращивания растений, дающих урожай и к тому же очищающих воздух в городе и создающих привлекательный облик зданий, используют стены и кровли. Поступающую с покрытий дождевую воду собирают и используют в хозяйстве для полива и др.

Вертикальное озеленение в районах с жарким климатом располагают на относе от наружных стен, чтобы обеспечить защиту от солнца и устроить тенистые проходы вдоль стен здания; Б. Молисон предложил использование деревьев и кустарника в качестве несущих и ограждающих частей здания (надо отметить, что эти разработки ранее были выполнены под руководством Отто Фрая в IL [88]. Нами предлагается грунтозаполненный ("зеленый") дом, в котором стены и перекрытия заполнены растительным грунтом, сообщающимся с естественным массивом грунта под зданием. В любом месте стен или перекрытий (снаружи стен и на кровле, внутри стен, на полу) можно выполнить декоративные проемы с открытым естественным грунтом, в котором высажены растения, кустарник, деревья. В пермакультуре принято "золотое правило": использовать  любые, даже небольшие площади  для выращивания  разнообразных растений. В соответствии с этим правилом на всех допустимых поверхностях зданий и сооружений (стены, покрытия, инженерные сооружения) а также на прилегающих территориях вместе с расположенными на них инженерными сооружениями (заборы, опоры освещения, площадки для транспорта и пр.) необходимо создать условия для роста растений.

Одно из важнейших направлений экологизации в строительстве - сохранение естественной поверхности земли вместе с почвенным слоем, растительностью и другими компонентами ландшафтов, и сохранение естественного сложившегося в течение миллионов лет рельефа (то - есть в итоге незаполнение (сокращение строительной экспансии) и сохранение для живой природы территории Земли).

Здесь нужно выделить особую ценность почвенно - растительного слоя: именно в нем происходит ряд важнейших процессов экологического цикла, связанных с кругооборотом веществ - переработка всех попадающих в почву биоотходов, именно в нем живут многочисленные животные, перерабатывающие эти отходы, в результате чего здесь зарождается ветвь регенерации естественных отходов. Через почву происходит обмен веществ - воды и пр., в почвенно - растительном слое укореняются все растения. Поэтому роль почвенно - растительного слоя в городе невозможно переоценить. Увеличивая площадь этого слоя в городе, не занимая его при застройке и освобождая от застройки при реконструкции, строители «возвращают» часть застроенной природной среды в более естественное состояние. Для этого можно применить ряд решений.

Строительство на неудобъях. Использование так называемых неудобий для нового строительства (участков территории, которые не могут служить сельскохозяйственными угодьями, рекреационными территориями, заповедниками, лесохозяйственными или иными участками, требующими небольших уклонов местности), позволяет сохранить более пологие территории с продуктивными экосистемами. При этом можно получить оригинальные архитектурно выразительные решения, вписать здания в рельеф, повысить их стойкость к ряду внешних воздействий (сейсмика, оползни и др.).

В зависимости от инженерно-геологической характеристики грунтов площадки строительства, а также от угла наклона территории возможны различные варианты конструктивных решений: обычные здания, применяемые для ровных участков (при небольших уклонах - до 10 о), террасные здания разнообразных типов (при уклонах 20  ...50 о), здания на столбовых опорах и прикрепляемые к крутому склону напряженными анкерами при значительных уклонах.

Террасные здания из монолитного железобетона целесообразно устраивать на участках с уклонами более 20...25 о, сложенных любыми грунтами, в том числе с оползнями, используя приведенные ниже конструктивные решения (рис. 8.2).

Здание, устраиваемое без подрезки склона. После планировки склона на его поверхности монтируют перекрестные ленты фундаментов, на которые можно опирать стены, а в местах пересечения - колонны. Система перекрестных лент передает на основание только нормальную силу, а наклонная составляющая воспринимается специальным упором в нижней части склона. Упор выполняют в виде свайного ростверка из буронабивных свай диаметром 0,6...1 м или в виде подземного эксплуатируемого удерживающего сооружения (оно может быть использовано, например, для гаражей).

Здание, устраиваемое с подрезкой склона уступами и с фундаментами на  естественном основании в пределах каждого уступа.  При этом вся нагрузка от здания передается на склон. Возможна частичная передача нагрузки на подземную удерживающую конструкцию (например, в виде подземного эксплуатируемого сооружения).

Здание, устраиваемое без подрезки склона при прочных грунтах основания и отсутствии оползней.  Фундаменты выполняют в виде железобетонных лент с уступами, ориентируя их в направлении уклона. Выше фундаментов располагают продольные железобетонные стены в виде наклонных диафрагм, к которым крепят поперечные вертикальные диафрагмы и плиты перекрытий, причем поперечные диафрагмы и перекрытия расположены выше поверхности откоса, находящегося в естественном состоянии.

Подземное строительство издавна привлекало внимание строителей как возможность размещения разнообразных объектов с временным или длительным пребыванием людей. Первыми подземными сооружениями были естественные пещеры, служившие для обитания людей и из защиты от непогоды и нападения зверей и враждебных племен. Затем это были объекты для хранения продуктов, использующие постоянство температуры под землей, для добычи полезных ископаемых, для защиты ценностей.

Много лет подземное пространство использовали в сравнительно редких случаях, например, для размещения транспортных и других коммуникаций; в подземных выработках после добычи полезных ископаемых обычно не размещали какие-либо объекты, кроме складов. В современном строительстве на первый план выдвинулись сложные противоречивые проблемы, которые сделали актуальным рациональное использование подземного пространства:

*восстановление почвенно-растительного слоя в городах, экологичная реставрация природной среды;

*необходимость нового строительства в условиях исключительного дефицита незастроенных территорий;

*сохранение окружающей природной среды, создание биопозитивных сооружений;

*экономия энергии при эксплуатации зданий и сооружений;

*необходимость реконструкции исторических центров с возведением новых зданий и устройством современных коммуникаций;

*использование неудобных для наземной застройки территорий;

*необходимость размещения прецизионных производств, требующих отсутствия вибраций, колебаний температуры;

*обеспечение защиты населения в особый период.

Во многих странах специалисты предлагают решать указанные проблемы, размещая здания под землей при мелком или глубоком заложении. При этом, с одной стороны, специально разрабатывают котлован или делают выработки с использованием способов подземной разработки грунта (горный и щитовой способы; опускные колодцы и др.). С другой стороны, используют имеющиеся горные выработки. Подземное строительство жилых, общественных и производственных зданий в последние годы получило большое распространение, а постоянное появление новых патентов и авторских свидетельств на конструкции и способы сооружения подземных зданий позволяет судить о большой перспективности этого направления строительства.

Современные подземные здания можно классифицировать по назначению, глубине заложения, этажности, освещению. По глубине заложения подземные здания и сооружения делятся на полузаглубленные (обвалованные), мелкого заложения (обычно не ниже 10 м от дневной поверхности грунта) и глубокого заложения (как правило, глубже 10 м). У полузаглубленных зданий крыша расположена не ниже дневной поверхности грунта, основными нагрузками являются боковое давление грунта и вес засыпки на кровле. Чем больше глубина заложения, тем большую роль играет давление грунта, от которого зависят типы конструкций и размеры пролетов. Конструктивные решения подземных зданий определяются способами производства работ, а также глубиной заложения и назначением зданий. Работы можно производить открытым и закрытым способами.

По условиям расположения подземные здания могут быть отдельно расположенными под незастроенными участками, под застроенными участками, а также входящими в состав наземных зданий. По этажности они могут быть одно- и многоэтажными, по числу пролетов - одно- и многопролетными, по конструктивным решениям - каркасными и бескаркасными. В качестве материала конструкций чаще всего применяют железобетон, бетон. Частично используют прочный грунт.

По назначению здания делятся на такие виды:

*жилые дома (только обвалованные);

*производственные объекты, особенно требующие защиты от вибрации, пыли, переменных температур;

*складские объекты - холодильники, овощехранилища, склады, резервуары, книгохранилища, архивы;

*зрелищные, спортивные здания - кинотеатры, выставочные залы, музеи, клубы, спортзалы, тиры, плавательные бассейны, общественные центры;

*административные здания и центры;

*объекты коммунально - бытового обслуживания - мастерские, бани, прачечные, почты, сберкассы, ателье, комбинаты бытового обслуживания;

*торгово-бытовые центры;

*транспортные объекты - станции и тоннели подземного транспорта, вокзалы, гаражи, стоянки, транспортные центры;

*объекты торговли и общественного питания - столовые, рестораны, магазины, рынки, торговые центры;

*учебно- воспитательные сооружения - детские сады, школы, училища, вузы, учебные центры.

По способу освещения здания могут быть: с естественным боковым освещением, устраиваемым через окна с приямками, внутренние дворики и др.; с верхним зенитным освещением через проемы или фонари в кровле; с комбинированным естественным и искусственным освещением иногда в сочетании со световодами и рассеивателями; с полностью искусственным освещением.

Основные типы подземных обвалованных, мелкого и глубокого заложения жилых, общественных и производственных зданий можно размещать на территории с крутыми уклонами, со спокойным рельефом местности, на свободных или застроенных участках, отдельно стоящими или являющимися подземной частью всего объекта.

 Биопозитивные надземно - подземные «умные» здания. Биопозитивные здания могут иметь озеленяемые: кровлю; кровлю и стены; кровлю, стены и лоджии; то же, со скворечниками для мелких птиц, а также активные стены, содержащие фильтры для очистки атмосферного воздуха от загрязнений; активные кровли с фильтрами для очистки атмосферных осадков от загрязнений перед их стоком на землю. Надземно – подземное здание дает возможность максимально сохранить от застройки почвенно-растительный слой в городе. "Умные" здания содержат элементы "мозга" в виде ЭВМ, позволяющие автоматизировать ряд систем и служб и создать сети коммуникаций с доступом к банкам данных крупнейших ЭВМ.

Очищающую функцию озеленяемых стен и кровель можно повысить, проектируя активно - биопозитивные с подпиткой от источников энергии (НВИЭ и др.), чтобы дополнительно всасывать воздух из окружающей среды с целью его очистки. Для этого в стене или кровле устраивают всасывающие проемы, устанавливают съемные очищающие фильтры, закрытые решетками. Для создания энергии всасывания воздуха могут служить ветровые колеса, устанавливаемые на здании. Аналогичная пассивная система очистки может быть установлена на пути стока вод с кровли-газона в водосточные трубы.

Например, одним из предлагаемых нами решений биопозитивного здания может быть конструкция, в которой атмосферный воздух, атмосферная влага и подземные грунтовые воды, всасываемые через большие поверхности надземной и подземной частей, постоянно очищаются от загрязнений (рис. 8.4). Цель достигается тем, что, с одной стороны, весьма эффективно использование для забора воздуха и воды больших поверхностей надземной и подземной стен здания; с другой - воздух и вода после очистки выбрасываются в наиболее эффективных местах для дыхания (воздух) и для подачи к корням растений (вода).

Воздух и вода всасываются через многочисленные отверстия в стенах надземной и подземной частей, а атмосферная влага самотеком поступает в тот же трубопровод, куда всасывается грунтовая вода. После поступления воздуха и воды они проходят через сменные фильтры и затем очищенные поступают в окружающее пространство: воздух - на уровне примерно 2 м над поверхностью земли через выхлопные отверстия, вода - на уровне примерно 1 м ниже поверхности земли через перфорированные трубы. Сменные фильтры располагаются таким образом, чтобы их было удобно периодически сменять. После очистки возможна добавка в воздух и воду небольшого количества веществ, оказывающих положительное влияние на окружающую среду: в воздух - влаги для поддержания оптимальной влажности, ароматических добавок; в воду - микроудобрений, не загрязняющих окружающую среду.

 Биопозитивное здание состоит из подземной части (подземного помещения) и надземной, поднятой над уровнем озелененной поверхности (территории) под зданием на высоту деревьев, кустов (высота одного этажа) и опирающейся на подземную часть колоннами. По всей площади стен надземной и подземной частей выполнены многочисленные отверстия, позволяющие эффективно всасывать воду и воздух при малом (слабом) напоре. Для всасывания воздуха используется вентилятор с приводом от ветроколеса на кровле, а в период отсутствия ветра - с приводом от электросети, в том числе и от гелиоэлектростанции. Отверстия выполнены в тонком жестком покрытии, которое вместе с воздушной прослойкой за ним утолщает стену, имеющую расчетную толщину, что не дает возможности охлаждать помещения в здании в зимнее время и не вызывает дополнительных теплопотерь. На пути воздуха установлен сменный фильтр, и затем выхлопное отверстие. Для очистки грунтовой воды предусмотрены отверстия в подземной стене, от которых идет трубопровод для очищаемой воды к фильтру, насосу и перфорированной трубе для подачи очищенной воды в грунт. К фильтру воды присоединены и водосточные трубы с озеленяемой кровли.

Воздух с загрязнениями (его путь показан стрелками на рис. 8.4) поступает через отверстия в стене под слабым напором, создаваемым вентилятором с приводом, например, от ветронасоса. Далее воздух концентрируется в единичных полостях внутри стены и проходит через сменный фильтр (или систему фильтров), а затем в очищенном состоянии выбрасывается в атмосферу через выхлопные отверстия 14 на уровне около 2 м над поверхностью земли.

Атмосферная влага (осадки) с озеленяемой кровли через водосточные трубы течет к фильтру воды, туда же идет грунтовая вода через отверстия по трубопроводу. Насос создает напор, причем очищенная вода через перфорированные трубы, расположенные на глубине около 1 м в грунте, поступает к корням растений и деревьев на озеленяемой территории. В случае отсутствия грунтовых вод система очистки воды будет работать только при поступлении осадков и поверхностных грунтовых вод.

Биопозитивное здание обладает одним существенным преимуществом, особо ценным в настоящее время: позволяет постоянно очищать воздух, атмосферную воду (осадки) и грунтовую воду, а затем выбрасывать их в наиболее рациональных местах в окружающее пространство. Это улучшает состояние природы, позволяет поддержать экологическое равновесие урбанизированной и природной среды. Оно подобно дереву занимает минимальную площадь земли.

В настоящее время наметился постепенный переход к возведению зданий и сооружений с рудиментами "мозга", так называемых "умных", цель которых - резкое повышение качества жизни. Представляет интерес опыт разработки и проектирования новых типов "умных" зданий в Японии. "Умные" здания (по-японски "интери-биру", по-английски - "софт-хауз") или здания с элементами "мозга", здания-роботы, запрограммированные дома, оборудуются системами:

*освещения, кондиционирования и службы безопасности (противопожарная, антисейсмическая, охрана дома и др.);

*телекоммуникационными - сети связи, оптико-волоконные кабельные сети, спутниковой связи, подключение к банкам данных;

*автоматизации учреждений (офисов);

*автоматизации транспорта (лифтов, автотранспорта и др.);

*централизованными (на микрорайон) сбора и утилизации отходов.

