Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геоэкологические аспекты градостроительства в районе Персидского залива

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологические аспекты градостроительства в районе Персидского залива"

На правах рукописи

Салех Агха Моханад Мохамад

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВА В РАЙОНЕ ПЕРСИДСКОГО ЗАЛИВА

25.00.36 — Геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена на кафедре почвоведения и экологии Государственного университета по землеустройству, Москва, Россия

Научный руководитель:

кандидат технических наук,

профессор

Консультант:

доктор технических наук

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,

профессор

доктор технических наук, профессор

Ведущая организация:

Алексей Андреевич Яскин

Дмитрий Анатольевич Шаповалов

Анвар Закирович Разяпов

Сергей Анатольевич Синенко

Научно-исследовательский и проектно-изыскательский Институт экологии города (НИиПИЭГ) Москомархитектуры Правительства Москвы

Защита состоится 15 марта 2005 года в 14 часов на заседании Диссертационного совета Д220.025.01 при Государственном университете по землеустройству по адресу:

105064, Москва ул. Казакова, 15, ГУЗ, конференц-зал.

Тел.:(095)261-71-13

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного университета по землеустройству. Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просьба выслать по указанному адресу ученому секретарю совета.

Автореферат разослан 14 февраля 2005 года

Ученый секретарь Диссертационного совета

кандидат технических наук д / у/ у У З.В. Козелкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность. Экологизация научно-технического прогресса— характерная черта современности. Избыточная рационализация жизни, отчуждение межличностных контактов, безоглядная эксплуатация природы породили глобальный экологический кризис. Как отмечают академики Российской экологический академии И.И. Мазур и О.И. Молдованов специалисты разных направлений часто не знают о возможных последствиях своих проектов, а хозяйственные руководители продолжают отслеживать свои прибыли, закрывая глаза на возможные экологические последствия.

Не остается в стороне и архитектура. Классик экологии Ю. Одум отмечал ухудшение качества жизненного пространства человека, подчеркивая, что это происходит в городе — этом венце творения человеческой цивилизации. В материалах других ученых отмечается, что все больше урбанизированных территорий превращается в зоны экологического бедствия, делается вывод о необходимости создания комфортной среды обитания, отвечающей биологическим, социальным, медицинским, эстетическим, то есть, экологическим требованиям. Можно говорить о загрязнении окружающей среды, связанном с архитектурой: физическое загрязнение (тепловое, шум), эстетический вред (нарушение ландшафтов, примечательных мест малопривлекательными постройками). Была выявлена связь психики человека и зрительного восприятия, в связи с чем появились понятия «состояние визуальной среды», «экология зрительного восприятия».

Особую остроту экологические проблемы архитектуры приобретают в районе стран Персидского залива, что обусловлено общей динамикой развития здесь экосистем и жесткостью природно-климатических условий.

Следует отметить, что проблемы экологизации архитектуры уже содержатся в трудах многих ученых Ю.Одума, И.И. Мазура, О.И. Молдованова, В.Н. Новикова, В.А. Радкевича, Б. Эдвардса, Д. Вайнса, Майлса Данби, Г.И. Румянцева, М.П. Воронцова, Х.Е. Фон-Гирке, В.М. Фирсанова, В.А Филина. Дж. Гибсона, П. Шинара и многих других. В их трудах рассмотрены геоэкологические проблемы урбанизации, основные принципы экологизации научно-технического процесса, отдельные факторы экологии жизненного пространства.

Цель исследований — установление взаимосвязи архитектуры и геоэкологии, разработка и опробование методики экологической оценки архитектурно-строительных решений на примере свегопрозрачных ограждений зданий в отношении геоэкологических факторов высокой солнечной радиации, шума, ветровых потоков и состояния визуальной среды, как наиболее характерных в условиях стран Персидского залива.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

— исследовать геоэкологические, в том числе: природно-климатические, историко-экономические и социальные условия района Персидского залива как элементы общей экологической системы;

— исследовать взаимосвязь экологии и архитектуры жилища на различных масштабных уровнях в условиях Персидского залива;

— проанализировать роль архитектурно-строительных решений в части светопрозрачных ограждений зданий для экологии жилища в отношении геоэкологических факторов характерных для природно-климатических условий Персидского залива;

— предложить улучшенные варианты светопрозрачных ограждений и опробовать методики их сравнительной геоэкологической оценки;

— разработать методические принципы сравнительной геоэкологической оценки архитектурно-строительных решений зданий.

Материалы положенные в основу работы. Для достижения поставленной цели и решения поставленных задач автором использованы теоретические положения по экологии жизненного пространства, содержащиеся в трудах российских (И. И. Мазура, О.И. Молдованова, В.И. Новикова, А.А. Варламова, А.В. Хабарова) и арабских (аль-Накиба, аль-Амера) экологов, собственные данные, полученные в результате лабораторных исследований, собственное изобретение по теме диссертации, фондовые материалы по экологии жилища.

Научная новизна. Исследованы природно-климатические, историко-экономические и социальные условия района Персидского залива, геоэкологические факторы воздействия на среду обитания населения.

Предложена и опробована методика использования понятий формальной логики для изучения взаимосвязи архитектурно-строительных элементов и экологии.

Разработаны и обоснованы ряд критериев по экологии жилища, построена структура понятий с делением на масштабном уровне, дано описание геоэкологических факторов, действующих на каждом масштабном уровне.

Изучено проявление архитектурных форм под воздействием природно-климатических и антропогенных факторов в условиях современной урбанизации стран Персидского залива.

Даны рекомендации по применению новых архитектурно-строительных решений, направленных на улучшение экологии жилища для светопрозрачных ограждающих конструкций зданий.

Разработана методика оценки геоэкологической эффективности архитектурно-технических решений в отношении наиболее характерных факторов природно-климатической среды Персидского залива.

Разработаны новые светопрозрачные ограждения зданий.

Практическая значимость. На основе геоэкологической оценки архитектурных форм даны практические предложения по внедрению новых эффективных форм светопрозрачных ограждений, защищенных патентом на изобретение, как иллюстрация примера улучшения экологии жилища в отношении высокой солнечной радиации внутри и вне помещения, в отношении уличного шума, ветра и состояния визуальной среды.

Защищаемые положения. Предметом защиты является:

— результаты исследования природно-климатических, исто-рико-экономических и социальных условий района Персидского залива, как геоэкологических факторов воздействия на среду обитания населения;

— определение и структура экологии жилища на различных масштабных уровнях как элемента логического пересечения понятий экология среды обитания и архитектурно-строительной конструкции;

— результаты теоретических и экспериментальных исследований экологического проявления архитектурных форм под воздействием природно-климатических и антропогенных факторов в условиях современной урбанизации стран Персидского залива;

— Новые светопрозрачные конструкции зданий, улучшающих экологию жилища;

— методика оценки экологической эффективности архитектурно-строительных решений в отношении наиболее характерных геоэкологических факторов района Персидского залива;

Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на расширенном заседании кафедры почвоведения и экологии в присутствии специалистов международного телевизионного канала АльАлам.

По материалам диссертации опубликовано 7 работ и получен патент Российской Федерации на изобретение №2226599, выданный 10.04.2004 г.

Подана заявка на изобретение в патентное ведомство Великобритании №0404653.8 от 3.03.2004 г., по которому выдано положительное решение.

Признание одного из результатов исследований изобретением с выдачей патента на базе патентно-технических исследований на предмет мировой новизны, полезности и существенных отличий свидетельствуют об их достоверности и практической ценности.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, библиографического списка из 64 источников и 2-х приложений. Общий объем работы страниц машино-

писного текста, включая «47» рисунков и таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. Исследования природно-климатических, историко-экономических и социальных факторов района Персидского залива как элементов геоэкологических систем

Район Персидского залива представляет собой уникальную область, где глубокая древность, дожившая до наших дней в стереотипе нравов и своеобразии традиционных построек, соприкасается с современностью, быстро развивающейся одновременно с экономикой и коммуникацией. Этот район контрастов и противоречий внутри социально-экономической и природной экосистем,

накладывающих отпечаток на развитие народов, экономики и архитектуры прибрежных стран.

Историческая и географическая изолированность района Персидского залива, происхождение населяющих его народов из одного родственного клана имели как результат общую и глубокую своеобразную культуру, обычаи и традиции. На территории Аравийского полуострова — древнейшей области арабской цивилизации — получили свое начальное развитие арабский язык, богатая арабская литература и полная своеобразия арабская архитектура.