*в последних решениях предлагаются машины церебральной релаксации, посылающие человеку через наушники и очки звуковые и световые сигналы с комбинацией различных частот по специальным программам против бессонницы, стресса, невроза и др.

"Умное" биопозитивное здание должно создавать наиболее благоприятные условия для находящихся в нем людей. К известным устройствам для кондиционирования воздуха, для автоматического включения и выключения света, автоматического затенения окон, слежения здания (его поворота) за солнцем, устройством для коммуникационных связей в будущем могут быть добавлены автоматические устройства для поддержания нормального физического и психофизиологического состояния людей. Система датчиков (дистанционных и контактных) улавливает разнообразные поля и выделения людей (температурное поле, выдыхаемый воздух и др.) и после их анализа с помощью медицинской экспертной системы ЭВМ дает сигнал на исполнительные устройства, которые подают необходимые лечебные добавки в воздух внутри помещений, в питьевую воду, включают музыку в сочетании с голографическими пейзажами и т.д.

Интересно изобретение под названием "Умный туалет" (Япония), в котором автоматически анализируются содержание белка, сахара и другие компоненты путем изучения оптическими датчиками лакмусовых бумажек, что дает возможность определить состояние здоровья человека.

Идея создания в местах работы "стимулирующих центров" и в жилых кварталах - "центров расслабления" принадлежит Н. Шефферу. Он предлагал перед началом работы или учебы посетить "стимулирующий центр", в котором бы путем создания возбуждающих воздействий люди подготавливались бы к продуктивной работе. После работы в "центрах расслабления" напряженное состояние после работы было бы снято.

Предлагаемое нами "Умное здание" более широкого назначения - это здание, которое содержит устройства (датчики, преобразователи), расположенные в местах наилучшего отбора информации о показателях физического и психофизиологического состояния людей (определяющие кровяное давление, частоту дыхания и работу сердца, тембр и громкость голоса, состояние и цвет радужной оболочки глаз, вес и рост человека и др.) и передающие эти показатели в персональную ЭВМ. На основе медицинских экспертных систем ПЭВМ анализирует нормальное и текущие (замеренные во время измерений) показатели и, при отклонении от нормы, сигнализирует о начале или течении определенных болезней. На основании заложенных в память данных ПЭВМ выдает сигналы на исполнительные механизмы, подающие в помещения лечебные аэрозоли и соответствующие добавки для запахов, в питьевую воду, в воду для душа или ванны - лекарственные добавки; создающие необходимые (повышенную или пониженную) температуру и влажность внутри помещения, выдающие на табло в кухне рекомендации по питанию, включающие соответствующую (успокоительную или возбуждающую музыку, соответствующие голографические или другие картины на стенах; что позволяет своевременно поддерживать здоровье человека, снимать психологическое напряжение. При проживании или постоянном нахождении в "умном доме" нескольких людей все лечебные воздействия подаются в комнаты их индивидуального проживания или нахождения (рабочие кабинеты, спальни), а в воду для душа и ванн, питьевую воду - в местах общего пользования после нажатия каждым проживающим личной кнопки или после идентификации личности жителя по его голосу через ПЭВМ.

Состояние человека (физиологическое и психофизиологическое) определяется: тепловое поле - термовизионной установкой, высокочастотное поле - по методике Кирлиан (фиксация этого поля предусмотрена в ванной комнате, возможна через полупрозрачное зеркало); масса - датчиками любой конструкции, в том числе тензорезистором (фиксация - через сиденье кресла или кровать); рост - фоторезисторами в паре с источниками света, установленными в дверных проемах; частота дыхания - высокочувствительным остроориентированным микрофоном, направленным на лицо; частота сокращений сердца, кровяное давление - через электроды и датчики, прикрепленные постоянно к ручкам кресла; спектральная характеристика голоса - микрофоном; состояние и цвет радужной оболочки глаз - передающей камерой, воспринимающей данные через полупрозрачное зеркало; воздух - датчиком, находящимся в спинке кровати у изголовья; данные о белке и сахаре - в туалете; качество походки (соотношение между нормальной и касательной составляющей давления ноги на пол) - тензорезисторами на одной из ступенек лестницы или половицы пола

В последние годы в ряде стран предприняты разработки по созданию жилого биопозитивного дома с разными уровнями биопозитивности. В Бристоле (Англия) рассматривается возможность массового строительства экологичного и энергосберегающего жилого дома. В нем использованы стены, утепленные ватой, изготовленной из макулатуры; окна управляются солнечной энергией (восковые цилиндрические клапаны открывают форточки автоматически, когда к доме жарко); из удаляемого при вентиляции воздуха отбирается тепло, которым нагревается приточный воздух; на кровле установлены гелионагреватели и солнечные батареи; с южной стороны имеются широкие окна для беспрепятственного ввода тепла; использованы только природные материалы; частично применены вторичные материалы: зола для блоков стен, и т.д.

Группа норвежских архитекторов занимается определением стратегии развития жилого дома как части экосистемы. Метаболический дом, названный ими "круглым домом", должен функционировать как живой организм: он автоматически регулирует влажность, температуру, тепловой баланс, снижает загрязнения внутри помещений, следит за электромагнитными излучениями, приспосабливает среду в доме к процессам и биоритмам человека. Он не прерывает потоки веществ и энергии, после истечения срока эксплуатации его конструкции легко включаются в естественный процесс разложения. Построено несколько зданий, частично основанных на стратегии "круглого дома".

1.2 БИОПОЗИТИВНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ

 К биопозитивным можно отнести строительные материалы из возобновимых природных ресурсов, не оказывающие негативного действия на человека (и даже оказывающие позитивное влияние на здоровье человека), не загрязняющие природную среду при их изготовлении, требующие минимальных затрат энергии в процессе изготовления, полностью рециклируемые или разлагающиеся после выполнения функций подобно материалам живой природы. Всем этим требованиям отвечают очень немногие естественные материалы: дерево (и другие растительные материалы - бамбук, тростник, солома и др,), шерсть, войлок, кожа, пробка, коралловый песок и камни, натуральный шелк и хлопок, натуральная олифа, натуральный каучук, натуральные клеи и др. Несколько условно к биопозитивным материалам можно отнести строительные материалы, полученные из широко представленных в земной коре полезных ископаемых, или почти полностью рециклируемые материалы (следовательно, испытывающие незначительную убыль и к тому же позволяющие экономить до 80...90 % энергии на их производство). К ним относятся изделия из глины, стекла, алюминия.

Под биопозитивными материалами подразумеваются такие материалы, которые удовлетворяют принципам биопозитивности: при их изготовлении используются возобновимые ресурсы, они поддаются саморазложению после выполнения функций без загрязнения среды; как частично биопозитивные можно рассматривать полностью рециклируемые материалы, изготовленные из широко представленного в земной коре полезного ископаемого (алюминий, кремний). Совершенствование материалов в направлении их биопозитивности будет, видимо, осуществляться как в соответствии с современными направлениями (применение рециклируемых материалов, сокращение материалоемкости, повышение их долговечности и др.), так и в направлении более полного использования природных воспроизводимых материалов, создания новых материалов с заданными свойствами и биоподобных материалов, которые могли бы подпитываться энергией.

Биопозитивные конструкции изготавливаются из биопозитивных материалов в соответствии с природными принципами конструирования - законами естественного формо - и структурообразования. При создании биопозитивных материалов и конструкций полезны данные о принципах, используемых в природе (табл. 8.2).

Таблица 8.2. Природные принципы создания материалов и их использование в технике

Производство и применение биопозитивных материалов и конструкций в промышленности позволит существенно снизить негативное влияние на природу, сохранить естественные запасы полезных ископаемых и оставить их для потомков.

Очень перспективным направлением производства различных материалов может стать возврат на более совершенном технологическом уровне к природному процессу их получения: например, производство волокон и тканей только из растений с усиленными генетическим путем соответствующими свойствами; выделение каучука только из растений-каучуконосов также с усиленным выделением сока; направленное создание сортовой древесины с ускоренным ростом; получение шерсти и различных утеплителей только из шерсти, получаемой при стрижке животных, а также из растений, и полный отказ от синтетических материалов; таким же путем можно получать различные лаки, краски, смазочные материалы, спирт, и т.д. Весьма эффективным кажется получение расщепляемых полимеров из растительного сырья. Так, в Малайзии на основе пальмового масла получают полиол как основу для производства полиуретана.

Уже созданы различные типы пластмасс, подверженных биохимическому разложению в почве (обычно это - соединения на нефтяной основе с крахмалом или целлюлозой). Одноразовая посуда из крахмала и риса после употребления может идти на корм скоту или на удобрение. Из рисовой шелухи получают углерод, кремниевую кислоту, окислы кремния, которые позволяют выделить очень чистый кремний для микросхем или для сверхпроводящей керамики. Тончайшие волокна из широко распространенного базальта позволяют получить прочные и несгораемые нити, вату, ткани.

В последние годы в Японии, США, ФРГ развиваются исследования возможности природоподобного возведения подводных морских саморастущих сооружений из растворенного в воде кальция. Для этого применяют следующую технологию: вначале под воду устанавливают или на месте собирают легкий пространственный металлический (токопроводящий) каркас, описывающий наружный контур будущего сооружения (трубы, оболочки, подводного здания и др.), затем подают на этот каркас небольшой ток (используют, например, установленную над водой небольшую солнечную батарею), после чего начинается нарастание на каркасе достаточно толстого слоя камня, выделенного из морской воды. В результате можно получить искусственное каменное сооружение, армированное стальной проволокой, наружная поверхность которого может служить естественным субстратом для обрастаний. Интересным примером практического использования этого нетривиального решения является защита стальных свай, сильно разрушенных коррозией в уровне поверхности воды. На сваях было наращено покрытие толщиной около 10 см, надежно защитившее их в зоне наибольшего разрушения.

Вопросы создания новых природоподобных технологий возведения зданий и сооружений на поверхности земли исследуются в институте легких конструкций (IL) в Штуттгарте, ФРГ. Как первое наиболее простое решение предлагается использование высаженных в нужных точках плана здания (там, где необходимы колонны и фундаменты) быстрорастущих деревьев с развитой корневой системой и ровным вертикальным стволом, которые после набора нужного сечения и высоты применяются взамен колонн и фундаментов.

Следует коснуться еще одного весьма перспективного направления в совершенствовании материалов: создания новых, ранее неизвестных человеку материалов с новыми свойствами. Здесь можно на основании предыдущего опыта предположить открытие новых материалов с ранее неизвестными свойствами. Например, новый материал-фуллерен (названный так в честь известного американского конструктора сетчатых куполов Б. Фуллера), представляющий неизвестную ранее форму углерода с атомами, расположенными в узлах пространственной решетки сферы и др. Считается, что фуллерен с молекулами, заполненными внутри (в пространстве сферы) различными материалами, может иметь новые разнообразные свойства.

Древесина и ее производные - это наиболее массовый биопозитивный строительный материал, позволяющий получать легкие, прочные, несгораемые, не гниющие конструкции (с помощью специальной обработки). Дерево в период роста является также естественным фильтром для загрязнений, выделяет полезные для человека вещества в воздух, обогащает атмосферу кислородом, а почву- гумусом, создает ниши для существования различных животных. Лес, использованный для изготовления строительных материалов, полностью восстанавливается, и природная среда "не замечает" изъятие небольшой части леса. Модифицированная древесина - отличный и достаточно высокопрочный материал, который можно армировать. Стены, выполненные из дерева, "дышат" и обеспечивают внутри помещений благоприятный микроклимат. Поэтому можно считать дерево одним из наиболее перспективных биопозитивных строительных материалов (табл. 8.3). В работах по пермакультуре дерево и кустарники рассматриваются как строительный материал для возведения жилых одноэтажных домов, причем часть деревьев и кустарников в этих домах используются в натуральном живом виде.

Древесина — самый распространенный и наиболее перспективный экологичный строительный материал многофункционального назначения. Из древесины после соответствующей обработки изготавливают легкие, прочные, несгораемые и не гниющие конструкции (несущие, ограждающие, оконные, дверные блоки и т.д.), а также широчайший спектр отделочных материалов и столярных изделий. Лесной массив после изъятия из него небольшой части древостоя полностью восстанавливается. Стеновые конструкции, выполненные из необработанной (бревна) или обработанной (цилиндрованные бревна, брусья) деловой древесины, «дышат», благодаря чему внутри здания поддерживается благоприятный микроклимат. Однако эксплуатационную ценность древесины снижают некоторые недостатки, обусловленные ее растительным происхождением. Перечень мероприятии, направленных на устранение этих недостатков, может в той или иной степени повлиять на степень экологичности древесины. Во-первых, древесина подвержена биоповреждениям. Продукты разложения целлюлозы, входящей в ее состав, являются питательной средой для домовых грибов. Такие грибы, воздействуя ферментами на не затронутые разложением участки, нарушают структуру «здоровой» древесины: она начинает растрескиваться, крошиться, а на конечной стадии гниения превращается в порошок. При благоприятных условиях домовые грибы могут в течение 1 —2 лет полностью разрушить деревянные конструкции. Кроме того, старая древесина построек -излюбленное место обитания некоторых насекомых. С целью обеспечения устойчивости древесины к поражению живыми организмами производят ее обработку антисептирующими веществами. Для антисептирования пиломатериалов применяют водные растворы пентахлорфенолята натрия и пропитки на его основе. Элементы внутренних конструкций защищают фтористыми, борными, хромомедными, хромомедноцинковыми препаратами. В ряде случаев в качестве антисептиков применяют пасты, в состав которых входят кремнефторид или фторид натрия, жидкое стекло, деготь и т.д. В последнее время широко используются защитные композиции на основе кремний-органических соединений. Все перечисленные вещества оказывают сильное антисептическое воздействие на древесину, практически не изменяя ее декоративных качеств и механических характеристик. Однако возникает закономерный вопрос: коль скоро защитные свойства антисептиков определяются их токсичностью по отношению к биоразрушителям, может ли древесина после подобной обработки считаться экологически безопасной для человека? Ведь и микроорганизмы, и люди — биологические индивиды. Что губительно для грибов, насекомых и морских древоточцев, вероятнее всего небезвредно для человеческого организма. Второй недостаток древесины — горючесть. Для защиты от возгорания деревянные конструкции обрабатывают антипиренами, которые применяются как в чистом виде, так и в смеси с другими компонентами (антисептиками, гидрофобизаторами, пигментами и др.). Антипирены и содержащие их комплексные препараты бывают водорастворимыми и органикорастворимыми. Пропитка древесины антипиренами обеспечивает ее перевод в категорию трудногорючих или трудновоспламеняемых материалов, а нанесение антипиренов на поверхность деревянных конструкций понижает скорость их возгорания и распространения пламени. Поскольку в процессе осуществления мероприятий по огнезащите древесина приобретает новые физико-механические свойства, не теряет ли она при этом свою первозданную экологичность? К числу недостатков древесины следует также отнести подверженность воздействию влаги и физическому износу (при использовании в качестве материалов для отделки полов). Влагостойкость древесины и ее способность противостоять истирающим нагрузкам повышают, применяя гидрофобные пропитки и защитно-декоративные лакокрасочные покрытия, которые не всегда бывают безупречными в плане экологической чистоты. Например, лаки, образующие наиболее прочные покрытия, изготавливаются, как правило, на основе карбамидных и формальдегидных смол. После нанесения слоя такого лака из образовавшейся пленки начинает улетучиваться растворитель, молекулы связующего реагируют между собой и, распадаясь, выделяют формальдегид в качестве продукта конденсации. Известно, что работать с таким лаком следует в хорошо проветриваемом помещении. И даже в этом случае остатки растворителя улетучиваются в течение трех дней. Наряду с такими традиционными материалами, как круглый лес, доски, брусья, шпалы и т.д., в строительной практике широко применяют клееные деревянные конструкции и разнообразные изделия, получаемые из отходов лесообработки. Из последней группы материалов к категории наиболее проблематичных в отношении экологической чистоты относятся древесностружечные и древесноволокнистые плиты. Изготовленные путем горячего прессования сырьевой массы, состоящей из древесных стружек (ДСП) или волокон (ДВП), воды, наполнителей, термореактивных полимеров (карбамидных и фенолоформальдегидных) и специальных добавок, они при определенных условиях могут стать источником формальдегида в жилище. Надо сказать, что среди токсичных газов формальдегид стоит на первом месте по степени негативного воздействия на человеческий организм. Он тяжелее воздуха и поэтому в закрытых помещениях скапливается у поверхности пола. Даже невысокие концентрации формальдегида вызывают у человека раздражение слизистых оболочек глаз, горла, верхних дыхательных путей, головную боль и тошноту. Наибольшую опасность этот бесцветный газ представляет для детей и лиц преклонного возраста, поскольку они наиболее чувствительны к его действию и проводят в доме больше времени, нежели представители других групп населения.

Строительные материалы из глины

Вторыми по экологичности являются строительные материалы и изделия из глины: необожженные кирпичи из глины в смеси с соломой и песком, обожженные керамические изделия - кирпичи, большеразмерные пустотелые камни для стен и перекрытий, плитка, черепица и др. Наименее энергоемкие кирпичи из высушенной глины в смеси с армирующей ее соломой много веков используются при строительстве зданий разной этажности в условиях сухого климата или при надежной защите от увлажнения. Четверть всех жителей Земли живет в домах, построенных из высушенных на солнце глиняных кирпичей, причем эти здания в странах с сухим климатом стоят сотни лет. Несомненным достоинством этого строительного материала является его полная рециклируемость, причем можно использовать разбираемый материал и в качестве добавки в почву для выращивания растений.

Таблица 8.3.

В последние десятилетия наступила эра второго рождения кирпича, черепицы и эффективных большеразмерных тонкостенных керамических изделий как элементов стен, перекрытий и колонн. Разработаны автоматизированные линии по производству большеразмерных керамических камней с повышенными теплозащитными свойствами, высотой на комнату, и керамических изделий как оставляемой опалубки для изготовления монолитных перекрытий и железобетонных колонн. Кирпич и керамические изделия являются рециклируемыми материалами, хотя и не полностью. При изготовлении этих изделий требуются большие затраты энергии.

Среди невозобновимых материалов можно выделить алюминий и стекло как почти полностью (на 90 %) рециклируемые материалы, к тому же при их повторном изготовлении требуется значительно меньше энергии. Сокращение расхода энергии при производстве биопозитивных строительных материалов является очень важной задачей, так как позволяет не только сокращать их стоимость и снижать расход энергоресурсов, но и меньше загрязнять среду. Так, при первичном изготовлении 1 м3 алюминия требуется очень большой расход энергии - 7250 кВт. ч. (для сравнения - получение 1 м3 цемента требует затрат 1700 кВт. ч, древесноволокнистых плит - 800, кирпича - 500, газобетона - 450, дерева - 180). Такой большой расход энергии делает алюминий неэкологичным материалом, однако, при повторном изготовлении из лома затраты энергии составят около 600 кВт. ч, что позволяет считать алюминий экологичным материалом.

В различных рекомендациях по экологичному строительству (или устойчивому развитию) рекомендуется использование местных материалов и местного опыта. Это положение может быть вполне обосновано резким сокращением затрат на транспортировку, а также возможностью использования богатого опыта предков: например, в странах, богатых лесом, веками строили с применением древесины и накопили богатый опыт; в странах с большими запасами естественного камня делали дома из этого камня; в странах с жарким сухим климатом возводили многоэтажные дома из высушенной на солнце глины.

Керамические материалы

 На втором месте по экологичности находятся строительные материалы и изделия из глины: необожженные кирпичи из глины в смеси с соломой и песком, обожженные керамические изделия — кирпичи, больше размерные пустотелые камни для стен и перекрытий, плитка, черепица и др. Наименее энергоемкими являются кирпичи из высушенной глины в смеси с армирующей ее соломой. Несомненное достоинство этого строительного материала — его полная рециклируемость. Однако здания из такого кирпича обладают существенным недостатком - стены нуждаются в надежной защите от воздействия атмосферной влаги и грунтовых вод. В последние десятилетия возросла популярность обожженного кирпича, черепицы и эффективных болыиеразмерных керамических изделий: на современных автоматизированных линиях выпускаются керамические камни размером «на комнату», обладающие повышенными теплозащитными свойствами, и керамические изделия, используемые в качестве несъемной опалубки при возведении монолитных железобетонных перекрытий и колонн. Обожженный кирпич, облицовочная плитка и строительная керамика относятся к группе не полностью рециклируемых материалов. Основной недостаток керамических изделий — большая энергоемкость процесса их производства. И если учесть, что количество энергии, затраченной на изготовление того или иного продукта, — один из важнейших показателей степени его биопозитивности, то к категории экологичных керамические материалы можно отнести лишь с некоторой долей условности. К числу факторов, обуславливающих невозможность использования керамических материалов в строительной практике, относится повышенная удельная активность естественных радионуклидов в готовых изделиях, что очень часто встречается в ситуациях, когда радиологический контроль сырьевых компонентов не производится должным образом или вовсе отсутствует. В соответствии с рекомендациями Национальной комиссии по радиационной защите (НКРЗ) суммарная удельная активность естественных радиоактивных веществ в любых материалах, применяемых в строительстве жилых и общественных зданий, не должна превышать 370 Бк/кг. Эффективная удельная радиоактивность — практически единственный контролируемый параметр при определении экологической безопасности керамических изделий, в том числе кирпича. Величина этого параметра зависит от географического положения карьера, в котором добывалось исходное сырье. В экологическом сертификате показатель удельной радиоактивности строительной продукции, как правило, указывается. Если экосертификат отсутствует, приобретаемую партию кирпича рекомендуется проверить при помощи бытового дозиметра, градуированного в рентгенах или радах (например, при помощи газоразрядного счетчика-дозиметра типа ДРГ-ОГТ).

Применение строительных материалов из невозобновимых ресурсов (цемент, сталь, бетон, железобетон, пластмассы, и др.), которые к тому же требуют значительных затрат энергии, являются плохо рециклируемыми, не позволяют создавать благоприятный микроклимат в помещениях, существенно загрязняют окружающую среду при изготовлении, необходимо постепенно ограничивать. Каждый раз при выборе строительного материала нужно сравнивать варианты с учетом экологичности материалов.

В понятие экологичности (биопозитивности) строительных материалов входит и невозможность выделения вредных веществ в период эксплуатации: например, некоторые натуральные каменные материалы - гранит, сиенит, порфир - имеют повышенный радиоактивный фон; пластмассы или строительные материалы с их применением (древесноволокнистые плиты, линолеум, синтетические краски, синтетические плитки для пола и для облицовки, различные синтетические добавки в бетон, раствор, синтетические клеи, утеплители на синтетической основе и др.) долго выделяют опасные газы в воздух помещений; изделия с асбестом, особенно подверженные выветриванию с поступлением волокон асбеста в воздух, признаны недопустимыми в ряде стран. Все это может быть чрезвычайно вредно для находящихся в помещениях людей, особенно детей.

Интересен возврат к природным материалам в современном строительстве в развитых странах: с целью оздоровления среды зданий не только для стен, перекрытий и кровли рекомендуется использовать естественные материалы, но даже и в качестве утеплителя наружных стен применяют вату из бумаги и отходов ткани, а для отделки рекомендуют только естественные красители и облицовку из естественного дерева, пробки, камня. Широко применяется обваловка стен и кровель грунтом, устройство озелененных крыш - газонов, сплошного вертикального озеленения наружных стен и внутренних двориков - атриумов. Возможно, биопозитивный материал для экологичных зданий будущего – это подобие естественного природного субстрата, осваиваемого флорой и мелкой фауной.

Алюминий и стекло

Среди невозобновимых, но почти полностью (на 90%) рециклируемых материалов следует отметить алюминий и стекло. В принципе при изготовлении упомянутых материалов из природных бокситов и кремния требуется очень много энергии, однако большой первичный расход энергоресурсов компенсируется при повторном производстве конструкций (из лома, из боя), что позволяет отнести эти материалы к категории экологичных.

Материалы и изделия из природного камня

Природный камень издавна применялся человеком в качестве строительного материала. Горные породы, добываемые из земных недр в виде каменных глыб-блоков, реже - в виде плит, и сегодня представляют собой исходное сырье для производства изделий, известных под обобщающим названием «декоративно-облицовочные камни». В зависимости от области применения декоративно-облицовочные камни подразделяются на три группы:

• камни (плиты), применяемые для внешней и внутренней облицовки вертикальных элементов конструкций здания;

• камни (плиты), применяемые для облицовки полов и изготовления ступеней;

• камни, предназначенные для изготовления декоративных деталей (колонн, пилонов и т.д.). При оценке степени экологичности природных каменных материалов следует принимать во внимание следующие факторы: ограниченность исходного компонента в земной коре (невозобновимость), энергоемкость процессов камнеобработки, повышенный радиоактивный фон некоторых натуральных камней. В принципе радиоактивностью обладают многие горные породы, радиоактивные компоненты которых вошли в состав поверхности Земли со времен ее образования. Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах, — это калий-40, рубидий-87, а также производные двух радиоактивных семейств, берущих начало от урана-268 и тория-232.3начение показателя удельной активности радионуклидов, содержащихся в горных породах, зависит от месторождения, глубины залегания и вида горной породы. В осадочных (известняк, ракушечник) и метаморфических (мрамор, кварциты)породах содержание естественных радионуклидов минимальное. В магматических горных породах (гранит, сиенит, кварцевый и бескварцевый порфир, пемза, туф и т.д.) их концентрация может превышать предельно допустимые значения, что необходимо учитывать при использовании природных камней в качестве материала для выполнения внутренних облицовок.

Железобетонные конструкции

Основное нарекание в адрес железобетона - отрицательное воздействие на микроклиматические параметры интерьернои среды при использовании в качестве материала для изготовления наружных ограждающих конструкций. Это объясняется тем, что железобетонные стены, в отличие от деревянных или кирпичных, обладают плохой воздухопропускающей способностью и низким термосопротивлением. В результате нарушается тепловлажностный режим, который наиболее важен для ощущения комфортности пребывания в помещении. И если при монтаже наружных ограждающих конструкций не были осуществлены мероприятия по их теплозащите, а в помещениях нарушена вентиляция, то плохое самочувствие Вам гарантировано. Кроме того, железобетонные конструкции могут являться источником ионизирующего излучения и оказывать соматическое (лучевая болезнь и патологические изменения в организме, органах и тканях), соматико-вероятностное (опухоли, болезни внутренних органов, сокращение продолжительности жизни) и мутационное (генные и хромосомные мутации) воздействия. Подобный вариант развития событий — неизбежная закономерность, если при производстве бетонных и железобетонных изделий использовался радиоактивный гранитный щебень или песок. Еще один недостаток железобетона заключается в том, что металлические стержни арматуры экранируют естественное электромагнитное поле Земли, в связи с чем определенные группы людей могут испытывать некоторый дискомфорт.

Строительные пластмассы и материалы на основе полимеров

 Пластмассами называют обширную группу органических материалов, основу которых составляют искусственные или природные высокомолекулярные соединения — полимеры, способные при нагревании формоваться и устойчиво сохранять приданную форму. Помимо полимера, который играет роль связующего вещества, в состав пластмасс входят: наполнители в виде органических или минеральных порошков, волокон, нитей, тканей, листов; пластификаторы; стабилизаторы; отвердители и красители. Пластмассы обладают рядом ценных физико-механических свойств, что определило основные области их применения в строительстве. Сегодня на основе полимеров изготавливаются: материалы для покрытия полов, внутренней отделки стен, потолков; встроенная мебель; строительные конструкции и погонажные строительные изделия; синтетические клеи и мастики; тепло- и звукоизоляционные материалы; кровельно-гидроизоляционные и герметизирующие материалы; санитарно-техническое оборудование, трубопроводы и арматура; синтетические лакокрасочные материалы. Наиболее распространенными полимерами, применяемыми в производстве строительных материалов, являются:

• по классу полимеров, получаемых цепной полимеризацией: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полиизобутилен, полистирол, поливинилацетат, полиакрилаты и кумароноинденовые полимеры;