Климат Аравийского полуострова в центральных районах является очень жарким и засушливым, как это и свойственно климату пустынь. В прибрежных районах Персидского залива климат жаркий и влажный. Суточные перепады температур летом достигает 29°С, а годовые — 49°С. Максимальное значение летних температур составляет 54°С. Количество осадков ничтожно мало — менее 100 мм. Район характеризуется высокой солнечной радиацией. Часты песчаные и пыльные бури.

Аравийский полуостров населяют преимущественно арабы. Размещено население крайне неравномерно, как это видно на примере Объединенных Арабских Эмиратов (рис. 1). Историческая и географическая изолированность полуострова, однородность населения, общность традиций, культуры и уклада семейной жизни, сходные природно-климатические условия находят свое отражение в своеобразии арабской архитектуры жилища.

То есть имеет место взаимное влияние природной экосистемы и социоэкономической геоэкологической системы, одним из элементов которой является архитектура среди проживания.

Открытие в середине прошлого века (1930-1960 гг.) крупных месторождений нефти (около четверти мировых запасов) внесли изменения в динамику развития экосистем Персидского залива, выразившиеся в изменении историко-экономической и социальной экосистем. Увеличение потребности в жилье, архитектура уходит от традиционного согласованного с природно-климатическими и социально-культурными факторами стиля, вступает на путь модернизации, которая зачастую проявляется как механический перенос на Арабский Восток архитектурных моделей Запада. Большое число факторов, влияющих на архитектуру, и их противоречивость в уникальных условиях Персидского залива требуют поиска ориентира, определяющего наиболее разумное направление архитектурного дизайна в местных условиях.

Рис. 1. Распределение населенных пунктов по территории Объединенных Арабских Эмиратов

\ - плато горной гряды; - побережье Персидского залива

| - пустынное плоскогорье внутренних районов ОАЭ Ш- побережье Оманского залива

Таким ориентиром, по нашему мнению, является экологизация архитектуры. Экология позволит нам учесть многообразие факторов, избежав механического и неупорядоченного их учета, придать архитектурному решению не сиюминутный спорный смысл, но смысл безусловной ценности для человека на длительную перспективу.

ГЛАВА 2. Исследования взаимосвязи экологии и архитектуры жилища на различных масштабных уровнях

Известные понятия «архитектура», «конструкции» и «экология» имеют общепринятые сочетания: «архитектурные конструкции», «экологическая архитектура», «экологичные конструкции». Пользуясь законами формальной логики эти сочетания можно представить как пересечение соответствующих пар понятий; «архитектура» и «конструкции», «экология» и «архитектура», «экология» и «конструкции». Легко себе представить как это можно изобразить графически с помощью известных кругов Мора. Указанные области пересечений представляют собой направление для большого числа исследований в области архитектурных конструкций, в новом направлении экологического дизайна, в новом взгляде на конструкции с позиции экологии.

Определяя границы нашего исследования мы намечаем к изучению более узкую, но имеющее отношение ко всем трем названным направлениям, логическую область. Она лежит на пересечении указанных трех пар понятий (рис. 2). Это означает, что мы должны показать, как можно улучшить экологию среды обитания человека, направленно создавая соответствующие архитектурно-конструктивное техническое решение. При этом специфика указанных технических решений должна учитывать геоэкологические факторы, характерные для района Персидского залива.

г

Рис. 2. Логическое соотношение понятий архитектура - конструкции - экология: 1) архитектура - конструкции, 2) архитектура - экология, 3) экология - конструкции,4) архитектура-конструкции-экология

Прежде всего, мы должны определить место нашего исследования в общей системе экологии. По мере осознания роли экологии в обществе и природе расширяются области её применения. Подавляющее число современных исследователей считает, что экология — это наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. В зависимости от акцента на той или иной её задаче меняется и формируется определения. Экология, как всякая наука, может быть фундаментальной или прикладной. Многие ученые отделяют науку экологию от науки охраны окружающей среды, обосновывая это тем, что экология изучает три группы факторов среды, воздействующих на организмы: абиотические, биотические и антропогенные. Охрана природы рассматривает только третий фактор — воздействие человека на среду, и то не совсем совпадает с общеэкологическим подходом. Указывается, что на стыке экологии и других научных дисциплин (медицина, химия, технологии и так далее) рождаются новые научные направления. Наше направление, как было определено выше, лежит на стыке экологии, архитектуры и конструкций. Необходимость такого направления заявляется рядом ученых. Отмечается, что в урбанизированной среде человек проводит до 90% времени. Отмечается также, что урбанизированные территории превраща-

ются в зоны экологического бедствия. В связи с этим осознается необходимость создания комфортной искусственной среды обитания, отвечающей биологическим, социальным, медицинским, эстетическим требованиям и другим экологическим требованиям. То есть уже имеет место утверждение роли архитектуры в широком смысле этого слова в экологии.

Роль архитектуры в этом широком смысле слова (приближающийся по логическому объему к понятию урбанизация) двояка. В системе «человек - архитектура - окружающая среда» архитектура выступает как антропогенная нагрузка на природную среду. В системе противоположенного направления «окружающая среда - архитектура - человек» архитектура выступает как средство защиты человека от неблагоприятных факторов окружающей, в том числе антропогенной среды. Первое направление более относиться к охране окружающей среды, второе — к экологии в ее наиболее распространенном определении.

Исследуя существующие определения прикладных направлений экологии мы обнаруживаем такие понятия как «жизненное пространство», относящиеся к экологии городской среды, «экодизайн», «видеоэкология», относящиеся к экологии визуальной среды и другие. Развивая это направление, мы вводим понятие «экологию жилища» как направление частной экологии, охватывающее проблемы обеспечения благоприятных условий обитания человека в природно-техногенной среде городской застройки. Иначе «экология жилища» можно определить как состояние среды обитания человека в урбанизированном пространстве в конкретных природно-климатических и социально-экономических условиях. Определения эти опираются на концепции упомянутых выше ученых, а так же положения известной работы А.А. Варламова и А.В.Хабарова, в том числе на приводимую ими систему уровней или «рангов» экологии.

Мы предлагаем рассматривать три масштабных уровня понятия «экология жилища»: уровень конструкций и материалов (микроуровень); уровень помещения (мезоуровень) и уровень за пределами помещения, уровень улицы (макроуровень). Это позволяет нам систематизировать известные факторы воздействия на человека природой и антропогенной среды (табл. 1).

Таблица 1

Распределение некоторых факторов воздействия на человека по масштабным уровням экологии жилища

Уровень конструкций и материалов Химическая нагрузка на человека Частичное или полное разрушение конструкций под воздействием природных нагрузок - солнечной радиации, ветра, сейсмических колебаний, техногенных нагрузок, вибрации, кислотной и щелочной среды

Уровень помещения Пропорции помещения и Высота помещения Удельные значения площади и кубатура Внутренние шум и свет Фактура и цвет поверхностей Вентиляция Мебель и организация интерьера Проникающие в помещения солнечная радиация, уличный шум, температура, влажность

Уровень улицы Ширина улицы Высота зданий Наличие зеленых насаждений Форма зданий и отдельных их элементов Цветовое решение фасадов Плотность пешеходных и транспортных потоков Загазованность и вентилируемость Воздушные потоки (сквозняки улицы) Уличный шум

Приведенное распределение геоэкологических факторов воздействия по трем масштабным уровням, наряду с другими данными, приведенными в диссертационной работе, упорядочивает их учет и позволяет сделать правильный выбор при разработке технических решений, направленных на улучшение экологии жилища.

ГЛАВА 3. Разработка архитектурно-строительных решений, улучшающих экологию жилища

В настоящей главе приводятся результаты, разработок свето-прозрачных ограждений, улучшающих экологию жилища и проведены оценки экологической эффективности предложенных решений.

Анализ научных источников, приведенный в диссертационной работе показывает, что для района Персидского залива наиболее характерными и существенными факторами воздействия, проявляющимися на трех масштабных уровнях экологии жилища являются солнечная радиация, воздушные потоки, уличный шум и состояние визуальной среды. Исследуется проявления каждого из этих факторов.

Азимуты солнца

Рис 3 Небесные координаты солнца на широтах а) 30° б) 45° в) 60°

Отмечается жесткий характер солнечной радиации в указанном районе превышающий 350 вт/м2, что превосходит аналогичные значения даже экваториальных районов. Объясняется это длительностью солнечного облучения в течение дня и года (рис. 3), безоблачной погодой большую часть года и высотой над уровнем моря.

Если принять время наибольшей активности человека с 6 до 18 часов, то неравномерность прямой солнечной радиации проникающей в помещение в июне составит по интервалу альтитуды 32° для широты 60°, 47°— для широты 45° и 72°— для широты Персидского залива (30°).

На масштабном уровне помещения прямая солнечная радиация вызывает повышенную нагрузку на зрение, обостряет свето-теневые контрасты, негативно сказывающиеся на экологии зрительного восприятия и угнетающее нервную систему человека, вызывает перегрев воздуха в помещении даже в случае применения таких затеняющих устройств как шторы и жалюзи.

На масштабном уровне конструкций прямые солнечные лучи приводят к их перегреву, разрушению пластиков, увеличивают химические выделения материалов.

На масштабном уровне улицы прямые солнечные лучи вызывают слепящий эффект, многократно усиливаемый их отражением от стекла, стен и дорожного покрытия, порождают эффект блесткости, трудно переносимый пешеходами, водителями и другими людьми на улице.

Ухудшают экологию жилища и уличный шум, сквозняки, улицы и преимущественно плоскопрямоугольная визуальная среда, как в помещении, так и на улице. Отмечается, что видимое поле городской среды, господство темно-серого цвета, огромное количество больших плоских поверхностей, преобладание прямых линий и прямых углов, насыщенность видимого поля зрительными элементами и их структура оказывают воздействие на состояние человека, действуют так же, как любой другой геоэкологический фактор.

В диссертационной работе подробно анализируются указанные факторы воздействия, дается их распределение по масштабным уровням экологии жилища, исследуется взаимосвязь архитектурно-строительных форм и экологии жилища, делается геоэкологическая оценка конструктивных элементов зданий и интерьера (табл. 2).

Таблица 2

Геоэкологическая оценка конструктивных элементов зданий и интерьера помещения

Масштабный уровень, конструктивный элемент Геоэкологическая функция Признаки, несущие геоэкологическую нагрузку

Уровень улицы: здание и наружные стены, окна, крыша Городская среда обитания человека внешний вид зданий, его стен, крыши, окон Взаимное расположение зданий Высота, форма и пропорции зданий Ритмическое членение поверхностей Площадь и форма светопрозрачных ограждений Ориентация по отношению к тротуарам и проезжей части Наличие зелёных насаждений и их ярусность

Уровень помещения: помещение в целом Среда обитания человека Защита человека от неблагоприятных факторов внешней среды (природно-климатических и социальных) Высота, форма и пропорции помещения Конструкционные и отделочные материалы Освещённость Средства физического отдыха (спальня, мебель) Средства гигиены (ванная, туалет) Цветовое решения интерьера Разнообразие форм интерьера

Уровень конструкций: стена Средство защиты от неблагоприятных факторов внешней среды (температуры, влажности, воздушных потоков, шума, солнечной радиации) Элемент визуальной среды улицы Элемент визуальной среды помещения Форма Материал Толщина Макроструктура Цвет, фактура Теплоизоляционная способность Звукоизоляционная способность Ритмическое членение поверхности

Уровень конструкции: окно Источник естественного света помещения Визуальная связь с внешним миром Проводник воздействия факторов внешней среды (температуры, солнечной радиации, шума, естественной вентиляции) Средство защиты от неблагоприятных факторов внешней среды Элемент визуальной среды улицы Элемент визуальной среды помещения Форма плоскости проёма Объёмная форма Степень прозрачности Возможность вентилирования Наличие затеняющих элементов Количество слоев остекленья

На основе проведенного анализа делается вывод о том, что экология жилища во многом зависит от форм архитектурно-строительных элементов и дается предложение по их улучшению с применением новых светопрозрачных ограждающих конструкций. Предлагается уйти от плоских светопрозрачных элементов, заменив их сферическими.

ГЛАВА 4. Теоретические и экспериментальные исследования геоэкологической эффективности архитектурно-конструктивных форм на примере форм светопрозрачных конструкций

Настоящая глава посвящена теоретической и экспериментальной оценке геоэкологической эффективности архитектурно-конструктивных решений, а точнее их форм для светопрозрач-ных ограждений (рис. 4).

Немалая доля в ухудшении геоэкологической обстановки урбанизированных территорий принадлежит плоскопрямоугольным формам зданий и отдельных их элементов в городской застройке. Это было показано в предыдущих разделах диссертационной работы.

Для улучшения комфортности жилища были предложены новые формы светопрозрачных ограждений зданий, которые являются более эффективными с точки зрения геоэкологии. Приведены расчёты их геоэкологической эффективности и одновременно опробирована методика такой оценки в отношении существенных для района Персидского залива геоэкологических факторов: солнечной радиации, звукового воздействия, ветра и состояния визуальной среды на разных масштабных уровнях экологии жилища.

{

ь

Рис. 4. Солнцезащитная светопрозрачная панель со сферическими светопрозрачными элементами а - вид с наружной стороны, б - вертикальный разрез по светопрозрачным элементам

Теоретические исследования влияния формы светопрозрач-ных ограждений на характер светопропускания и светоотражения с геоэкологической точки зрения произведены с целью определения соответственно равномерности пропускания прямых и рассеянных солнечных лучей в течение дня или года и вычисления светоотражения при различном положении солнца на небосводе, оказывающего влияние на человека, находящегося на улице вблизи здания.

Светопропускание исследуется на теоретической модели (рис. 5), учитывающей характер светопропускания через сферические светопрозрачные элементы на всем протяжении движения солнца по небосводу от наиболее высокого положения до горизонта по дуге Sh.

Рис 5. Геометрическая схема светопропускания сферическими элементами с вариотропными затеняющими поверхностями 1 - сферический светопрозрачный элемент, 2 - затеняющая поверхность в верхней четверти сферы

Равномерность пропускания прямых солнечных лучей (или равномерность создаваемой ими освещенности в фиксированной точке горизонтальной поверхности внутри помещения) обеспечивается во-первых сферической формой светопрозрачного элемента, отвечающий форме небосвода, а во-вторых вариотропной

затеняющей поверхностью переменной прозрачности (ориентированно от 4 до 94 %). Этих двух характеристик достаточно, чтобы обеспечить так называемый следящий эффект: чем выше солнце, тем больше затенение. Последнее плавно убывает по мере уменьшения альтитуды солнца. Стереометрическая связь между альтитудой / солнца и параметрами светопрозрачного элемента определяется неравенством

2Д. агс1ё / О

и определяет верхнюю границу пропускания полупрозрачно -го покрытия.

Пропускание солнечных лучей через шаровой элемент расчитывалось исходя из законов геометрической оптики для криволинейных поверхностей из стекла с коэффициентом преломления п=1,54 и учетом реального пропускания атмосферы (сферичность, молекулярное рассеивание). Расчеты показали, что за счет эффекта многократного рассеивания внутри шарообразного элемента обеспечивается практически изотропный характер освещенности на выходе, то есть существенно улучшается инсоляция помещения.

Изменение коэффициента пропускания и отражения затемняющего покрытия определяется в общем случае функцией пропускания атмосферы и равна

П=ехр(-Нр*р*8ш/),

где Нр - высота однородной атмосферы, (3 - коэффициент интегрального рассеивания.

На практике, при учете только релеевского рассеивания, что обычно справедливо для прозрачной атмосферы стран Персидского залива, П изменяется от 4 до 94 %. Данные рассчеты приведены для прямого солнечного излучения, вносящего наибольший вклад в освещенность, доля рассеяного излучения составляет лишь несколько процентов от прямого.

Характер светоотражения при различных положениях солнца представлен на теоретической схеме (рис. 6). Схема построена на основе известного в физике закона отражения.

Рис. 6. Зависимость характера светоотражения сферическими элементами остекления от альтитуды солнца. а)90°; б)45°; в)0°

Из схемы видно, что поверхность сферы, встречающая поток солнечных лучей, содержит точку К, из которой солнечный луч отражается горизонтально. Шаровой пояс 31 отражает лучи вверх и только шаровой пояс 32 отражает лучи вниз на улицу. Это видно на вертикальном сечении. Аналогичная картина имеет место в горизонтальном и любом другом сечении. То есть, теоретическая схема подтверждает рассеяние отраженного света сферическими элементами.

Действительно, наблюдатель с улицы воспринимает отраженный свет солнца от плоского стекла как сплошную слепящую поверхность, от цилиндрического стекла — как светящуюся линию и от шара — как одну точку, что доказывает геоэкологическую эффективность сферической формы остекления на масштабном уровне.

Приводятся аналогичные теоретические исследования предложенных форм светопрозрачных элементов в отношении геоэкологических факторов звуко- и тепло-пропускания, отражения воздушных потоков, улучшение визуальной среды.

Целью экспериментальных исследований является проверка в условиях приближенных к реальным, геоэкологической эффективности описанных выше архитектурных форм в отношении таких геоэкологических факторов как отраженная солнечная радиация, уличный шум и ветер.