• по классу полимеров, получаемых поликонденсацией и ступенчатой полимеризацией: фенолоальдегидные, фенолоформальдегидные, резорцинофор-мальдегидные, полимеры на основе амидо- и аминоформальдегидной поликонденсации, глифталевые полимеры, полиуретаны, полиэфирмалеинатные и полиэфиракрилатные, кремнийорганические и эпоксидные полимеры. Для строительных пластмасс и других материалов на синтетической основе, предназначенных для использования в помещениях, наиболее важны токсикологические и гигиенические характеристики. К группе материалов, представляющих опасность для здоровья человека, относятся пластмассы, выделяющие токсичные вещества в количествах, превышающих нормативные значения. Например, в результате незавершенности химических процессов полимеризации/поликонденсации из пластмасс могут выделяться: ацетон, бензол, фенол, фурфурол, хлор, винилацетат и др. Даже небольшие концентрации этих химических веществ могут вызывать нарушения в состоянии организма человека. Наиболее частыми причинами аллергических дерматитов и экзем являются формальдегидные, эпоксидные, полиэфирные смолы. Некоторые полимерные материалы для полов (линолеумы, полимерная плитка, ковровые покрытия), слоистые пластики, древесноволокнистые плиты, синтетические обои, различные полимерные добавки в бетоны и растворы, синтетические клеи, утеплители на синтетической основе и др. могут служить источником формальдегида. Причем материалы с защитным слоем будут дольше выделять формальдегид, нежели материалы, не имеющие защитного слоя. Интенсивность выделения летучих веществ зависит также от температуры, влажности и качества воздухообмена. Древесностружечные плиты, линолеумы, мастики и шпаклевки могут выделять фенол; отделочные материалы на основе полистирола — айрол; мастики, клеи и линолеумы — бензол; лаки, краски, клеи, шпаклевки, мастики и некоторые другие отделочные материалы — ацетон и толуол. Синтетические обои могут являться источником эмиссии свободного винил-ацетата, айрола, винилхлорида, акрила и пр. При использовании изделий из ПВХ в воздушную среду могут мигрировать бензол, гексен, толуол, метилен, этил-бензол и другие токсичные соединения. Пенополиуретановая пыль вызывает раздражение кожи и слизистых оболочек глаз, а при попадании в легкие вступает в реакцию с протеином, постепенно изменяет его структуру и способствует развитию эмфиземы легких. При высыхании лакокрасочных материалов на основе синтетических смол происходит испарение органических растворителей и летучих продуктов полимеризации/поликонденсации, что при определенных обстоятельствах тоже может стать причиной серьезных интоксикаций. Качественными количественный состав «гремучей смеси», образованной газообразными продуктами выделения, зависит от особенностей технологии производства синтетических материалов и режима их эксплуатации. Чрезвычайно токсичными могут быть вещества, выделяемые в процессе горения пластмасс. Так, при горении поливинилхлорида образуется диоксин — сильнейший яд,ничтожная доза которого смертельна для человека. Он в тысячу раз токсичнее известного яда стрихнина. Диоксин оказывает опаснейшее воздействие на иммунную и эндокринную системы организма, а также вызывает образование опухолей и отрицательно влияет на репродуктивные функции. Действие этого яда проявляется даже при предельно малых концентрациях. В России принята допустимая суточная доза (ДСД) диоксинов —10 пкг/кг массы тела (пикограмм — это одна триллионная доля грамма). Следует отметить, что на пластиковых поверхностях накапливается статическое электричество, которое не только негативно влияет на сердечную и нервную деятельность человека, но и притягивает синтетические пылеобразные частицы. А пыль, как известно, — благоприятная среда для микробов. В принципе практика гигиенической сертификации полимерной продукции свидетельствует о том, что при правильно выбранной технологии производства выделение токсичных соединений может быть пренебрежимо мало. Тем не менее, следует и самим придерживаться разумных пределов и при обустройстве интерьеров ограничивать применение отделочных материалов на синтетической основе, особенно в тех случаях, когда возможности вентиляции ограничены.

Материалы на основе асбеста

По производству асбеста бывший СССР занимал первое место в мире. До недавнего времени асбест очень широко использовался при производстве шифера, стеновых панелей жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений, вентиляционных труб и коробов, оконных сливов, обмазочных теплоизоляции, штукатурных растворов, огнестойких красок и т.д. Материалы на основе асбеста обладают высокой механической прочностью, водостойкостью, на них не действуют блуждающие токи. Однако в процессе технологических переделов асбеста: распушки, составления смесей, приготовления суспензий, придания плотности, хранения и т.д. происходит загрязнение природной среды. К тому же оказалось, что асбестовые волокна длиной от 5 до 250 мкм и диаметром менее 3 мкм могут проникать в легкие и оказывать вредное воздействие. Считается, что более крупные волокна в легкие не проникают, а более короткие выводятся лимфатической системой. Опасные для здоровья волокна задерживаются и повреждают клеточные мембраны, что постепенно приводит к развитию рака легких, верхних дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта. И хотя до конца не выяснено, всели волокнистые виды асбеста токсичны, лучше воздержаться от использования асбестсодержащих изделий для внутренней отделки.

Биопозитивные строительные материалы должны обладать и долговечностью, и стойкостью к различным воздействиям - высокой и низкой температуре, агрессивной среде. Среди воздействий на материалы и здания можно особо выделить агрессивные воздействия живой природы - борьбу живой природы с материалами и искусственными сооружениями (биоповреждения). Надо отметить, что именно биопозитивные ( природные) строительные материалы и конструкции наиболее подвержены биоповреждениям как издавна существующие и освоенные различными живыми организмами. Однако живая природа часто выступает в роли разрушителя любых искусственных материалов и объектов техники.

В Белоруссии Академией экологии предложен и строится экодом со стенами из соломы, которую укладывают в тюках, скрепляемых раствором, либо смешивают солому с глиняным раствором.

Живая природа, как показывает опыт, может активно или пассивно реагировать на изделия человека, включая эти объекты в экосистемы или, отторгая их (если они не носят биопозитивного характера). Ежегодный ущерб от биоповреждений постоянно растет (в начале 50-х годов он составлял около 2 % стоимости всей мировой промышленной продукции, в 70 -х годах - около 5 %, а в конце 80-х - около 7 %). В целом ежегодный ущерб от биоповреждений составляет около 50 млрд. долларов США. Биоповреждения - это следствие взаимодействия искусственных объектов и живой природы: искусственные объекты (здания, сооружения) занимают пространство, ранее занятое природной средой; искусственные объекты ухудшают состояние среды обитания живой природы; они заменяют места обитания на искусственные, урбанизированные, что отрицательно влияет на редкие, несинантропизируемые виды животных; в процессе строительства и эксплуатации здания и сооружения могут вызывать гибель живой природы.

При биоповреждениях живые организмы своей деятельностью или присутствием вызывают ухудшение структурных и функциональных характеристик материалов и искусственных объектов. Строительные материалы и сооружения, с одной стороны, таким образом, занимают пространство, ранее принадлежавшее живой природе, но с другой стороны они могут использоваться живой природой как пища или убежища. Кроме того, есть одна область человеческой деятельности , в которой биоповреждения играют позитивную роль: биологическое разложение отходов жизнедеятельности человека, некоторых видов загрязнений, ненужных отслуживших свой срок строительных материалов.

Биоповреждениям сильно подвержена древесина (домовые и почвенные грибы, термиты, морские организмы и др.), синтетические материалы (грибы и бактерии), бумага (грибы, бактерии), сталь (бактерии). Среди повреждающих живых организмов - бактерии, грибы, термиты, грызуны, моль, мебельные жуки и др. Борьба с нежелательными биоповреждениями строительных материалов и сооружений должна, с одной стороны, заключаться в локальной (местной) или в системной (комплекс мероприятий) защите от воздействий живой природы. С другой стороны, необходимо заранее (на стадии разработки и проектирования материалов и сооружений) учитывать интересы живой природы.

Постепенно уйдут в прошлое недолговечные и плохо разлагающиеся полиэтиленовые пакеты, их заменят долговечные холщовые сумки.

Снижение риска катастроф.

Биопозитивные здания и сооружения в городе могут существенно снизить риск ряда природных и техногенных катастроф. Это дает возможность сделать биопозитивность еще более привлекательной для использования в устойчивом проектировании и строительстве. Биопозитивные (экологичные) и красивые места расселения с биопозитивными объектами и здоровой средой могут снижать риск социальных катастроф ("города - миротворцы").

Существенное влияние на снижение риска некоторых природных и техногенных катастроф могут оказать следующие здания и сооружения:

*новые типы зданий для застройки неудобий дополнительно надежно удерживают оползни и без разрушения сопротивляются действию сейсмических нагрузок высокой интенсивности;

*новые типы "умных" зданий надежно защищены от любых сейсмических нагрузок, причем сейсмические воздействия не распространяются выше фундамента (жильцы не ощущают колебаний);

*новые типы берегоукрепительных сооружений позволяют одновременно снизить волновые воздействия на берег, благоприятно сформировать наносы в береговой зоне и защитить берег от разрушительного воздействия волн во время урагана;

*обвалованные здания успешно противостоят ураганам;

*застройка неудобий, озеленение территорий снижает опасность эрозии почв, образования оврагов и селей, вероятность пыльных бурь;

*исключительно положительно на укрепление почв, исключение эрозионных процессов влияет пермакультура.

Отметим также полифункциональность всех биопозитивных зданий и инженерных сооружений. Многофункциональная архитектура издавна применялась в практике проектирования и строительства зданий, но в понятие многофункциональности всегда вкладывали только обеспечение нескольких утилитарных функций в одном здании (например, жилое здание с универсальным магазином в 1 этаже и гаражами в подвальной части). Для биопозитивных зданий понятие полифункциональности шире: наряду с выполнением утилитарных функций (совмещение жилого дома, мастерской, гаража для автомобиля, ателье и др.) оно также помогает сохранению природной среды и обычно выполняет несколько природоохранных функций.

Для снижения риска катастроф можно использовать следующие полифункциональные здания и сооружения:

1. Здания на склонах, непригодных для обычного строительства, с дополнительной функцией удержания оползня. Для этого поверхность склона не подвергается разработке или террасированию; устраивают гибкие преднапряженные грунтовые анкеры, закрепленные в прочный грунт ниже поверхности скольжения. Эти анкеры в верхней части вместо обычных плит крепят к верхней поверхности наклонного фундамента здания. Таким образом, фундамент здания как анкер большой площади прижимает оползень и не позволяет ему активизироваться.

2. Комплекс биопозитивных зданий и инженерных сооружений в местах возможных наводнений. Для защиты от наводнения можно построить обвалованные (возвышающиеся) здания вдоль берега (используемые, например, как склады или холодильники), затем обваловать их и по верху выполнить парк с авто- (или вело-) дорогой. Откосы обваловки со стороны водоема удерживает подпорная стена типа волноотбойной стены, а с другой стороны - террасное здание с озелененными террасами. Со стороны водоема можно устроить пляж с навесами. Такое сооружение может надежно воспринять давление воды при наводнении.

3. Здания и сооружения для удержания селевого потока. В русле горной реки вдоль возможного прохождения селевого потока можно построить здания - плотины рекреационно-туристского назначения, которые перегораживают все русло и в то же время в нижней части имеют достаточно большие проемы для прохождения воды реки даже в период паводка. Эти здания должны быть надежно заанкерены в прочный грунт основания или уперты как арки в прочный грунт откосов вдоль берегов реки. При прохождении грязекаменного селя он будет постепенно удержан несколькими зданиями - плотинами. Однако, после удержания нужно создать возможность прохода воды реки.

Для удержания селя можно применить гибкие анкеры в виде искусственных "деревьев", выполненных из стали, пластика, железобетона, и др. Эти сооружения надежно крепят при помощи анкеров к прочному грунту и затем высаживают вьющиеся растения, которые крепятся к стволу и к уширению ("зонтику"). Ствол сооружения должен иметь одно или несколько шарнирных соединений по высоте, обеспечивающих свободный поворот при достаточно сильном горизонтальном силовом воздействии. При прохождении селевого потока искусственные сооружения наклонятся в направлении потока и своими уширенными частями как анкерами будут его замедлять и удерживать.

4. Возвышающиеся обвалованные жилые и другие здания могут легко противостоять воздействию урагана. Ураганный ветер будет обтекать плавные холмы обваловки, укрепленной озеленением, и пологие оболочки остекления атриумов.

5. Искусственное "озеленение" скал может быть использовано для удержания снежных масс от схода. Для этого в наклонной скале пробуривают по регулярной сетке расположенные рядом отверстия (скважины): одно - для закрепления искусственного "дерева" - анкера для удержания снега, второе - для внесения растительного грунта с удобрением, в который высаживается вьющееся растение, характерное для местных климатических условий. Снежная масса в зимний период откладывается на склоне и при этом "армируется" искусственными анкерами, которые своими расширенными частями удерживают массу от схода.

Придание таким зданиям и сооружениям «умных» функций позволит существенно расширить область их применения и повысить надежность против катастрофических воздействий.

Биопозитивные подпорные и шумозащитные стены.

Биопозитивные подпорные стены выполняют в виде конструкций с внутренним заполнением растительным грунтом и наружным сплошным озеленением; активные стены конструируют с постоянно действующими фильтрами для очистки воздуха, причем фильтры работают от давления воздуха при движении автотранспорта вдоль стены.

Биопозитивные шумозащитные стены - это озеленяемые стены с внутренним заполнением растительным грунтом и двусторонним сплошным озеленением. При разработке проекта озеленения подпорных и шумозащитных стен можно использовать рекомендации пермакультуры.

По схеме работы они могут быть гравитационными, уголковыми, контрфорсными, из армированного грунта; по схеме контакта с озеленяемым грунтом - с большими или малыми сквозными проемами в лицевой поверхности, заполненными растительным грунтом под углом естественного откоса; с горизонтальным озеленением поверхностей; с протяженными наклонными поверхностями грунта. Любую известную конструкцию можно сделать озеленяемой, если устроить на ней выступы для вьющихся растений, высаженных у основания стены, либо выполнить чередующиеся сквозные, горизонтальные или наклонные проемы, контактирующие с обратной засыпкой, и высадить в них растения. Однако специально сконструированные озеленяемые стены позволяют получить экономию материала.

Для озеленения лицевой поверхности необходимо:

*устроить проемы или "карманы" на лицевой поверхности стен с последующим их заполнением естественным грунтом и посадкой растений;

*возводить полностью или фрагментарно подпорные стены из габионовых элементов;

*устраивать пористую (природоподобную) лицевую поверхность, заполняемую грунтом;

*закреплять многослойной удерживающей сеткой на поверхности скального откоса слой естественного или искусственного грунта с удобрениями и семенами растений;

прикреплять к скальному откосу отдельные сборные железобетонные элементы с последующим заполнением пазухи растительным грунтом.

Массивные (гравитационные) стены выполняют из отдельных сборных пустотелых элементов (например, пустотелые бездонные ящики из тонких железобетонных плит с одинарным армированием), заполненных растительным грунтом

Стена с проемами может быть, например, из сборных объемных блоков замкнутого или незамкнутого профиля, монтируемых послойно и заполняемых грунтом. Проемы открыты либо в сторону лицевой поверхности, при этом поверхность грунта выполняется наклонной под углом естественного откоса, или вверх, тогда поверхность грунта горизонтальна. В первом случае лицевая поверхность стен вертикальна, во втором - с уступами по высоте.

В связи с выполнением стены из однотипных небольших сборных элементов облегчается устройство стен переменной высоты и на уклонах. С учетом возможности декоративного оформления участков лицевой поверхности предусматриваются разнообразные архитектурно выразительные решения.

Номенклатура сборных изделий ограничена, что значительно упрощает организацию их выпуска, снижается стоимость строительства.

Габионовые подпорные стены возводят из заполненных растительным грунтом гибких сеток, корзин, ящиков. Их стоимость минимальна.

Укрепление и озеленение скальных откосов развивается в направлении нанесения и удержания на крутых откосах растительного слоя и создания сплошных или прерывистых, хаотически расположенных по склону террас. В первом случае для улучшения удержания грунта на откосах в него наряду с семенами растений и удобрениями добавляют клейкие вещества. После налипания такого грунта на откосы его закрепляют металлическими или синтетическими сетками к скальному основанию. Во втором случае, для создания террас, сборные элементы различного очертания крепят жестко или шарнирно при помощи анкеров к скальному основанию и заполняют затем грунтом. Между отдельными элементами дополнительно рекомендуется натянуть металлическую сетку, увеличивающую поверхность озеленения.