Для этого нами предложена общая методика , которую можно описать как методику сравнительной оценки геоэкологической эффективности новых архитектурно-технических решений по относительной величине уменьшения вредного воздействия изучаемого геоэкологического фактора. В каждом конкретном случае эта методика имеет свою специфику и уточнения, описываемые в диссертационной работе.

При этом нами используются общепринятые термины и определения, описывающие структуру экспериментов.

Фактор — качество, или свойство, в соответствии с которым классифицируются данные. В нашем исследовании это солнечная радиация, звуковое давление и ветер (воздушный поток). Каждому фактору задается несколько уровней его проявления.

Объект наблюдения — отраженный свет (блескость), отраженный звук (уличный шум), отраженный воздушный поток (сквозняки улиц).

Уровень фактора — разные условия проявления одного и того же фактора (например, разные углы падения воздушного потока на отражающую поверхность или разная сила света, на проявляемого на эту поверхность).

План эксперимента — сравнение нескольких уровней одного и того же фактора, когда измеряется один и тот же признак объекта наблюдения для разных отражающих поверхностей.

При этом не всегда есть необходимость рассматривать несколько уровней фактора как статистическую выборку. Нас будет интересовать непосредственное сравнение эффективности конкретных условий. В нашем случае форм отражающих поверхностей.

Модель. В первом случае (статистической выборки) необходимо, чтобы изменчивость между различными уровнями фактора описывалась случайными величинами, а во втором (принимаемая нами) требуется использование параметров. Такая модель называется параметрической или моделью с фиксированными уровнями фактора. Например, фиксированные углы падения воздушного потока на отраженную поверхность, фиксированная мощность светового излучения или фиксированная частота звука.

В результате экспериментальной проверки новых форм (стеклянные сферы) отражающей поверхности на геоэкологическую эффективность по описанной методике в отношении яркости отраженного света мы получаем данные, представленные в таблице 3.

Таблица3

Значения освещённости отражённым светом различной яркости для сравниваемых отражающих поверхностей

Мощность источника света, вт Вид отражающей поверхности и создаваемая ею освещённость, лк

Плоское стекло Стеклянные сферы

4 7,2 1,3

60 16,5 4,0

300 55,0 16,1

Сравнивая формы отражающих поверхностей в отношении звукового давления отраженного звука получаем данные, представленные в таблице 4.

Таблица 4

Уровни звукового давления отражённого звука от сравниваемых поверхностей

Звуковая частота, Гц Вид отражающей поверхности и уровня звукового давления, дб

Плоское стекло Стеклянные сферы

63 39 36

125 60 55

250 75 67

500 84 70

Эксперименты по измерению скоростей отраженных воздушных потоков от сравниваемых поверхностей дали следующие результаты (табл. 5).

Таблица 5

Результаты измерений скоростей отражённых воздушных потоков от различных поверхностей остекления

Отражающая поверхн. Угол падения f Показания анемометра Колич. оборотов, п Экспо-зиц. сек. Скорость вращения об/сек Скорость воздушн потока м/сек

начальн. конечн.

Плоское стекло 30° 1450 1800 350 120 2.9 1,1

2145 2450 305 120 2,5 0,9

2450 2755 305 120 2,5 0,9

Плоское стекло 45° 0270 0665 395 120 3,3 1,2

0665 1070 405 120 3,4 1,3

1070 1450 380 120 3,2 1,2

Плоское стекло 60° 4000 4550 550 120 4.6 1.8

4550 5100 550 120 4.6 1.8

5100 5630 530 120 4,4 1.7

Полусферы 30° 2755 3031 276 120 2,3 0,9

2880 3144 264 120 2,2 0,7

3000 3264 264 120 2,2 0,7

Полусферы 45° 9710 10022 312 120 2,6 1.0

9850 10174 324 120 2,7 1,0

0120 432 312 120 2,6 1,0

Полусферы 60° 3245 3689 444 120 3,7 1,45

3400 3832 432 120 3,6 1,45

3560 3980 420 120 3,5 1,4

Прямой воздушный поток в точке падения на поверхность 3330 4130 800 120 6.6 7,2

4130 4920 790 120 6,6 7,2

4920 5730 810 120 6.7 7,2

При этом геоэкологическая эффективность новых форм отражающей поверхности по сравнению с общепринятым прототипом составила от 18 % до 22 %.

Сферические элементы светопрозрачных ограждений образуют новую и благоприятную среду, исключая одновременно такие негативные для зрительного восприятия человека элементы как большие плоскости стекол, прямые углы и прямые линии, заменяя их плавными округлыми очертаниями. Причем указанная эффективность проявляется как на масштабном уровне помещения, так и на масштабном уровне улицы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В работе проанализирована уникальность района Персидского залива в отношении природной и социоэкономической экосистем, накладывающих отпечаток на развитие культуры населяющих его народов, экономики и архитектуры прибрежных стран.

2. Выявлена динамика развития экосистем района Персидского залива, выразившаяся в бурном развитии нефтедобывающей промышленности, увеличении потребности в жилье и масштабов городского строительства, в усиливающемся техногенном воздействии на природную экосистему и их влиянии на архитектуру и экологию жилища.

3. Построена логическая схема, связывающая понятия архитектуры, архитектурных конструкций и геоэкологии с целью выработки механизма геоэкологической оценки архитектуры и архитектурных конструкций.

4. Дано определение, построено обоснование и выполнено исследование понятия «экология жилища» как элемента в геоэкологической системе «окружающая среда - архитектура - человек». Проанализированы возможные направления развития такой экосистемы. Определены масштабные уровни и факторы воздействия в экологии жилища.

5. Построено распределение факторов воздействия, наиболее характерных для района Персидского залива, по масштабным уровням экологии жилища. Выявлены конструктивные элементы зданий, непосредственно взаимодействующие с указанными гео-

экологическими факторами, ослабляя или усиливая их воздействие. В этой связи, в диссертационной работе наиболее подробно рассмотрены такие геоэкологические факторы как солнечная радиация, звуковое воздействие (шум), воздушные потоки (ветер), состояние визуальной среды (видеоэкология). Определено особое место светопрозрачных ограждающих конструкций во взаимодействии с указанными геоэкологическими факторами.

6. Впервые предложены светопрозрачные ограждающие конструкции зданий, улучшающие защиту помещений от солнечных лучей путём повышения однородности инсоляции независимо от положения солнца на небосводе, улучшающие тепло- и звукоизоляцию помещений, уменьшающие вредные воздействия запыления светопрозрчной панели, улучшающие экологию улицы в отношении солнечных бликов, шума и ветра, улучшающих видеоэкологию помещения и улицы.

7. Разработан, сконструирован и изготовлен ряд моделей светопрозрачных ограждающих конструкций для экспериментальных исследований их сравнительной геоэкологической эффективности. Получен патент Российской Федерации на изобретение № 2226599, выданный 10.04.2004 г.

8. Выполнены теоретические исследования геоэкологической эффективности разработанных светопрозрачных ограждающих конструкций на базе физических законов преломления и отражения. Расчеты показали предпочтительность сферических светопрозрачных элементов перед плоскими.

9. Разработаны методики и схемы для экспериментальных исследований геоэкологических факторов и выполнены экспериментальные работы по влиянию формы светопрозрачной поверхности на яркость отражённого от неё света. Доказано, что стеклянные сферы уменьшают интегральную яркость отражённого света до 4 - 6 раз. Уменьшение уровня звукового давления составляет для сравниваемых форм 3 - 6 дб (7 - 8%), а уменьшение скорости отражённого воздушного потока - до 20%.

Список публикаций по теме диссертации

1 Салех Агха Моханад Мохамад Патент на изобретение Российской Федерации солнцезащитная светопрозрачная панель // Российское агентство по патентам и товарным знакам — М №2226599 от 10 04 2004

2 Salekh Agkha Mokhanad Mokhamad Patent the sun translucent panel // The patent office of UK, Newport Patent application number 0404653 8 at 03 03 2004

3 Салех Агха Моханад Мохамад Восток — дело тонкое, исторические, природно-климатические и социально-экономические факты в архитектуре и экологии стран Персидского залива // Национальное и информационное агентство природные ресурсы, природно-ресурсные ведомости — М, №13(222) 2004-С.7

4 Салех Агха Моханад Мохамад ОАЭ Как соединить традицию и новаторство // Национальное и информационное агентство природные ресурсы, природно-ресурсные ведомости — М, № 17-18 (226-227), 2004 — С 11

5 Салех Агха Моханад Мохамад Умная солнцезащитная светопразрач-ная панель // Международная общественная арабская газета Аль-Халиж, раздел Молодежь стран персидского залива ОАЭ, Дубай от 24 02 2004 — С 8 www alkhaleej ae

6 Салех Агха Моханад Мохамад Новые изобретения в области экологической архитектуры // Общественная арабская газета Аль-Раэи, Иордания, Аман 16 03 2004 — С 82 www alrai.com

7 Салех Агха Моханад Мохамад Исследование общей связи архитектуры с окружающей средой // Международная общественная арабская газета Дар Аль-Хаят, раздел технология и наука Великобритания, Лондон 18 10 2004 —С 18 www daralhavat.com

8 Салех Агха Моханад Мохамад Документальный фильм Экология — конструкция - архитектура // Международный арабский телевизионный канал Аль-Алам Иран, 19 02 2004 www alalam ir

Редакционный отдел ГУЗ Подписано в печать 11 02 05 Формат 60x84 / 16 Бумага офсетная Объем 1 пл Тираж 100 Заказ \

Участок оперативной полиграфии ГУЗ, Москва, ул Казакова, 15

Г 2

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Салех Агха Моханад Мохамад

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ИСТОРИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ И СОЦИАЛЬНЫХ ФАКТОРОВ РАЙОНА ПЕРСИДСКОГО ЗАЛИВА КАК ЭЛЕМЕНТОВ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

1.1. Историко-экономические факторы

1.2. Природно-климатические факторы

1.3. Социальные и демографические факторы

1.4. Динамика развитых экосистем и задачи, стоящие перед архитектурой Персидского залива

1.5. Анализ актуальных проблем, стоящих перед современной архитектурой Персидского залива.

1.6. Формулировка проблем и определение границ исследования

1.7. Выводы по главе

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ЭКОЛОГИИ И АРХИТЕКТУРЫ ЖИЛИЩА НА РАЗЛИЧНЫХ МАСШТАБНЫХ УРОВНЯХ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Логическое соотношение понятий «архитектура», «конструкции», экология»

2.2. Исследование и обоснование понятия «экология жилища»

2.3. Масштабные уровни и факторы воздействия в экологии жилища

2.4. Выводы по главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ РЕШЕНИЙ, УЛУЧШАЮЩИХ ЭКОЛОГИЮ ЖИЛИЩА

3.1. Определение локальной области исследований и разработок применительно к факторам воздействия, масштабным уровням и конструктивным элементам

3.2. Экологическая оценка конструктивных элементов здания и интерьера помещения

3.3. Разработка экологически эффективных светопрозрачных ограждающих конструкций зданий

3.4. Выводы по главе

ГЛАВА 4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ АРХИТЕКТУРНО-КОНСТРУКТИВНЫХ ФОРМ НА ПРИМЕРЕ ФОРМЫ СВЕТОПРОРАЧНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ

4.1. Общие положения и специфика исследований

4.2. Теоретические исследования экологической эффективности светопрозрачных ограждений

4.3. Методика и аппаратура экспериментальных исследований

4.4. Экспериментальные исследования экологической эффективности принятых архитектурно-конструктивных решений

4.4.1. Влияние характера светопрозрачной поверхности на яркость отражённого от неё света

4.4.2. Влияние характера поверхности на отражение звуковых волн

4.4.3. Влияние характера поверхности на скорость отражённого от неё потока воздуха

4.5. Выводы по главе 135 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 137 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геоэкологические аспекты градостроительства в районе Персидского залива"

Экологические исследования, проведённые в последние десятилетия во многих странах мира, показали, что всё возрастающее разрушительное воздействие антропогенных фактов на окружающую среду привело её на грань кризиса. Это стало не следствием научно-технического прогресса самого по себе, но, как отмечается [1], избыточной рационализации жизни, отчуждением и обездушиванием межличностных контактов, безоглядной эксплуатации природы, породившей глобальный экологический кризис, господства агрессивно-деятельной парадигмы. В этом смысле кризис экологический - следствие кризиса духа. Авторы известного учебника -академики Российской экологической академии И.И.Мазур и О.И.Молдованов - с сожалением отмечают, что люди чаще всего сами не ведают, что творят. Математики выводят уравнения и предлагают модели, не заботясь об их применении, инженеры, используя методологический инструментарий, не задумываются над последствиями своих проектов и технологий, а хозяйственные руководители продолжают отслеживать свои прибыли, закрывая глаза на возможные экологические последствия. Поэтому один из главных парадоксов развития научно-технического прогресса сегодня состоит в том, что «приходится развертывать деятельность по ликвидации результатов деятельности». Иными словами, экологически несостоятельный проект, отрицая естественный природный баланс в геотехнической системе, обусловливает необходимость отрицания его последствий через целенаправленную деятельность по восстановлению нарушенного равновесия.

Решение, как указывал Н.Н.Моисеев, лежит на пути поиска компромисса между «невмешательством» и «покорением» природы.

Архитектура, проектирование и строительство не лежат в стороне от научно-технического прогресса, сами вносят немалый «вклад» в антропогенную деятельность, поэтому все сказанное выше относится и к нам. И в архитектуре требуется учёт своей специфики сосуществования и поддержания устойчивого динамического равновесия естественного и искусственного.

Развивая известные принципы экологизации современного научно-технического прогресса [1] в отношении архитектуры скажем, что она, как всякие науки, техника и производство должна оцениваться и развиваться только в ключе экологической состоятельности на текущий момент и перспективу.

Конечно, экология решает другие, более значимые задачи: обеспечение безопасности человека и природы в условиях глобальных антропогенных изменений, происходящих в reo- и биосфере; обеспечение экологической безопасности при чрезвычайных ситуациях технического характера; подчинение стратегии научно-технического прогресса в области природопользования высокому уровню экологической безопасности; экологизации хозяйственной деятельности в процессе экономического роста и решения социальных проблем и многие другие столь же крупные задачи.

В этом отношении задачи экологии, решаемые в архитектуре, являются лишь небольшой частью указанных выше крупных задач, носят подчинённый характер. Поэтому и мы в настоящем исследовании ставим лишь ограниченный, соразмеренный объёму диссертационной работы, круг задач по подчинению архитектурных решений проблемам экологии. То есть, будем руководствоваться известным принципом «мыслить глобально, действовать локально».

Следует отметить, что намечая для исследования область «экология — архитектура» мы не вступаем на новый путь. Осознание необходимости экологического подхода в архитектуре уже имеет место. Примером могут служить работы Б.Эдвардса в поддержку «эко-дизайна» [2], где приводятся данные о быстром развитии экологической архитектуры и утверждается, что архитектура, вступающая в новый век, более не является принадлежностью стиля, но экологической необходимостью. Указывается, что если «зелёная» архитектура, как природный тип при всех её достоинствах остается рациональным, социально ориентированным, высокотехнологичным методом строительства, то экологическое движение даёт миру новые моральные устои, а в архитектуре - новую цель и этические основы.

Д.Вайнс формулирует некоторые направления «экологической архитектуры» [3] такие как снижение этажности, использование перерабатываемых и возобновляемых материалов, энергосберегающих материалов, дренажных систем, низкие эксплуатационные расходы, переработка зданий, сокращение использования озоно-разрушающих химикатов, охрана естественного ландшафта, солнечная ориентация. Указывается на необходимость становления экологического сознания, влияющего на образ мыслей. Выражается надежда на положительное проявление новых концептуальных идей в архитектуре и градостроительстве.

В материалах А.Г.Шмаля отмечается, что всё больше урбанизированных территорий превращается в зоны экологического бедствия, делается вывод о необходимости создания комфортной искусственной среды обитания, отвечающей биологическим, социальным, медицинским, эстетическим, то есть, утверждает автор, экологическим требованиям. Вместе с тем, указывается на необходимость регламентации понятия «экология» и других, связанных с ним понятий.

Итак, экологический подход к проблемам архитектуры (проектированию, конструированию, строительству и эксплуатации) является необходимым, осознанным и в некоторой степени опробованным. Остаётся позаботиться о регламентации понятий, уяснить основополагающие определения, чтобы не допустить ошибок упрощения экологического подхода. Хорошую возможность в этом направлении открывают нам труды ученых ГУЗа А.А.Варламова и А.В.Хабарова [5]. Данные ими определения мы принимаем за исходные и на их основе строим эколого-архитектурные модели, проверяем закономерность построений и уясняем характер связей между элементами систем.

Начиная с общеизвестного определения Э.Геккеля, данного им ещё в 1869 г. современные учёные указывают [6] на наличие около ста разных определений экологии. Мы в своём исследовании опираемся на следующую формулировку: экология — это наука, изучающая условия существования и взаимосвязи между живыми организмами и средой их обитания [5]. Это определение отличается простотой и строгостью изложения и содержит все необходимые элементы для наших дальнейших построений. Со структурной точки зрения мы будем работать в области аутэкологии, изучающей взаимодействие одного организма, а именно человека, с окружающей средой (внутренней, внешней, естественной и искусственной). Среди множества целей, на достижение которых направлена экология, для архитектуры наиболее близка цель сохранения благоприятной среды для жизни человека

5].