Возможно выполнение "сот" биопозитивных стен из более простых по форме элементов - полусот, трехлистника, V-образных плит и балок. Наиболее простой - последний вариант: V- образные плиты (балки) имеют постоянные размеры и изготавливаются по кассетной технологии. С увеличением высоты стены меняется только длина балочных элементов.

Озеленяемую подпорную стену со ступенчатой лицевой поверхностью можно изготовить из бездонных ящиков, устанавливаемых со смещением. При этом образуются участки открытого грунта, более удобные для высадки вечнозеленых вьющихся растений, декоративных кустарников или цветов. Биопозитивные свойства уголковым подпорным стенам, в том числе и с пространственной лицевой поверхностью, придаются за счет выполнения отверстий в лицевых плитах или в местах стыка между ними. Кроме того, на лицевой стороне создают участки, где грунт засыпки удерживается установленными с определенным шагом по высоте плитами.

Для возведения озеленяемых подпорных или шумозащитных стен, а также стен биопозитивных зданий рекомендуется использовать универсальный пустотелый строительный блок, заполняемый растительным грунтом при монтаже. Его форма такова, что после монтажа каждого яруса снаружи стены (с одной или двух сторон) остаются горизонтальные выступающие участки, заполненные грунтом и пригодные для высаживания вьющихся растений. Ввиду горизонтального расположения поверхности грунта он не вымывается дождем. Растительный грунт внутри блоков должен сообщаться с естественным грунтом в основании здания (сооружения), для этого в фундаменте оставляют специальные проемы, заполненные грунтом. Корни растений проходят сквозь грунт в блоках в блоках и укореняются в естественном грунте, что не требует специального полива. Эксплуатация этой конструкции связана с необходимостью обеспечения внутренней гидроизоляции поверхностей, соприкасающихся с грунтом, например, заанкеренными рукавами из пленки; механизированного ухода за вертикальными озеленяемыми поверхностями (путем применения специальных машин, аналогичных газонокосилкам и др.); возможности роста поперечного сечения корней и их давления изнутри на блок (например, введением в грунт при засыпке легкосжимаемых емкостей, заполненных воздухом). При возведении шумозащитных или подпорных стен блоки могут сдвигаться один относительно другого для получения открытой поверхности грунта, при этом не требуется сложных выступов, облегчается изготовление.

Биопозитивные стены могут быть и контрфорсными. На контрфорсы могут быть оперты плиты в форме коноида или гипара. В этом случае в местах стыка пространственных плит по высоте стены образуются горизонтальные участки открытого грунта, используемого под озеленение. При большой высоте подпора грунта для уменьшения активного давления на стену и одновременного увеличения поверхностей озеленения на удерживаемый склон под углом 30...600  укладывают контрфорсы. В поперечном направлении между ними вертикально или наклонно закрепляют плиты. В образующуюся на склоне обрешетку засыпают грунт и высаживают растения.

Армогрунтовые подпорные стены считаются наиболее экономичными. Их озеленяют за счет взаимного смещения рядов ограждающих плит, изготовлением плит в форме гипара или коноида. В этом случае лицевая поверхность вертикальна, а пространственные плиты могут чередоваться с плоскими.

Для озеленения укрепляемых скал и удержания сеток склон полностью или фрагментарно покрывают пространственными перфорированными сборными железобетонными элементами. При этом их крепят к скалам на анкерах, пространство между ними и склоном заполняют растительным грунтом. За счет небольших размеров и пространственной формы элементы не изменяют в целом рельеф склона, оставляя его в естественном виде, а разросшаяся растительность с течением времени скрывает бетонные поверхности.

Небольшие по высоте скальные откосы рекомендуется закрывать сборными железобетонными плитами-экранами с отверстиями. При прочных скальных грунтах плиту устанавливают на бетонную подготовку без фундамента и крепят к откосу анкерами. Обратную засыпку выполняют растительным грунтом. При большой высоте и крутом рельефе к откосу анкерами с определенным шагом закрепляют стойки, на которые навешивают плоские или пространственные плиты-экраны или устанавливают между ними горизонтально плиты - полки.

В ряде случаев (нет надобности в дополнительных горизонтальных участках, при скальных грунтах и др.) откосы планируют и озеленяют без устройства подпорных стен. Наиболее полно эта проблема разработана в Японии. Для озеленения откосов существуют следующие способы: напыление или нанесение на откос толстого слоя озеленительного материала, представляющего собой смесь семян, удобрений, питательного раствора, слабого вяжущего (глины и др.), пористого заполнителя, армирующих материалов (органического волокна и др.); укладка железобетонной решетки с ячейками, в которых высевают растительность после их заполнения грунтом, или же в ячейки устанавливают ящики с отверстиями, заполненными почвой, удобрением и семенами; укладка по поверхности откоса рулонного озеленительного ковра (слой почвы с семенами, удобрениями, вяжущим, пористым заполнителем, обшитый с двух сторон геотекстилем), закрепляемого сплошной сеткой, заанкеренной к грунту откоса; установка в неглубокие пробуренные отверстия в скальном грунте сосудов с питательной смесью и растениями, причем для крепления стеблей этих вьющихся растений служат синтетические шнуры, привязанные к заанкеренным в скале стержням; укладка железобетонных коробов на откос с заполнением их растительным грунтом; устройство на наклонной решетке дополнительных вертикальных стенок с целью придания большей архитектурной выразительности и высадки не только трав, но и деревьев. В Японии создан большой комплекс модификаций этих озеленяемых откосов.

Биопозитивные шумозащитные стены. С учетом наибольшей эффективности шумозащиты и простоты возведения на магистралях целесообразны биопозитивные шумозащитные стены (экраны). Их рекомендуется проектировать таким образом, чтобы отношение высоты к толщине поперечного сечения в нижней части стены составляло 3 :1...5 :1. Разработаны различные конструкции шумозащитных озеленяемых подпорных стен из сборного или монолитного железобетона. Конструктивно они представляют собой железобетонные емкости с отверстиями, заполненные естественной или искусственной грунтовой смесью с высаженными в нее растениями. Корни проникают через отверстия в естественный грунт, поэтому не требуется специальная поливка.

На фасадах озеленяемой шумозащитной стены, после того как растения укрепятся и вырастут, видна сплошная завеса из листьев (в теплое время года) или вьющиеся ветки растений на фоне железобетонных плоскостей (в холодное время). Для архитектурной выразительности рекомендуется предусматривать шумозащитные стены с декоративной поверхностью (волнообразный рельеф и др.).

Варианты конструкций шумозащитных озеленяемых стен:

*стойки с шагом 4...6 м, защемленные в фундаменте или грунте, с введенными в их пазы наклонными плоскими плитами рельефной поверхности. В них могут быть выполнены сквозные отверстия диаметром 5...10 см, в которые также можно высадить растения;

*коробчатые элементы, установленные один на другой и заполненные грунтом, причем на фасадных частях видны естественные откосы грунте, на которых высаживают растения;

*составные элементы, выполняемые из отдельных складок, монтируемых одна на другую с заполнением внутреннего пространства грунтом. В конструктивном отношении они подобны коробчатым:

*треугольные рамы с шагом 4...6 м, в пазы которых помещают вертикально расположенные плоские плиты с рельефной фасадной поверхностью. В этой конструкции грунтовая засыпка представляет собой объем, сечение которого увеличивается сверху вниз.

Шумозащита осуществляется в этих стенах, во-первых, за счет глушения массивными железобетонными стенами с грунтовым заполнением; во-вторых, переориентацией звука неплоской поверхностью стен; в-третьих, глушением шума озеленением.

Озеленяемые (биопозитивные) шумозащитные экраны - это многофункциональные конструкции, в которых усилены шумозащитные функции путем озеленения лицевой

поверхности и верха стены, а также улучшен внешний вид стен и добавлена экологичность конструкций - способность абсорбировать загрязнения и таким образом очищать воздух.

Все разработанные типы шумозащитных экранов являются грунтозаполненными стенами, в которых почвенно-растительный грунт заполняет полости, образованные железобетонными стенками, причем этот грунт в нижней части контактирует непосредственно с естественным грунтом. Это позволяет высаживать траву, вьющиеся растения и небольшие кустарники без необходимости постоянного специального полива, так как корни растений могут располагаться в естественном грунте (рекомендуется подбирать растения с длинными корнями, проникающими в естественный грунт).

Основными особенностями конструктивных решений новых типов озеленяемых шумозащитных экранов являются :

1. Наличие горизонтальных или слегка наклонных поверхностей растительного грунта, расположенных с постоянным шагом по высоте экрана; объединение всех объемов грунта внутри экрана между собой и с естественным грунтом под экраном;

2. Многослойность конструкции экрана, положительно влияющая на эффективность

шумогашения;

3. Создание неплоской лицевой поверхности экрана, хорошо отражающей и переориентирующей звуковые потоки;

4. Возможность устройства густого озеленения по верху экрана, хорошо препятствующего прохождению звука через верх;

5. Возможность устройства наклонной плиты в верхней части экрана, препятствующей прохождению звука к объекту защиты;

6. Экологичность новых типов экранов, заключающаяся в очистке загрязненного воздуха (абсорбция загрязнений озеленением в летний период, принудительная очистка через проемы в нижней части экранов в любое время года), а также в достаточно высокой архитектурной выразительности экранов с вертикальным и горизонтальным озеленением.

7. Сравнительно небольшая ширина экранов, позволяющая монтировать их в условиях существующей застройки при дефиците свободных площадей.

По работе предлагаемые конструкции делятся на:

а. Свободно стоящие, выполняемые из бездонных железобетонных коробов (емкостей), заполненных растительным грунтом и имеющих на боковых поверхностях открытые участки грунта для высаживания растений. Железобетонные короба могут иметь разную форму, чтобы получить свободные горизонтальные участки грунта: боковые «карманы», консольные выступы, что дает возможность в итоге создать достаточно выразительную лицевую поверхность. К тому же неплоская лицевая поверхность стенки переориентирует и разбивает звуковые потоки.

Конструктивной особенностью решения является необходимость устройства под этими экранами фундаментов со сквозными проемами, чтобы грунт внутри экранов контактировал с естественным грунтом и корни растений могли свободно проникать в толщу естественного грунта.

б. Контрфорсные, состоящие из вертикальных железобетонных контрфорсов, к которым прикреплены горизонтальные плиты или оболочки, образующие заполненные грунтом полости с открытыми участками грунта. Плоские железобетонные контрфорсы в виде плит устанавливают через 4-6 м по длине стены. В пазы на боковых поверхностях контрфорсов монтируют плоские или криволинейные лицевые плиты, которые могут иметь рельефный рисунок на поверхности. Контрфорсы заделываются в небольшие столбчатые (отдельно стоящие) фундаменты. Контрфорсные стенки могут иметь самую минимальную общую толщину (40 -50 см), что позволяет рекомендовать такие конструкции для установки в условиях наиболее близкого расположения защищаемых зданий по отношению к магистралям.

в. Гравитационные, представляющие собой террасированные с помощью железобетонных откосоудерживающих конструкций (плит, коробов) массивы грунта с достаточно большой шириной в основании (до 4-8 м), на террасах которых высажены различные растения (кустарники, цветы и пр.). Для создания террас можно установить плоские рамы с шагом 4-6 м, в пазы на боковой поверхности которых смонтировать плоские плиты высотой 40-60 см. Все внутреннее пространство заполняется грунтом с уплотнением (чтобы не было значительной осадки после полива), затем на горизонтальных террасах высаживают растения. Для хорошего роста растительности на шумозащитных экранах необходим периодический полив с помощью специально оборудованных машин.

С целью эффективной очистки загрязненного воздуха в месте его максимального загрязнения (между шумозащитными экранами внутри своеобразного «короба», образованного экранами и проезжей частью) предлагается устройство принципиально новых активных экранов. В нижней части таких экранов, там, где скапливается загрязненный воздух, можно устроить воздухозаборники, соединенные с вентиляторами и системой очистки. Привод вентиляторов возможен от ветроколес, установленных наверху экранов. Такое решение позволит очищать наиболее загрязненный воздух в месте его образования и не допускать значительного рассеивания загрязнений по территории города.

Общий вид озеленяемых шумозащитных экранов, как в летнее, так и в зимнее время достаточно эстетичен, чередование разнообразных архитектурно- конструктивных решений не даст возможности утомиться зрению водителя. При размещении таких стенок -экранов в центральной части города можно периодически включать в их конструкцию стеклянные экраны, чтобы водители могли видеть номера зданий, а также для большего разнообразия и выразительности конструкций.

На биопозитивных стенах можно размещать гелиоколлекторы, солнечные батареи, а пространства за стенами использовать для установки метантенков, подогреваемых энергией от гелиоколлекторов. Это решение эффективно при южной ориентации стен и их достаточно большой протяженности. Подобные решения для разной степени экологичности (биопозитивности) экранов описаны ниже.

Биопозитивные берегоукрепительные сооружения.

К этим сооружениям относят любые инженерные конструкции в прибрежной зоне, контактирующие с водой: буны, волноотбойные стены, причалы, молы, искусственные рифы и водоросли, устройства для выращивания морепродуктов. Их целесообразно выполнять таким образом, чтобы они укрепляли берег, удерживали пляжи, формировали наносы на дне, гасили энергию волн и одновременно создавали условия для крепления обрастаний к субстрату, выращивания морских организмов, в том числе живущих в прибрежной зоне, и очистки воды.

Берегоукрепительные сооружения могут быть саморастущими; известковый камень наращивается из содержащихся в воде солей воды на тонкие стержни арматуры. Эти сооружения можно также делать активно - биопозитивными, когда ряд функций усиливается за счет поступления энергии от нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ).

В процессе строительства и эксплуатации традиционных берегозащитных и берегоукрепляющих сооружений нарушается сложившаяся экологическая обстановка в прибрежной зоне. Под насыпными пляжами исчезает естественная среда обитания и защитные укрытия большинства прибрежных живых организмов и растений, играющих важную роль биофильтров морской воды. Суммарная площадь бетонных конструкций значительно меньше площади естественного литоконтура морского дна. Гладкая поверхность сооружений мало пригодна для прикрепления водорослей и моллюсков. При шторме они легко срываются волнами и погибают. Кроме того, в межбунном пространстве ухудшается циркуляция морской воды, что снижает содержание кислорода в ней, способствует накоплению вредных веществ и развитию болезнетворных микроорганизмов. В связи с этим на участках защищенного от волновой эрозии берега подавляется естественная способность воды к самоочищению. Учитывая масштабы строительства берегозащиты, необходимо на стадии проектирования уделять особое внимание вопросам экологии.

Необходимо отметить положительный опыт устройства новых насыпных искусственных пляжей для закрепления разрушаемого морем берега и одновременного создания дополнительных рекреационных территорий. В мировой и отечественной практике известно устройство новых достаточно широких (несколько десятков метров) песчаных пляжей, которые позволили остановить разрушение берега и обеспечить надежную многолетнюю защиту берега без его последующего разрушения. Однако, требуется достаточно большое время для заселения нового дна моря в прибрежной зоне растениями и животными. При этом необходимо создать укрытия для животных и не разрушаемые волнами участки субстрата для прикрепления растений и живых организмов - обрастателей. Песок и гравий в прибрежной зоне могут постоянно перемещаться волнами, пока не будут закреплены корнями растений и илом. Поэтому однородное песчаное или гравийное дно - далеко не лучшее место для обитания морских животных и растений. На нем нужно создать локальные искусственные рифы как места для обитания животных и растений.

Конструкция берегоукрепительных сооружений должна сохранять естественную среду обитания прибрежных организмов и растений (источенные волнами камни, щели между валунами, шероховатая поверхность скал) или воссоздать искусственную. Это достигается за счет создания заполненных камнем полостей, свободно омываемых водой и доступных морским организмам, развитых наружных поверхностей, искусственно создаваемых неровностей и т.д.

Современные тенденции совершенствования бун - снижение массы отдельных монтажных элементов в целях применения для их установки более экономичных береговых монтажных механизмов, уменьшение расхода гидротехнического бетона и повышение биологической активности.

Контурная часть сборно-монолитного массива может быть выполнена в виде объемного железобетонного элемента .Для повышения биологической активности возможно устройство проемов в стенах короба и заполнение его не бетоном, а каменной засыпкой. При этом внутри буны создается удобная среда для развития, размножения и защиты от врагов и волн большого числа донных и прибрежных животных и растений. Кроме того, это улучшает циркуляцию воды в межбунном пространстве, увеличивает содержание в ней кислорода и питательных веществ.

Придание биопозитивных свойств гравитационным бунам возможно за счет выполнения массивов с полостями, а также применения при их изготовлении автомобильных покрышек и канатов. Так, обрывки каната позволяют моллюскам надежнее укрепиться на поверхности бун, а автомобильные покрышки в приурезовой зоне защищают блоки от истирания галькой.

В настоящее время эксплуатируется большое количество построенных ранее берегоукрепительных сооружений, которым при их ремонте можно придать биопозитивные свойства. Например, буны из массивной кладки могут быть дополнены сборными железобетонными экранами, закрепляемыми вдоль боковых граней на некотором расстоянии, с последующим заполнением зазора каменной засыпкой. экранные плиты выполняют перфорированными, в них целесообразно дополнительно установить автомобильные покрышки. Исходя из безопасности для купающихся отверстия в экранных плитах должны быть небольшими. Во внутренние полости биопозитивных бун предлагается устанавливать коллекторы для выращивания морепродуктов, периодически удаляемых через люки в верхней части.

Система таких сооружений, располагающихся вдоль берега, позволит разместиться большому количеству отдыхающих. При этом стоимость ее намного ниже традиционного устройства искусственных пляжей, а экологические последствия антропогенного воздействия более благоприятны за счет сохранения естественной среды обитания водных организмов. С этой же целью при строительстве искусственных пляжей целесообразно оставлять участки берега в естественном состоянии.

Волноотбойная стенка сооружается из сборных железобетонных плит, пространство между которыми заполнено каменной засыпкой, а в лицевой плите выполнены отверстия.

Полифункциональная волноотбойная стена разработана для повышения качества отдыха в прибрежной зоне моря. В стене созданы системы воздействия на слух, зрение и обоняние отдыхающих: генерации звука органными трубами, цветного освещения и распыления морской воды. Они начинают работать при волнении моря. Вода поступает в сужающиеся трубы, разгоняется и вводит в действие все три системы: сжимает воздух в промежуточных камерах, отчего начинают звучать органные трубы; вращает генератор, который подключен к цветным лампочкам, прикрепленным к органным трубам (цветомузыка), и с большой скоростью, вращаясь, ударяется о распылительные тарелки, расположенные у концов распылительных труб, отчего на набережную поступает насыщенный морскими ионами целебный воздух.

Оздоровление воздуха и улучшение визуального восприятия набережной может быть достигнуто путем строительства бассейнов, сообщающихся с морем, и устройства в них подводных трубок, через которые в период небольшого волнения моря подаются вверх фонтаны морской воды.

Трубки расширяются в сторону моря, поэтому при входе небольшой волны в трубу на ее зауженном конце (в бассейне) развивается большая скорость движения воды.

Искусственные рифы можно устраивать из разнообразных сборных конструкций, образующих на дне объемное сооружение неправильной формы с большой площадью поверхности для крепления гидробионтов - обрастателей и заменяющее им естественный субстрат. Кроме того, в этом искусственном рифе создаются многочисленные внутренние полости, омываемые морской водой, которые дают возможность развиваться и существовать рыбам, мидиям, крабам и другим обитателям моря. В качестве сборных элементов применяют: стандартные блоки (тетраподы), изогнутые в двух плоскостях элементы, объемные структурные блоки, сплошные с внутренними полостями. Представляет интерес использование сеток из стальной арматуры (искусственных материалов и др.), заполненных естественными камнями; при этом массу заполнения рассчитывают, исходя из грузоподъемности монтажного механизма и несущей способности сетки.

Для протезирования рационально применение искусственных рифов с искусственными водорослями. Эти камни изготовляют из бетона, причем перед укладкой в опалубку в ней крепят полосы из синтетической ткани или пластмассы шириной 20...100 мм, длиной 300...700 мм. На заделанном конце устраивают небольшие утолщения для анкеровки в бетоне, а на свободном предусматривают заполненные воздухом герметичные полости (при этом искусственные водоросли всплывут). Размеры в плане и по высоте искусственных рифов определяют расчетом, руководствуясь требуемой площадью биофильтра, необходимостью волногашения, задачами будущего промысла.

При строительстве новых и реконструкции существующих зданий и сооружений на шельфе необходимо предусмотреть поверхности для гидробионтов -обрастателей и создание труднодоступных полостей, омываемых водой, для развития и защиты живых организмов. В новых массивных сооружениях целесообразно проектирование «скворечников», представляющих собой крупноразмерные полости в бетоне, сообщающиеся с водной средой небольшими отверстиями. На одном сооружении рекомендуется устраивать отверстия разного сечения - от 3х8 до 20х20 см или диаметром 3...20 см, располагая их в шахматном порядке. Размеры внутренней полости - от 5 х5 х10 (h) до 40 х40 х100 (h) см, причем в ее нижней части устраивают второе отверстие для предотвращения застоя воды и осаждения твердых включений.

На тонкостенные элементы, а также на существующие конструкции с гладкой внешней поверхностью можно крепить специальные биопозитивные блоки-накладки. Их закрепляют стальными анкерами, приваренными к тонкостенной конструкции, и заделывают в отверстия блоков с помощью, например, эпоксидно-цементного компаунда, или на расширяющемся цементе.

На трубчатые конструкции подводной части платформ крепят цилиндрические блоки, состоящие из двух скорлуп, охватывающих стальную трубу и прикрепляемых к ней анкерами. Между внутренней поверхностью блоков и трубой имеется полузакрытое пространство, омываемое морской водой и образующее подводный "скворечник".

Одно из интересных конструктивных решений для формирования дна, гашения волн, создания площадки для крепления обрастаний, - искусственные водоросли - синтетические полосы, нити, прикрепленные к анкерам или искусственному дну и всплывающие в воде за счет малой плотности или устройства специальных воздушных карманов. Они обеспечивают дополнительную аэрацию морской воды при ее волнении и быстром перемещении относительно водорослей, находящихся вблизи поверхности. Высота водорослей должна быть: глубина моря плюс высота наибольшей волны; расположение их в плане - прямолинейное, криволинейное, кольцевое, прерывистое, ломаное. Они могут быть и переменной высоты, а по длине иметь инвентарные разъемы, рассчитанные на небольшое усилие. При надобности можно устроить придонные механизмы для сматывания (сворачивания) водорослей с целью прохода крупных плавсредств, с последующим их разматыванием в плавающее положение.

Аэрацию морской воды, ведущую к ее насыщению кислородом и росту способности к самоочистке, можно повысить созданием специальных криволинейных направляющих на пути движения волны, которые преобразуют движение воды в криволинейное, разбивают волну на отдельные струи, капли, контактирующие с воздухом. Наиболее простое конструктивное решение - пилообразная наклонная волноотбойная стена, которая постепенно гасит усилие волнового воздействия и направляет воду вверх, аэрируя ее. Существует целый ряд разработок волноотбойной стены с дополнительными устройствами, гасящими волну за счет переориентирования ее движения. При этом возможна дополнительная аэрация.

Искусственные острова (искусственные пляжи), монтируемые на период купания и затем снимаемые со стационарных фундаментов, также могут дополнительно аэрировать воду. Для этого на столбах должны быть выступы (лопасти), в плите - отверстия, через которые фонтанирует вода даже при небольшом волнении, а к низу плиты подвешены искусственные водоросли. Отдельные плиты объединены съемными мостиками между собой и с берегом, при этом сохраняется подводная флора и фауна.

Сохранение придонной флоры и фауны важно при разработке различных типов искусственных рифов, которые должны не только защищать дно от размыва, но и придонные организмы - от травм и сетей. Интересно решение в виде блока, который присасывается ко дну за счет кольцевого выступа, по периметру опорной плиты, а в верхней части имеет стержень, служащий для разрывания сетей (предложение, разработанное во Франции). Эту конструкцию можно улучшить, если блоки искусственных рифов расположить на небольших расстояниях на защищаемом участке дна, а их верх сделать гладким (типа оболочки), чтобы тралы или сети скользили по поверхности. Расстояния между отдельными блоками искусственных рифов должны быть такими, чтобы сеть не касалась дна.

Следующим шагом в создании биопозитивных берегоукрепительных сооружений должна быть разработка активно - биопозитивных конструкций, подпитывающихся энергией от НВИЭ (например, энергии волн и др.), для усиления очистительных функций. В качестве примера рассмотрим буну, активно очищающую морскую воду в прилегающей акватории. Для придания ей активных свойств внутри устраивают фильтры грубой и тонкой очистки (их периодически очищают или заменяют новыми), сквозь которые прогоняется вода, засасываемая через подводные отверстия. Для создания тока воды служат гидравлические насосы, приводимые в действие поплавками, шарнирно прикрепленными к буне, расположенными с боковых сторон и дополнительно играющими роль искусственных пляжей в тихую погоду. При сильном волнении моря, а также в зимний период поплавки трансформируются в защитный навес над буной. Аналогичные системы могут быть устроены в волноотбойных стенах.

Весьма привлекательная идея строительства биопозитивных "аквариумов наоборот", когда посетители наблюдают за подводным миром, находясь в подводном здании. Подводный музей может быть выполнен в виде куполообразной оболочки с окнами (иллюминаторами), изготовленный на суше и погруженный на подготовленную постель при помощи заполнения его водой. После анкеровки ко дну, устройства подводного коридора, сообщающегося с берегом (например, с входом в подпорной стене набережной), монтажа рифов и внешнего подводного освещения из оболочки выкачивают воду, отделывают и монтируют внутреннее оборудование.

Для увеличения эффекта присутствия в подводном мире возможно устройство прозрачных каналов внутри подводного здания, сообщающихся с морской водой через подземные каналы и проем вверху. Устройством освещения, искусственных рифов, кормушек для рыб можно привлечь большое количество морских животных к светопрозрачным ограждениям морского аквариума.

Изготовление подводных морских биопозитивных сооружений различного назначения из природного субстрата целесообразно с использованием предложенной в ФРГ и США технологии [80]. Установлено, что при погружении в морскую воду анода и катода и подаче небольшого постоянного тока в воде происходит химическая реакция, сопровождаемая осаждением на катоде материалов, подобных известняку. Если катод выполнить в виде сетки, то при постепенном наращивании искусственного камня происходит объединение оболочек, создающихся вокруг стержней сетки, между собой, и создание сплошной неровной каменной перегородки. В то же время при достаточно большом шаге стержней сетки они покрываются камнем, и получается сетчатая сталекаменная конструкция.

Для постоянной подачи слабого напряжения на анод и катод предложено использовать солнечные батареи, размещенные над поверхностью воды. Этот способ возведения биоподобных (подобных кораллам) подводных сооружений может быть применен для ремонта свай, подвергшихся коррозии и уменьшению сечения (такой опыт уже есть, сваи были усилены наращиванием каменного покрытия толщиной около 10 см), для создания искусственных рифов (анод в виде стержня должен быть отделен от катода в виде трубчатой сетки пластмассовыми диафрагмами), и даже для строительства крупных подводных сооружений - оболочек аквариумов, дырчатых оболочек многослойных биофильтров.

1.1.5 БИОПОЗИТИВНЫЕ ШОССЕ И ДРУГИЕ ИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ.

Функции биопозитивности необходимо придать всем инженерным сооружениям в городе: улицам и автомагистралям, заборам, опорам освещения, покрытию тротуаров и дорог, различным инженерным сооружениям на территориях заводов - градирням, силосам, бункерам, галереям и др.

Биопозитивное покрытие тротуаров, дорог, стоянок машин и других твердых покрытий должно не закрывать герметично растительный грунт, допускать существование живых организмов, не прерывать поток веществ и энергии, оставлять возможность произрастания травы на грунте. Все это можно достичь, если вместо сплошного слоя покрытия (асфальт, бетон) сделать покрытие, проницаемое для воды, света, воздуха.

В Чехии разработаны и построены стоянки для легковых автомашин с покрытием в виде дырчатых железобетонных плит, форма которых обеспечивает возможность произрастания травы на большей части площади стоянки, (плиты опираются ребрами на 30% площади плит, остальная площадь занята травой), причем выросшая выше поверхности плит трава срезается колесами машин. Площадь проемов в верхней поверхности плит значительно меньше площади отпечатка колес, поэтому при езде по такому покрытию не наблюдается тряски. Дождевая вода легко проникает в грунт, испарению воды также ничто не препятствует. В почвенно - растительном слое могут жить почти все животные, которые обычно живут в грунте и перерабатывают биоотходы. Подобные конструкции должны применяться и для тротуаров, проезжей части автодорог. Если они выполняются из традиционных материалов- бетона, асфальта, камня - в конструкциях должны быть предусмотрены проницаемые швы, отверстия, небольшие регулярные проемы, которые могут несколько расширяться по направлению к грунту, чтобы как можно меньшая часть площади грунта была закрыта непроницаемым покрытием. Видимо, должны быть пересмотрены многослойные конструкции дорожной одежды с толстыми сплошными слоями щебня. Заборы также могут быть надежными и в то же время биопозитивными (см. рис.8.10,г). В конструкциях заборов применены пустотелые заполненные почвой столбы и плиты. Высаженные в открытые поверхности растительного грунта растения по мере роста достигают корнями естественного грунта в основании, что может не требовать в дальнейшем полива.