Под окружающей средой в широком смысле понимают всё, что окружает человека, включая природную среду, искусственно созданные человеком материальные компоненты, явления и процессы. С экологических позиций окружающая среда - это все тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях. При этом среда может быть природной, включающей естественные материальные тела, природные физические, химические, физико-химические и биологические явления и процессы, так и антропогенный, измененный человеком [5]. Относя приведенные выше определения к архитектуре, отметим, что её элементы могут воздействовать на окружающую среду как антропогенная нагрузка. В то же время они могут и сами испытывать на себе воздействие окружающей среды, как природной, так и антропогенной. И то и другое воздействие имеет место. Поэтому для исследования их характера нужно надлежащим образом построить экосистему и выбрать интересующее нас направление взаимодействий в ней.

Следует уделить внимание и масштабным уровням. В общей экологии различают три масштабных уровня экосистем (микросистемы, мезосистемы и макросистемы), составляющие иерархию систем разных порядков. Аналогично и в архитектуре с экологической точки зрения мы можем рассматривать несколько масштабных уровней, соответствующих помещению, зданию и улице. Можно было бы выделить и другие уровни, но для целей нашей работы достаточно указанных трёх масштабных уровней, которые по аналогии можно будет назвать микро-, мезо- и макроуровнями.

Средствами воздействия внутри экосистем являются экологические факторы. Они определяются как любой элемент среды, способный оказывать влияние на живые организмы. Различают абиотические или физико-химические факторы (например климатические), биотические (живая природа) и антропогенные. Наиболее существенными в наземных экосистемах являются факторы температуры и влажности воздуха, интенсивности солнечной радиации, интенсивности атмосферных осадков и воздушных потоков, антропогенные воздействия [5], например шум [1]. Архитектурные объекты защищают человека от перечисленных воздействий либо полностью (от атмосферных осадков и воздушных потоков), либо частично (от температуры и влажности воздуха, солнечной радиации и шума). С экологической точки зрения, в случаях частичной защиты, важно установить верхние и нижние границы допустимых колебаний экологических факторов. Такие границы могут быть указаны в строительных нормах и правилах, например, допустимые границы инсоляции помещений и уровень звукозащиты, в санитарных нормах - температура и влажность, или определены экспериментально - например этажность зданий.

Необходимо сказать и о связи архитектуры с загрязнением окружающей среды. По общему определению [5] под загрязнением окружающей среды понимают нежелательные изменения физических, физико-климатических и биологических характеристик воздуха, почв, вод, которые могут неблагоприятно влиять на жизнь человека, необходимых ему животных и растений, культурное достояние. Среди всех типов загрязнения и вредных воздействий к архитектуре имеют отношение физическое загрязнение (тепловое, шум), эстетический вред (нарушение ландшафтов, примечательных мест малопривлекательными постройками. Была выявлена связь психики человека и зрительного восприятия. В литературе даже появилось понятие «экология зрительного восприятия», выражающее угнетение нервной системы человека видом больших площадей однообразных стен зданий, унылой застройки улиц. Человек испытывает порой безотчётное безпокойство и быструю утомляемость, если его взгляд не встречает ничего, на чём бы ончмог остановиться, кроме однообразной застройки, ровных нечленённых поверхностей бетона или стекла.

На макроуровне застройки (уровне улицы) имеет место и световое загрязнение, возникающее от отражения большими площадями стен яркого солнечного света. В городах Персидского залива оно бывает настолько сильным, что вызывает слепящий эффект. То есть имеет место прямое изменение окружающей среды с неблагоприятными последствиями для человека.

Об этом же пишет и Ю.Одум [7], указывая, что урбанизация продолжает оставаться в центре внимания экологов. При этом отмечается, что главная беда заключается не в снабжении городов энергией или ресурсами, а в ухудшении качества жизненного пространства. Ю.Одум указывает на снижение качества среды в городах, во-первых, в результате творческой архитектуры отвлечёнными нововведениями и, во-вторых, чрезмерного внимания общественности к экономике в ущерб планированию городов. Подчеркивается, что в городе - этом венце творения человеческой цивилизации, где человек укрывается от неприятных воздействий физической среды, происходит ухудшение качества жизненного пространства. То есть город на макроуровне рассматривается как элемент экосистемы «жизненное пространство - человек» или «жилище - человек», и указывается на ухудшение качества жизненного пространства.

Таким образом, в отношении указанной экосистемы возникает необходимость контроля за качеством окружающей среды и управления им [5]. По нашему мнению это может быть достигнуто как планировочными, так и техническими средствами, улучшающими качество окружающей среды в экосистеме «жизненное пространство - человек».

Разумеется здесь не найдется много универсальных решений, пригодных во всех случаях, независимо от местных условий. На характер урбанизации в каждом отдельном случае накладывает отпечатки множество факторов, каждый из которых в разных местах проявляется по-разному, а их сумма создает совершенно специфические условия.

Рассматривая условия урбанизации с точки зрения экологии на примере района Персидского залива мы убеждаемся в его совершенном своеобразии и делаем вывод о специфичности средств, направленных на улучшение качества окружающей среды. Без сомнения на специфику архитектуры и экологии района в их взаимосвязи накладывают отпечаток исторические, природно-климатические и социальные аспекты. Мы можем говорить о взаимном влиянии природной экосистемы и социоэкономической [8] экологической системы, одним из элементов которой является архитектура среды проживания.

Изучаемый в диссертационной работе арабский район Персидского залива расположен на северо-востоке Аравийского полуострова. Обширная территория полуострова занимает 3 млн. кв. км. Своеобразие его истории, демографии, культуры и экономики продиктовано в значительной мере изолированностью района. Около 80% его природных рубежей приходится на побережье, которое окаймлено горными цепями. Берега слабо изрезаны и мало извилисты, так что удобных стоянок для морских судов мало. И только 20% границ, приходится на сушу, но и она представляет собой труднопроходимые пустыни. Естественно, что такие географические и топографические особенности затрудняли контакты с другими странами и районами. Полуостров был обособленным на протяжении многих веков, что сказалось на своеобразии развития арабской цивилизации и культуры. Здесь получили свое начало арабский язык, богатая арабская литература и своеобразная арабская архитектура.

С экологической точки зрения можно отметить благоприятные черты древней арабской архитектуры которая в основном развивалась под влиянием исторических, природно-климатических, социальных и культурных факторов, приспосабливаясь к ним и не вступая с ними в противоречие. Этому способствовали в основном два обстоятельства: климатические и экономические.

Жёсткие природные факторы, резко-континентальный климат требовали от архитектуры решений, защищающих человека от вредных физических факторов внешней среды. А слабая материально-техническая база диктовала умеренность, защиты и изобретательности в использовании подсказанной природой форм и применении местных материалов.

На Аравийском полуострове господствует жаркий и засушливый климат пустынь. Средняя годовая температура воздуха выше 20°С. Во внутренних районах Аравийского полуострова температура воздуха летом доходит до 50°С и более. Амплитуды суточных колебаний температуры воздуха весьма значительны. Большая часть прибрежного района Персидского залива - Эль Хаса представляет собой однообразную песчаную равнину с дюнами. Вдоль побережья тянутся солончаки «себхи», образовавшиеся в результате заполнения песком мелководных морских заливов. Вследствие испарения на поверхности «себхов» откладывается соль, которая цементирует песок, образуя твёрдую корку толщиной несколько сантиметров.

Описанные выше черты природной экосистемы характеризуют Аравийский полуостров в большей его части (за исключением гор и оазисов) как территорию с жёсткими природными факторами: резко-континентальный климат; высокая среднесуточная температура с неблагоприятными с физиологической точки зрения абсолютными значениями максимума температуры; высокая солнечная радиация (более 350 вт/м2); преимущественно плоскогорный характер внутреннего пространства полуострова; скудная невысокая растительность.

В таких условиях постоянные поселения традиционно размещались лишь в районах с относительно мягкими климатическими условиями - в прибрежных горных местностях, а также в немногочисленных оазисах. Остальные пространства осваивались лишь кочевниками-скотоводами (бедуинами).

Сравнительно небольшое городское население, отсутствие современных транспортных средств, территориальная изолированность в границах оазиса или, самое многое, полуострова, позволяли создавать архитектуру, наиболее согласованную с природными факторами региона. Известное своеобразие арабской архитектуры никогда не являлось самоцелью. Традиционная архитектура изучаемого района представляет собой пример выработанного на протяжении многих веков согласованного сочетания архитектуры жилища с названными факторами природной экосистемы. Древняя арабская архитектура не была вызовом окружающей природе, но всегда смягчала до приемлемого уровня воздействие неблагоприятных климатических условий, не нарушая природного равновесия, не оказывая вредного воздействия на окружающую среду как природную, так и социально-экономическую.

Что касается мезо- и микроуровня, то малоэтажные здания, узкие тенистые улицы, внутренние дворики, особое устройство кухни, возможность по выбору использовать верхний или нижний этажи в зависимости от времени года, подбор местных природных строительных материалов благоприятно сказывались на экологии жилища.

Архитектура Персидского залива сохраняла традиционные черты арабской архитектуры вплоть до середины XX века. Но в настоящее время страны Арабского Востока не остаются в стороне от глобализационных процессов, одной из черт которого является ускоренная динамика урбанизации жизни.

Наличие больших запасов месторождений нефти, которые составляют на Аравийском полуострове свыше 23 млрд. тонн (25,5% мировых запасов), способствовало ускорению темпов урбанизации, усилению влияния экономических факторов на архитектуру и экологию всего Аравийского полуострова и особенно стран Персидского залива. Быстрый рост населения городов, социальное расслоение, появление большого количества транспортных средств и другие социально-экономические факторы резко меняют облик арабских городов с изменениями в худшую сторону экологии жилища и экологии окружающей среды в целом.

В настоящее время прибрежные города Персидского залива заполняют европейские здания со всеми негативными последствиями несогласованности с окружающей средой на всех трёх масштабных уровнях экосистемы. В то же время прежняя традиционная архитектура уже не удовлетворяет современным темпам урбанизации жизни . Перед архитекторами стоит сложная задача найти удовлетворительные средства совмещения современной архитектуры города с социально-экономическими и природно-экологическими условиями стран Аравийского полуострова и особенно прибрежной полосы Персидского залива.

Обоснование актуальности темы исследования. Из изложенного выше вводного анализа мы можем сделать однозначный вывод об актуальности проблемы взаимосвязи архитектурного проектирования и строительства с эффективной заботой о человеке и окружающей среде. Приведённым выше анализом установлено, что мы вплотную подошли к рубежу, чётко определяющему необходимость экологического подхода в решении большой части архитектурных задач. Или мы будем множить вредное воздействие современной урбанизации на человека и окружающую среду, или мы твёрдо станем на научные позиции, учитывающие взаимное влияние архитектуры и экологии жилища. Сказанное особенно актуально, по нашему мнению, для бурно развивающихся районов Персидского залива на фоне жёстких природно-климатических факторов.

Проблема заключается в том, что под влиянием экономических и социальных факторов архитектура района Персидского залива всё более быстро отрывается от древней арабской архитектуры, традиционно присущей этому району. Бурное развитие строительства, с внедрением европейской архитектуры, несогласованной с природно-климатическими условиями района, неизбежно ухудшает состояние экосистемы «человек — окружающая среда». Необходимо вырабатывать архитектурные решения различные по масштабу или по значимости но в строгом экологическом подчинении.

Целью диссертационной работы является исследование взаимосвязи архитектуры и экологии, разработка и опробования методики экологической оценки архитектурно-строительных решений на примере светопрозрачных ограждений зданий в отношении факторов высокой солнечной радияции, шума, ветровых потоков и состояния визуальной среды, как наиболее характерных в условиях стран Персидского залива и разработка предложений, улучшающих экологию жилища.

Для достижения указанной цели мы ставим следующие задачи: -исследовать природно-климатические, историко-экономические и социальные условия района Персидского залива, как элемента экологических систем;

-исследовать взаимосвязь экологии и архитектуры жилища на различных масштабных уровнях в условиях Персидского залива;

-разработать архитектурно-строительные решения, улучшающие экологию жилища;

-исследовать эффективность новых технических решений по экологии жилища;

-разработать предложения по практическому использованию новых технических решений, улучшающих экологию жилища в районе Персидского залива.

Научная новизна работы состоит в следующем:

-исследованы природно-климатические, историко-экономические и социальные факторы района Персидского залива как элемента экологических систем;

-исследована взаимосвязь экологии и архитектуры жилища на разных масштабных уровнях в условиях Персидского залива;

-разработаны новые архитектурно-строительные решения, улучшающие экологию жилища;

-выполнены теоретические и экспериментальные сравнительные исследования новых технических решений в области экологии жилища.

Практическое значение диссертационной работы заключается в том, что она может быть использована при проектировании зданий в условиях Персидского залива с целью улучшения экологии жилища на разных масштабных уровнях.

Результаты диссертационной работы позволяют:

-улучшить экологию жилища в отношении вредного воздействия солнечной радиации;

-улучшить экологию улицы в отношении солнечных бликов; -улучшить экологию улицы в отношении шума; -улучшить экологию улицы в отношении воздушных потоков; -улучшить экологию жилищной застройки в отношении зрительного восприятия.

На защиту выносятся:

-результаты исследования природно-климатических, историко-экономических и социальных факторов района Персидского залива как элементов экологических систем;

-результаты исследования взаимосвязи экологии и архитектуры жилища на различных масштабных уровнях;

-новые архитектурно-строительные решения, улучшающие экологию жилища;

-результаты теоретических и экспериментальных исследований новых архитектурно-строительных решений в отношении солнечной радиации, шума и воздушных потоков;

-предложения по практическому использованию новых архитектурно-строительных решений в связи с улучшением экологии жилища в районе Персидского залива.

Апробация результатов исследований.

Результаты исследований доложены и обсуждены на расширенном заседании кафедры почвоведения и экологии в присутствии специалистов международного телевизионного канала АльАлам.

По материалам диссертации опубликовано 7 работ и получен патент Российской Федерации на изобретение №2226599, выданный 10.04.2004 г.

Подана заявка на изобретение в патентное ведомство Великобритании №0404653.8 от 3.03.2004 г., по которому выдано положительное решение.

Признание одного из результатов исследований изобретением с выдачей патента на базе патентно-технических исследований на предмет мировой новизны, полезности и существенных отличий свидетельствуют об их достоверности и практической ценности.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Салех Агха Моханад Мохамад

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В работе проанализирована уникальность района Персидского залива в отношении природной и социоэкономической экосистем, накладывающих отпечаток на развитие культуры населяющих его народов, экономики и архитектуры прибрежных стран.

2. Выявлена динамика развития экосистем района Персидского залива, выразившаяся в бурном развитии нефтедобывающей промышленности, увеличении потребности в жилье и масштабов городского строительства, в усиливающемся техногенном воздействии на природную экосистему и их влиянии на архитектуру и экологию жилища.

3. Построена логическая схема, связывающая понятия архитектуры, архитектурных конструкций и геоэкологии с целью выработки механизма геоэкологической оценки архитектуры и архитектурных конструкций.

4. Дано определение, построено обоснование и выполнено исследование понятия «экология жилища» как элемента в геоэкологической системе «окружающая среда — архитектура - человек». Проанализированы возможные направления развития такой экосистемы. Определены масштабные уровни и факторы воздействия в экологии жилища.

5. Построено распределение факторов воздействия, наиболее характерных для района Персидского залива, по масштабным уровням экологии жилища. Выявлены конструктивные элементы зданий, непосредственно взаимодействующие с указанными геоэкологическими факторами, ослабляя или усиливая их воздействие. В этой связи, в диссертационной работе наиболее подробно рассмотрены такие геоэкологические факторы как солнечная радиация, звуковое воздействие (шум), воздушные потоки (ветер), состояние визуальной среды (видеоэкология). Определено особое место светопрозрачных ограждающих конструкций во взаимодействии с указанными геоэкологическими факторами.

6. Впервые предложены светопрозрачные ограждающие конструкции зданий, улучшающие защиту помещений от солнечных лучей путём повышения однородности инсоляции независимо от положения солнца на небосводе, улучшающие тепло- и звукоизоляцию помещений, уменьшающие вредные воздействия запыления светопрозрчной панели, улучшающие экологию улицы в отношении солнечных бликов, шума и ветра, улучшающих видеоэкологию помещения и улицы.

7. Разработан, сконструирован и изготовлен ряд моделей светопрозрачных ограждающих конструкций для экспериментальных исследований их сравнительной геоэкологической эффективности. Получен патент Российской Федерации на изобретение №2226599, выданный 10.04.2004 г.

8. Выполнены теоретические исследования геоэкологической эффективности разработанных светопрозрачных ограждающих конструкций на базе физических законов преломления и отражения. Расчеты показали предпочтительность сферических светопрозрачных элементов перед плоскими.