Многообразны и выразительны биопозитивные опоры освещения, выполненные в виде заполненных растительным грунтом оболочек. Как уже подчеркивалось, создание дополнительных площадей озелененного грунта благотворно влияет на очистку воздуха и на улучшение внешнего вида сооружений.

"Биопозитивное шоссе" - это шоссе любого назначения, которое содержит устройства для очистки воздуха и воды от загрязнений с одновременным обеспечением нормального развития растительности под ним. Для этого в местах регулируемого стока дождевых вод установлены съемные фильтры (например, волоконные), очищающие воду перед ее сбросом на землю от загрязнений. В местах регулируемого прохода загрязненного воздуха наружу из внутреннего объема шоссе, образованного полотном дороги и боковыми непрерывными озеленяемыми шумозащитными экранами, установлены съемные фильтры. Для нормального роста растительности, освещаемой естественным солнечным светом, в покрытии выполнены прозрачные участки, а для естественного роста озеленения в шумозащитных экранах грунт в них контактирует с естественным грунтом в местах опор. Загрязненный воздух всасывается вентиляторами с приводом от ветроколес (или от напора воздуха при движении автомобиля) и фильтруется.

Может быть предложено много вариантов биопозитивных шоссе, в том числе и подземных, и на склонах, и с активной очисткой стекающей с покрытия дождевой воды и загрязненного автомобилями воздуха. Среди широкого круга рассматриваемых проблем ученые обратили внимание на большой объем твердых непроницаемых покрытий в городах, поскольку они изымают из естественного кругооборота веществ и энергии значительные площади земель. В ФРГ в результате исследований в 150 городах установлено, что эти покрытия препятствуют естественным связям между атмосферой и почвой, что очень вредно для биоты, водного режима, микроклимата. Предложена замена твердых покрытий из асфальта и бетона на проницаемые для воды и воздуха, а также пригодные для освоения растительностью

1.2 ЭКОЛОГИЧНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ.

  Более 75% времени человек проводит в тех или иных помещениях (дома, на работе, в учебных заведениях, магазинах, медицинских учреждениях и т.п.), поэтому к числу факторов, оказывающих существенное влияние на его здоровье, относится степень экологичности (биопозитивности) интерьерной среды зданий, в особенности - жилых. Биопозитивность искусственно созданной среды обитания - понятие довольно емкое. Но, прежде всего, она определяется экологической безопасностью компонентов этой среды: ограждающих конструкций здания, материалов, использовавшихся в процессе их отделки, элементов декора, предметов мебели и домашнего обихода, бытовых приборов и приспособлений, оргтехники, посуды и даже комнатных растений. К числу наиболее распространенных источников негативного воздействия на организм пользователя архитектурным объектом относятся строительные материалы и изделия. Однако человек, решившийся произвести ремонт в своей квартире, как правило, думает, прежде всего, о том, в какую сумму выльется ему этот ремонт, нежели об экологической безопасности строительной продукции, которую он собирается приобрести. Некоторые, пытаясь любым путем сэкономить, предпочитают обходиться дешевыми, а стало быть, не всегда экологичными материалами, не подозревая, что зачастую наносят вред собственному здоровью. Как это ни странно, у большинства россиян слово «евроремонт» ассоциируется с установкой окон и дверей из ПВХ, монтажом синтетических напольных покрытий, оклейкой стен виниловыми и поливинилхлоридными самоклеящимися пленками, стеклообоями, устройством экзотических подвесных потолков и т.д. При этом многие даже не догадываются, что подобная искусственная отделка будет являться источником эмиссии чрезвычайно токсичных веществ (формальдегида, фенола, акрилатов, фталатов, бензола и т.д.), которые при больших концентрациях могут вызвать аллергию и простудные заболевания, снижение иммунитета, неврастению, гипертонию, а в некоторых случаях становятся причиной возникновения злокачественных опухолей. А уж если в такой пластиковой квартире возникнет пожар, она превратится в газовую камеру. При этом сначала будет выделяться угарный газ, потом — пары соляной кислоты, дополнят «букет» смертоносные диоксины. Ядовитая пыль еще долго будет летать в воздухе, и, в конце концов, осядет на стенах. Может быть, кому-то картина покажется преувеличенной, тем не менее, следует помнить, что строительство и ремонт — это не только шанс обновить и благоустроить жилище, но и возможность улучшить микроклимат в квартире, а значит, обеспечить себе и своим домочадцам хорошее самочувствие на долгие годы. К сожалению, на сегодняшний день ситуация такова, что достоверная информация о степени экологической безопасности конструкционных и отделочных материалов не только искусственного происхождения, но и традиционно использовавшихся в строительной практике, таких как дерево, кирпич, камень, практически отсутствует.   Единственное, что может в какой-то мере помочь при решении вопроса «купить - не купить» — это гигиенический сертификат, выдаваемый на ту или иную строительную продукцию. Согласно градостроительному кодексу гигиеническую сертификацию обязаны пройти все материалы, применяемые на стройке. Санитарно-гигиеническое тестирование производится в специализированных лабораториях Центра санэпиднадзора. Если результат всесторонних исследований доказывает, что продукция соответствует действующим санитарным нормам, то она получает гигиенический сертификат государственного образца. Кроме того, на любую строительную продукцию выдается сертификат соответствия. В этом сертификате содержится информация о качестве продукции, о том, что она соответствует техническим требованиям, а также имеется ссылка на гигиенический сертификат, если таковой был выдан. Помимо обязательной гигиенической сертификации в настоящее время в России в рамках системы сертификации продукции (товаров и услуг) по качеству (ССК) действует система добровольной экологической сертификации. Данный сертификат нужен, главным образом, для ускорения продвижения продукции на рынке строительных товаров и услуг. К экологическому сертификату прилагается сопроводительная документация, в которой представлены все необходимые обоснования получаемого потребителем эффекта и количественные расчеты уровня качества или уровня экологической чистоты. Уровень качества — относительный показатель полезности объекта сертификации для потребителя, общества вследствие отклонения фактических значений показателей качества (потребительских свойств) относительно установленных и/или установившихся требований. Уровень экологической чистоты — относительная величина, характеризующая превышение уровня качества (полезности) продукции вследствие сниженного содержания в ней вредных веществ и других обусловленных экологическими условиями происхождения, производства, переработки, транспортировки и т.д. негативных факторов относительно нормативно установленных и/или установившихся требований. Таким образом, сертификаты ССК (системы сертификации качества) могут быть использованы гораздо шире, чем любой другой известный нам тип сертификата. Данная сертификация проводится на основании договора на проведение сертификации между заявителем и органом сертификации, который включает, в частности, ответственность сторон: орган по сертификации несет ответственность за полноту и объективность оценки качества на момент сертификации; заявитель несет ответственность за точность предоставления в процессе сертификации фактических значений показателей сертифицируемой продукции, а держатель сертификата — за их соответствие в течение всего срока действия сертификата значениям, установленным в процессе сертификации. Сертификация продукции и услуг осуществляется по схемам сертификации, установленным соответственно в «Порядке

 проведения сертификации продукции в Российской Федерации» и в «Правилах сертификации работ и услуг в Российской Федерации». На территории России сертификацию качества и экологическую сертификацию уполномочен проводить Федеральный Центр сертификации (ФЦС). ФЦС производит тестирование продукции на соответствие требованиям стандартов ССК, сформированных на основе государственных и отраслевых стандартов, технических условий, устанавливающих требования к конкретным видам продукции, отраслевой и общей технической литературы и/или установившейся практики на конкретном рынке. Сертификация на соответствие установленным требованиям завершается выдачей сертификатов соответствия с правом применения заявителем знака соответствия системы. Знак соответствия является формой доведения до потребителя и других заинтересованных сторон информации о проведенной сертификации маркированной им продукции. Данные о требованиях, соблюдение которых удостоверяет знак соответствия, указываются в сертификате, на основании которого применяется этот знак. В зависимости от схемы сертификации, стабильности условий производства и некоторых других факторов срок действия сертификатов ССК составляет 1—3 года. В международной практике экологическая сертификация (маркировка) строительной продукции производится в соответствии с процедурами, установленными стандартами серии ISO 14000 (ISO 14020 -экологический знак и декларация; ISO 14024 - принципы и процедура присвоения экологического знака). Причем наличие такого экологического знака говорит не только об экологической безопасности продукции при эксплуатации, но и о том, что она была произведена с применением экологически чистой технологии (неэнергоемкой, с минимальным воздействием на компоненты ландшафта), а продукты утилизации этой продукции не окажут негативного воздействия на окружающую среду. Характерно, что стоимость материалов, обладающих экологической маркировкой, может в два раза превышать стоимость аналогичной продукции, лишенной эколейбла. Следует отметить, что понятие «экологичность» материала означает не только его биопозитивность в отношении человека. К категории экологичных материал можно отнести лишь в том случае, если он соответствует следующим критериям;  

 -- экологичность добычи и подготовки исходного сырья (наличие большого количества исходного компонента в земной коре или возобновимость ресурсов, возможность повторного использования, минимум затрат энергии при добыче и подготовке сырья, минимальное загрязнение среды);

• экологичность технологии производства материалов и изделий (минимальные затраты энергии в процессе изготовления, минимальное загрязнение среды, минимальное количество отходов);

• экологичность продукции в процессе эксплуатации (формирование благоприятного микроклимата в помещениях, отсутствие необходимости использования неэкологичных материалов при монтаже, отсутствие каких-либо загрязнений среды, технологичность при монтаже, максимальная долговечность и ремонтопригодность);

• экологичность утилизации по истечении срока эксплуатации (простота и полнота утилизации при минимальных затратах энергии, в том числе с получением тепла при сжигании).

Все перечисленные признаки экологичности присущи лишь немногим природным материалам: древесине (и другим материалам растительного происхождения), шелку, шерсти, коже, коралловым камням и песку, натуральной олифе, натуральному каучуку, клеям и др. Условно к экологичным строительным материалам можно отнести полностью рециклируемые материалы, изготовленные из полезных ископаемых, широко представленных в земной коре (на основе кремния и алюминия).

1.3 БИОАРХИТЕКТУРА.

Достигнув в строительстве зданий высокого мастерства, люди, тем не менее долгое время не рисковали строить высотные дома. Ведь строительные материалы были не на столько прочны, чтобы выдерживать огромные нагрузки, возникающие при возведении небоскребов.

Проблема, однако, заключается не только в прочности материала, но и в способах соединения изготовленных из него деталей сооружения. Скажем, из легких и длинных деревянных бревен можно соорудить каркасы различной формы, а вот из камня нет смысла вырубать длинную перекладину – при испытываемых ею нагрузках от собственного веса такое его применение будет не совсем оправданным.

Использование металла в строительстве довольно быстро привело к появлению так называемых ажурных конструкций. Иными словами монтировался «скелет» здания, а уже к нему крепились остальные элементы- стены, оконные и дверные блоки, лестницы и прочее. Люди давно поняли, что столбы и опоры не обязательно делать сплошными, можно вполне обойтись трубами. В конструкциях различных металлических башен порой можно обнаружить буквальное повторение конструкции костей. Таково, например, устройство знаменитой Эйфелевой башни. А вот выяснилось это чуть ли не через сто лет после её создания.. Так что теперь при постройке высотных сооружений люди уже намеренно стремятся заимствовать решения, найденные и опробованные природой.

В природе встречаются и обладающие большой прочностью оболочки несколько иной формы. Например, некоторые раковины имеют форму развернутого складчатого веера. Эту форму не обошли своим вниманием архитекторы, издавна используя ее как деталь свода. Подобная форма представляет собой набор соединенных между собой маленьких выпуклых поверхностей, даже по отдельности выдерживающих большие внешние воздействия. Чем же хороши складки? Обычный бумажный лист легко гнется даже под своим весом. Однако, если мы сложим лист гармошкой, его прочность возрастет. Даже просто согнутый пополам лист сможет выдержать большие, чем плоский лист, нагрузки.

Архитекторы уже научились использовать складчатые формы. Конструкции выставочных павильонов, зданий аэропортов, театров носят на себе явный отпечаток природных аналогов - и не только створок раковин, но и свернувшихся опавших листьев, еще не потерявших упругости. Использовав, например, конструкцию прожилок зеленого листа, удалось перекрыть без опор стометровый пролет, причем толщина его составила всего 4 сантиметра.

Все это - примеры подражания отобранным длительной эволюцией конструкциям, в которых необычайно высокая сопротивляемость нагрузкам достигается при крайне малых затратах строительного материала.

Человек догадался сооружать купола и различной формы выпуклые перекрытия из ажурных - дырчатых - конструкций. При этом создавался как бы внешний, вынесенный наружу, «просвечивающийся» скелет, а изнутри к нему крепились уже легкие просвечивающиеся конструкции. Интересно, что среди возможных вариантов подобного рода сооружений были и обладавшие особой устойчивостью. Их форма была найдена американским архитектором и инженером Бакминстером Фуллером. Ее назвали геодезическим куполом и стали широко применять при проектировании зданий.

Сам Фуллер указывал, что все подобные конструкции представляют собой сеть из пяти- и шестиугольников. Но еще в 18 в. знаменитый математик Леонард Эйлер рассчитал, что для образования замкнутой сферической фигуры необходимо иметь 12 пятиугольников, а число шестиугольников может меняться в широких пределах. Прошло не так уж и много времени с начала использования в архитектуре геодезических куполов, как в природе были открыты так называемые фуллерены - состоящие из атомов углерода молекулы, форма которых в точности повторяла очертания этих куполов. Тем самым была обнаружена еще одна, помимо алмаза и графита, форма существования углерода. Исследуя строение панцирей радиолярий и других простейших, архитекторы и конструкторы разработали различные ячеистые конструкции, которые могут быть использованы при строительстве зданий и возведении мостов и плотин.

Мы уже говорили о том, что сплошные конструкции испытывают дополнительную нагрузку от собственного веса. Ячеистые замкнутые оболочки имеют значительно меньший вес, сохраняя при этом удивительную прочность. Все дело в характере взаимного расположения ячеек и ребрышек

таких решеток.

Самые привлекательные архитектурные сооружения часто обладают симметрией. Припомните виденные вами старинные усадьбы или церкви, дворцы или высотные здания. Их правая и левая стороны представляют собой зеркальное отражение друг друга.

Вам хорошо известны колосья злаковых культур или кукурузные початки. Выпуклые зерна в течение дня получают примерно одинаковую порцию света за счет того, что перемещающееся по небосводу солнце постоянно

касается их своими лучами. Такое выгодное расположение зерен, когда они меньше всего мешают друг другу получать свет и тепло, натолкнуло архитекторов на мысль о проектировании жилых домов в форме кукурузных початков. Удобство этого технического решения заключалось еще и в том, что все коммуникации - провода электропитания и телефонной связи, водопроводные трубы и канализация, а также лифт, - помещаются в одном стволе. Разве это не напоминает деревья и колосья, в которых все питательные вещества подаются по стволам или стеблям, а потом распределяются по веточкам к листьям и плодам.

Эти конструкции вызвали большой интерес архитекторов, и здания-стволы или здания-початки сегодня можно встретить в самых разных странах мира.

Несколько лет назад на парижской выставке индивидуальных жилых зданий было представлено «жилище 21 века», названное «сферохоумом». По форме оно походило на футбольный мяч, состоящий из многоугольников. Они могли автоматически открываться закрываться в зависимости от температуры и освещения - точно так же, как лепестки цветов.

В Германии вступила в строй башня свободного падения. Ее высота 137 м., диаметр - 8,5 м. любой брошенный предмет будет падать в ней 4,5 секунды.

Неуемная фантазия архитекторов приводит к появлению из ряда вон выходящих сооружений.

2. КОНСТРУКТИВНАЯ ЧАСТЬ.

2.1 АРХИФИТОРЕКОНСТРУКЦИЯ ТЕХНИКУМА.

Прежде при строительстве зданий, возведении целых городов и промышленных объектов практически не обращалось специального внимания на проблемы адаптации к природе, поэтому большая их часть не является экологичной в полной мере или вообще не соответствует минимальным требованиям экологичности. Требуется экологичная реконструкция, реставрация и мелиорация (улучшение).

Экореконструкция, экореставрация и экомелиорация — гораздо более трудоемкие мероприятия, чем создание нового экологичного объекта, так как они связаны с необходимостью принципиального изменения существующего технического объекта.

2.1.1 ЭКОЛОГИЧНАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ — это изменение параметров существующего неэкологичного объекта с приведением его и окружающей среды в состояние экологичности (биопозитивности).

Экологичная реконструкция и реставрация должны носить комплексный, системный характер и сопровождаться экологизацией всей деятельности человека.

В Канаде, провинция Онтарио, построен экологический центр "Река Войн", предназначенный для обучения 200 учащихся способам гармоничных взаимоотношений с окружающей средой. В 16-угольном здании площадью около 600 м2 использованы энергия ветра и солнца для нагрева воды, охлаждения и вентиляции; энергосберегающие решения, аккумулирование энергии, переработка отходов с помощью биорегенерации. Крыша — в виде кровли-газона.

Институт Азиатских исследований в Ванкувере — учебное и исследовательское заведение, в котором применены системы естественной вентиляции, солнечные батареи на кровле, экологичные строительные материалы и экологичные отходы для вторичного использования, биотуалеты для отказа от подключения к канализационной сети и экономии воды.

Такие новые экоцентры созданы во многих странах и в них одновременно обучается небольшое число студентов.

Школьные и дошкольные учреждения, вузы, техникумы, училища — это как раз те учреждения, с которых должно начинаться экологическое образование будущих граждан и специалистов. Именно там должно воспитываться экологичное мышление, гуманное отношение к природе.

На мой взгляд, широкое экологическое образование возможно путем экологичной реконструкции существующих учебных заведений. Особо актуален вопрос первоочередного проведения экореконструкции всех школьных (или учебно-воспитательных) объектов —детских садов, школ, колледжей, университетов и других учебных заведений. Экологичная реконструкция всех учреждений образования необходима в первую очередь для экологического воспитания учащихся самой средой зданий и инженерных сооружений, прилегающих ландшафтов.

Экологичная реконструкция учебных заведений должна носить системный характер, она может осуществляться по этапам, каждый из которых будет решать один из конкретных вопросов роста экологичное и сможет служить наглядным пособием для обучения. Экореконструкция должна быть направлена не только на достижение независимости зданий от внешних сетей, на незагрязнение природы и ее поддержку, ко и на получение красивой архитектурно-ландшафтной среды. Основными направлениями экореконструкции здесь могут быть:

*создание красивой и здоровой архитектурно-ландшафтной среды; :

*использование возобновимой энергии для энергоснабжения (отопления, освещения и пр.);

*экономичность потребления ресурсов (энергии, воды» газа);

*утилизация всех органических отходов с получением биогаза, удобрения;

*поддержка биоразнообразия, флоры и фауны.

Для этого можно использовать следующие мероприятия:

*установка в допустимых местах (кровля, ограждения лоджий, подпорные стены, специальные

башни и пр.) оборудования для утилизации возобновимой энергии (солнечной, ветровой, геотермальной, биоэнергии), размещение аккумуляторов энергии в подвальной части зданий;

*дополнительное наружное утепление стен с помощью эффективной теплоизоляции и устройство новой наружной отделки;

*устройство "пассивного" солнечного отопления и охлаждения с использованием систем автоматизации;

*использование естественной системы вентиляции;

*утилизация всего внутреннего тепла (от людей, приборов) с помощью тепловых насосов;

*сбор и использование дождевой воды с твердых покрытий, вторичное использование воды из умывальников для смыва в туалетах;

*повышение звукоизоляции стен и перекрытий путем наклейки звукоизоляционных плит на потолки и стены;

*замена пола на хорошо звукоизолирующие конструкции, например, с укладкой тонкого слоя пенополистирола и гипсоволокнистых плит;

*устройство плодового сада, удобряемого получаемым из органических отходов школы гумусом;

*создание школьного зоологического сада, устройство школьной теплицы с экзотическими растениями;

*устройство "зеленых коридоров" на территории;

*устройство велодорожек. Зеленые коридоры можно устраивать и над автодорогами, расположенными рядом со школой;

*размещение в подземной части школьной территории многочисленных эксплуатируемых школьных помещений — от библиотеки и читального зала до спортзалов и дискотеки;

*освещение школьной территории с помощью автономных источников, питающихся от солнечной энергии и автоматически включаемых и выключаемых,

*устройство освещения подземных зданий и сооружений с помощью ввода дневного света от концентраторов и системы зеркал;

*пристройка к наружной стене остекленной теплицы в нижней части здания (высотой на один или два этажа);

*прикрепление к наружным глухим стенам здания в период их утепления и отделки декоративных керамических держателей для наружного сплошного вертикального озеленения, для укоренения которого устраивают декоративно оформленные проемы в отмостке;

*устройство водо- и воздухопроницаемых твердых покрытий по грунту вместо непроницаемых асфальтовых или бетонных;

*установка ветроагрегатов, осуществляющих полив насаждений и приводящих в действие фонтаны (в летнее время);

*устройство ветроагрегатов, дающих электроэнергию для постоянного обогрева наружных твердых покрытий (тротуаров, дорожек, лестниц), чтобы в зимнее время эти покрытия были сухими и свободными от снега и льда.

Все описанные системы могут быть включены в общую систему экологического образования и воспитания учащихся. Для этого в учебно-воспитательных зданиях нужно использовать самые современные системы экологизации, требующие применения быстродействующих процессоров. Например, здесь можно применить отдельные детали или целый комплекс "умного" здания, представляющего собой полностью экологизированное здание, следящее с помощью датчиков за многими параметрами и своевременно вмешивающееся с помощью эффекторов.

Идея создать автономный дом, не зависящий от традиционных энергоносителей, не нова и технически вполне осуществима. Правда, ее воплощение на практике экономически целесообразно лишь на тех территориях, где отсутствует возможность использования газа и электричества, подключенных традиционным путем.

2.1.2 УТЕПЛЕНИЕ СТЕН И ОКОН.

Дом, которому не нужны внешние источники энергии, которому не страшны перебои с подачей электричества, характерные даже для Подмосковья, давно уже не сказка. Правда, поскольку, как и все альтернативное, другие источники энергии отнюдь не дешевы, начинается такой дом не собственно с установки нетрадиционных энергогенераторов, а с поиска путей минимизации расхода энергии. Иными словами, автономный дом — это прежде всего теплый дом. По данным компании «ТДВ-групп», занимающейся системами утепления задний, в «незащищенном» доме через стены теряется 40% тепла, через окна — 18%, подвал — 10%, крышу —18%, вентиляцию — 14%.

Примерно так же распределится и увеличение затрат на строительство дома с минимальными теплопотерями. Причем если технология утепления наружных стен, крыши, подвала и пола первого этажа понятна даже интуитивно, то с окнами дело обстоит несколько сложнее. С одной стороны, чем меньше окна, тем ниже теплопотери. С другой —чем они больше, тем ниже расходы на искусственное освещение дома. Но, как говорят в компании « ОгеклоСоюз», отчасти это противоречие снимает так называемое К-стекло. Это стекло

с особым покрытием, благодаря которому внутрь свободно пропускается солнечная коротковолновая энергия, но задерживается обратный поток длинноволнового теплового излучения. Таким образом, без ущерба для теплосбережения окна можно будет делать сколь угодно большими. В сумме все эти мероприятия примерно на 70% сокращают расходы на отопление.

2.1.3 ВЕТЕР.

Вторая часть автономного дома — это оборудование, использующее энергию солнца, ветра, почвы, воды и других альтернативных источников. Для получения непосредственно электроэнергии обычно применяют ветрогенераторы и солнечные батареи. Правда, в Подмосковье для них не самые лучшие погодные условия, на территории России есть зоны куда более удачные (см. карту).

«Впрочем, при отсутствии альтернативы такой способ получения энергии можно использовать и по соседству с Москвой,— рассказывает Валерий Васильев, генеральный директор компании „Сапсан — Энергия ветра".— Правда, нужно делать поправку на характеристики местности. Так, в идеальных условиях ветроустановка при частоте вращения 450 об./мин дает напряжение, скажем, 48 —56 В / 45 Гц. Но на самом деле скорость ветра все время меняется, поэтому меняется частота вращения ветроколеса, и правильнее было бы сказать, что генератор выдает напряжение от 0 до 56 В с частотой от 0 до 45 Гц. Вырабатываемая им "грязная" электроэнергия поступает на зарядное устройство и используется для зарядки аккумуляторной станции. Аккумуляторы дают постоянный ток, поэтому в комплект вет-роэлектростанции входит еще один прибор — преобразователь тока (инвертор) . Его цель — преобразовать постоянный ток с аккумуляторной станции в переменный 220 В / 50 Гц».

Стоимость ветрогенератора выходной мощностью 1 кВт, который вырабатывает в зависимости от силы ветра 100 — 500 кВт • ч/мес. (в условиях Московской области—до 150 кВт-ч/мес), колеблется от 260 тыс. до 1 млн руб. Поэтому при нынешних тарифах на электроэнергию оборудование окупится не менее чем за полвека, если доживет: срок его службы составляет около 20 лет.

В России имеет смысл устанавливать солнечные батареи на юге, а ветрогенераторы — на севере. Сочетания благоприятных условия для того и другого нет.

2.1.4 ТЕПЛО ЗЕМЛИ И СОЛНЦА.

Для получения дополнительной электрической энергии автономный дом оборудуют солнечными панелями.

«В условиях Подмосковья в солнечный день на 1 — 1,2 кв. м (а это средняя площадь поверхности солнечных панелей) приходится 150 Вт солнечной энергии,— рассказывает Николай Плеханов, генеральный директор компании „Инверта", занимающейся монтажом систем альтернативной энергии.— Соответственно, чтобы получить минимально необходимые для работы домашнего оборудования 3 кВт (то есть все расходы на большую часть домашнего оборудования, за исключением энергозатрат, например, на отопление и других нагревательных приборов, которые весьма существенны), потребуется площадь в 20 —21,2 кв.м. А поскольку солнце светит не всегда, то в систему такого энергоснабжения входит накопительная аккумуляторная батарея большой емкости, накопленная в которой энергия будет использоваться в ночные часы и пасмурные дни. Минимальная стоимость системы с такими параметрами — 500 —750 тыс. руб., срок службы — около 30 лет»,

Поскольку ни одной из этих систем недостаточно для отопления дома, используют еще один источник энергии — тепловой насос. В отличие от двух предыдущих систем, он работает не автономно, а требует подвода к нему электроэнергии. По сути, тепловой насос — прибор, работающий по тому же принципу, что холодильник или сплит-система. Питаемый от внешнего источника энергии, он забирает тепло из почвы, воды или другого природного носителя энергии и с КПД до 3,5 единицы (хотя на практике чаще выходит 1,5) сбрасывает это тепло в отопительную систему дома.

Как рассказывают в компании «ТН-Сервис», занимающейся поставкой и монтажом такого оборудования, для отопления дома площадью 150 кв. м потребуется тепловой насос мощностью 10,8 кВт (этого достаточно, если дом хорошо утеплен). При уже имеющихся в доме современных радиаторах для этого нужно уложить 500 м коллектора (это замет либо 300 кв. м площади, либо три траншеи по 150 м), который в условиях Подмосковья заглубляется на 1,5 м, плюс потребуется сам тепловой насос, бойлер для нагрева воды примерно на 300 л, проточный нагреватель как пиковый нагреватель и электронагревательная вставка для нагрева воды. Весь этот комплекс материалов и оборудования обойдется более чем в 700 тыс. руб., а вместе со всеми видами альтернативной энергии, по самым скромным подсчетам, будут стоить более 1,5 млн руб. работ по монтажу (за исключением земляных работ, расценки на которые сильно разнятся) — примерно в 1,1 млн руб. Потреблять такой насос будет 2,4 кВт электроэнергии. Срок поставки оборудования — четыре —шесть недель (в этот период обычно проводят земляные работы), а итоговый монтаж займет еще неделю.

Если сравнить такую систему с дизельной, то на первом этапе она окажется значительно дороже. Стоимость дизельного котла со всеми необходимыми для него атрибутами для отопления дома той же площади составит примерно 210 тыс. руб. Но в то же время для его работы потребуется ежемесячно около тонны дизельного топлива (при нынешних ценах это обойдется примерно в 17 тыс. руб. в месяц, или — с учетом того, что отопительный период составляет хотя бы семь месяцев в году,—в 119 тыс. руб. в год). В случае же теплового насоса расходы будут на порядок меньше (около 12 тыс. руб. в год при стоимости электроэнергии 2 руб. за 1 кВт). Таким образом, если считать разницу в ценах на энергоносители, то срок окупаемости теплового насоса будет на восемь лет больше, чем дизельного оборудования. Но нужно учитывать и еще один нюанс. У компрессора теплового насоса срок службы не менее 15 ч1ет (а обычно 25 — 30 без ремонта), у дизельного же котла горелку меняют каждые два-три года, а сам дизельный котел меняют по крайней мере раз в год (его ресурс редко превышает 5 тыс.)

ПРИЛОЖЕНИЕ

1. Разрез «АСХТ» ( формат А-1 )

2. Фотографии «АСХТ» в настоящий момент

3. Фотографии «АСХТ» смонтированные в программе «photoshop»

ЛИТЕРАТУРА

1. А. Н. Тетиор.

«Жилищное строительство»

2. В.С. Степин.

«Философия науки»

3. http://www.leadnet.ru/tet/t8.html

4. http://www.stroymart.com.ua/ru/publications/917/html

5. http://www.sak.ru/article/index.html

6. http://www.gvozdik.ni/analit/l 853.htm