9. Разработаны методики и схемы для экспериментальных исследований геоэкологических факторов и выполнены экспериментальные работы по влиянию формы светопрозрачной поверхности на яркость отражённого от неё света. Доказано, что стеклянные сферы уменьшают интегральную яркость отражённого света до 4 - 6 раз. Уменьшение уровня звукового давления составляет для сравниваемых форм 3 - 6 дб (7 - 8%), а уменьшение скорости отражённого воздушного потока — до 20%.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Салех Агха Моханад Мохамад, Москва

1. Al-Nageeb "Society and State in the Gulf and Arab Peninsula" London and New York: Routledg, 1990.

2. Ando. Shinoda. Blind apparatus of the tracking type. EP 0210049. Заявл. 16.07.86, 0публ.28.01.87. МКИ*Е04В9/24.

3. Kanada. Danmura. Ligth transmittable members, and method of adjusting natural lighting quantity and natural lighting by use of light transmittable members. EP 0601202 Al. Заявл. 16.05.93, Опубл. 15.06.94. МКИ*Е06В9/24.

4. Koster H. Sun protection installation. Пат. 2332229 Великобр. Заявл.3.12.98, Опубл. 16.06.99. МКИ*Е06В9/24,НКИ EIR.

5. Miles' Denby. Building disign in hot, dry climates. First Published in the Architectural Press, London, 1982,p. 117.

6. Salman-Al-Ameer B. New Housing forms for the Arab Gulf States. Architecture and planning, King Faisal University Damman, Saudi Arabia, 1987.

7. Summers G.R., Olsen N.H. New concepts in the durability and repair of reinforced concrete. Proceedings of the Conferance, Muscat, Saltanate of Oman 15-17 December, 1996.

8. Verfahren und Vorrichtung zum Sonnenschutz fur Dacher, Terrassen und dgl. EP 0477678B1. Заявл. 12.09.91, Опубл. 1.06.94. МКИ*Е06В9/24.

9. Архитектура Скинии: окно. http//www.eco.nw.ru/lib/data/htm.2003.

10. Архитектура Скинии: стена. http//www.eco.nw.ru/lib/data/htm.2003.

11. Балонов И.М. О термине «экология» и некоторых понятиях, связанных с hhm.http://balonov.bk.ru.2003.

12. Вайнс Д. Экологическая архитектура сегодня. Изд.Tashen,2000.

13. Варламов А.А., Хабаров А.В. Экология землепользования и охрана природных ресурсов.-М.: Колос, 1999-159с.

14. Гатов В.М., Спиридонов А.В. и Рогов Д.К. Солнцезащитное устройство. А.С. 1560723 СССР. 3аявл.3.03.88, 0публ.30.04.90. Бюл. № 16.МКИ*Е04В9/24.

15. Гибсон Дж. Экологический подход к зрительному восприятию. М.: Прогресс, 1988.-440с.

16. Гильберт А., Лок-РоссенС. Наглядная геометрия. М.: Наука, 1981.-344с.

17. Горайнов А. Экологической кризис или кризис экологического учения? http//www.eco.nw.ru/lib/data/htm.2003.

18. Государственные эпидемиологические правила и нормативы. Сан.П и М 2.2.1/2.1.1. 1278-03-М.: Министерство здравоохранения Российской Федерации,2003,-44с.

19. Гусев Н.М. Основы строительной физики. М.: Стройиздат, 1975.

20. Джонсон Н., Лион Р. Статистика и планирование экспериментов в технике и науке: Метолы планирования эксперимента. М.: Мир, 1981.-520с.

21. Золотарев А.И. Эстетические факторы и естественная среда.-ст.научн.трудов-Тольятти: ПТИС,2000,Вып 7,часть 3.-С.37-41.

22. Ильинский А.И. Жилищные болезни. http//www.eco.nw.ru/lib/data/htm.2003.

23. Колмакова Л.И. Введение в экологию. Решение экологических задач. http//www.eco.nw.ru/lib/data/htm.2003.

24. Мазур И.И., Молдованов О.И. Курс инженерной экологии: Учеб. Для вузов.-М.: Высш.шк., 2001.-510с.

25. Мейлах Э. Азы экологии. Урок 1. Теория: Что такое экология? http://eco.a.green.urc.ac.ru.2003.

26. Миткох Д.И. Экология и человек. Институт прогрессивных исследований, Т. Арад, Израиль. http//www.ecospace.ru/science/articles/noiselevel-print/htm.2003.

27. Новиков В.Н. Экология, урбанизация, жизнь.-М.: Издательство МГТУ,2002.-328с.

28. Огородников И.А., Полякова Е. Экодом. Жилище человека разумного в XXXI веке. http//www.eco.nw.ru/lib/data/htm.2003.

29. Одум Ю. Основы экологии. М.: Мир,1975-740с.

30. Орир Дж. Популярная физика. М.: Мир, 1964-435с.

31. Основные понятия экологии. http//ecoguild/nared.ru/l eco htm/2003.

32. Основные экологические термины. http//www.eco.nw.ru/lib/data/htm.2003.

33. Паньков С. Понятие «экoлoгия».http//ecoguild/nared.ru/l eco htm/2003.

34. Понятие «экология». Гильдия экологов, www.az.ru/ecoguild,27.10.2003.

35. Правила составления, подачи и рассмотрения заявки на выдачу патента на изобретение. М.: Роспатент, 1998.

36. Радкевич В.А. Экология. Минск, 1997.

37. Рон-Гирке Х.Е., Никсон Ч.В., Гигнарт Дж. Экология жизненного пространства. Рекомендуемые диапазоны шума внутри помещений различного функционального назначения. http//www.eco.space.ru//htm.2003.

38. Румянцев Г.И., Воронцов М.П. Экология жизненного пространства. Влияние факторов жилой среды на здоровье населения. http//www.eco.space.ru//htm.2003.

39. Салех Агха Моханад Мохамад. Исторические, природно-климатические и социально-экономические факторы в архитектуре и экологии стран Персидского залива. Докл.

40. Салех Агха Моханад Мохамад. Климатология и градостроительство в странах Персидского залива. // Национальное и информационное агентство природные ресурсы, природно-ресурсные ведомости. М, № 13(222), 2004 -С.7.

41. Салех Агха Моханад Мохамад. Солнцезащитная светопрозрачная панель. Пат. 2226599 РФ, МПК 7Е06В 9/24, 3аявл.26.06.2003, Опубл. 10.04.2004 г.

42. Селиванов Н.П. и др. Солнцезащитное ограждение. A.c. 789656 СССР. Заявл.15.02.78., Опубл.15.08.79. МКИ*Е06В9/24.

43. Селиванов Н.П. и др. Стеновое ограждение. A.c. 679701 СССР. Заявл. 15.02.78, Опубл. 15.08.79. МКИ*Е06В9/00.

44. СниП 23-05-95* Естественное и искусственное освещение. Госстрой России. М.: 2003.

45. СНиП 31-02-2001. Дома жилые одноквартирные. М.2001.

46. СниП II-12-77. Защита от шума

47. Стадников Г.В.,Родионов А.И. Экология. М., 1988.

48. Стандарт АВОК. Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена.-М.: АВОК-Пресс,2002-16с.

49. Трухин В.И., Показеев К.В. Физик и экология.«Экология и жизнь»;2000,№3.

50. Филин В.А. Архитектура как проблема видеоэкологии. М.:ВНИИТАГ,1990.

51. Филин В.А. Видеоэкология. М.: ТАСС-реклама, 1997.-371с.

52. Филин В.А. Видимая среда в городских условиях как экологический фактор. М.: Наука, 1990.

53. Фирсанов В.М. Архитектура тропических стран. М.: Изд-во РУДН. 2002.-264С.

54. Чуркин А., Бузденков Р., Вишуткина Л. Экология и paдиaция.http//www.eco.nw.гu/lib/data/07/u01.04/07,htm.

55. Шинара П. Исследование экологических факторов и их влияние на архитектуру и жилище./ Дамаский гос.архитектурно-инженерный университет, 1999г.

56. Шмаль А.Г. Экология и регламентация. Интернет 2003.

57. Эдварде Б. В поддержку «эко-дизайна». Arcitectural design.,2000.

58. Экологическое сознание и наука нового времени. http//www.student.ru.

59. Экология как HayKa.http://public.uic.rne.ru/tsure/hois/ecoban I.htm.2003.

60. Мак-Картни Э. «Оптика атмосферы», М. «Мир», 421 е., 1979

61. Аллен К.У. «Астрофизические величины» М. «Мир», 446 с. 1977 г.

62. Апенко М.И., Дубовик А.С., «Прикладная оптика» 351 е., «Наука», 1982 г.

63. Coulson K.L. Effect of surface reflection on the angular and spectral distribution of sky light. J. Atmos. Sci., 35, 759-770, 1968.