автореферат диссертации по строительству, 05.23.22, диссертация на тему:Разработка шумозащитных методов с применением зеленых насаждений при развитии селитебных территорий городской застройки

На правах рукописи

Ванников Юрий Анатольевич

РАЗРАБОТКА ШУМОЗАЩИТНЫХ МЕТОДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЗЕЛЕНЫХ НАСАЖДЕНИЙ ПРИ РАЗВИТИИ СЕЛИТЕБНЫХ ТЕРРИТОРИЙ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ

05.23.22 - Градостроительство, планировка сельских населенных пунктов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

004602789

Москва 2010

004602789

Работа выполнена в Государственном образовательном

учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Касьянов Виталий Фёдорович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Маклакова Татьяна Георгиевна

- кандидат технических наук, профессор Кочкин Александр Александрович

Ведущая организация - Научно-исследовательский институт

строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук (НИИСФ РААСН)

17 р(Г Л/ СО

Защита состоится "Р^.Т. "........2010 года в ./.Р.... на заседании

диссертационного совета Д 212.138.09 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, дом 26, ауд. № 601 «Г».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан « » ^ ' 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ляпин А.В.

Общая характеристика работы.

Актуальность проблемы. В условиях техногенного развития общества приоритетным направлением остается создание благоприятного климата для работы и отдыха населения, составляющим элементом которого является достижение акустического комфорта в мегаполисах, городах и других населенных пунктах.

Городской шум имеет тенденцию роста. Увеличение плотности движения на улицах, также мощностей двигателей различных видов транспорта привело к тому, что средний уровень шума на улицах больших городов, составляющих в недавнем прошлом 60-80дБА, в настоящее время достигает 75-95дБА, что превышает санитарную норму в среднем на 25дБА.

Реализация эколого-градостроительных требований предусматривает ликвидацию зон шумового дискомфорта на селитебной территории городской застройки. Это достигается применением современных методов строительства, благоустройства и озеленения, организации дорожного движения, возведения инженерных сооружений, шумозащитных домов и защитных экранов вдоль основных магистралей города и железнодорожных путей. Зачастую инженерно-технические сооружения ухудшают архитектурный облик современного города, а так же требуют значительных затрат.

Вместе с тем важнейшим элементом городской среды являются зеленые насаждения. Эффективность применения зеленых насаждений определяется комплексным характером их защитных свойств: защита от шума, выхлопных газов автотранспорта, адсорбирующим действием от пыли и загрязнения воздуха, улучшением санитарно-гигиенических и микроклиматических показаний среды, психологическим и эстетическим воздействием.

Однако, сложившиеся приемы и традиции в озеленении городов, а также ландшафтно-эстетические принципы их проектирования не обеспечивают минимальный акустический комфорт функциональных зон, наиболее уязвимых в экологическом отношении. Это требует от градостроительной теории более глубоких исследований закономерностей реализации шумозащиты озелененными

пространствами и разработки основ их планировочной организации в полном соответствии с динамикой урбанизационных процессов и тенденциями деградации среды.

Целью диссертационной работы является развитие теории и методологии снижения уровня шума в планировочной структуре крупных городов на основе применения шумозащитного озеленения.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• изучены и обобщены шумовые режимы во внутриквартальных пространствах селитебной территории, их спектральный состав и интенсивность;

• установлены теоретические и практические предпосылки применения зеленых насаждений в качестве шумозащитных мероприятий во внутриквартальных территориях жилой зоны;

• разработаны и апробированы методики исследования акустических свойств зеленых насаждений, используемых в основных планировочных приемах и градостроительных решениях озеленения внутриквартальных пространств;

• получены экспериментальные данные о распространении уровня проникающего шума во внугридворовые территории при различных вариантах их озеленения;

• по результатам экспериментальных исследований разработана методика расчета эффективности подкроновых посадок шумозащитных зеленых насаждений во внутриквартальных пространствах, их конструкций, приемов озеленения.

Объектом исследования являются шумозащитные мероприятия в планировочной структуре крупных городов.

Предметом исследования являются градостроительные планировочные приемы шумозащитного озеленения внутри селитебной территории. Теоретической и методологической основой исследования являются работы отечественных и зарубежных авторов по изучению и использованию шумозащитных свойств зеленых насаждений (ШСЗН) для оптимизации селитебных территорий городской среды, законодательные и нормативные акты Российской Федерации, направленные на улучшение экологической обстановки в

стране, охрану окружающей среды, рациональное использование

природных ресурсов, создание благоприятных условий проживания и здорового образа жизни граждан.

В диссертации использовались экспериментальные методы исследований, основанные на методах статистической акустики, а также методы модельных исследований и макетирования. Применение этих методов позволило исследовать акустические процессы в трудно воспроизводимых и варьируемых конструкциях шумозащитных зеленых насаждений (ШЗН). Экспериментальные данные получены на прецизионной акустической аппаратуре фирм «RFT» и «TES» с их последующей компьютерной статистической обработкой.

Обоснованность выводов п достоверность результатов исследований подтверждается использованием современных методических приемов и применением прецизионной аппаратуры, достаточным объемом экспериментальных данных, статистически обработанных с применением современных компьютерных технологий, а также сравнением полученных результатов исследований с данными отечественной и зарубежной литературы.

Практическая значимость работы. Разработанный метод расчета акустической эффективности использования ШЗН во внутриквартальных пространствах позволяет с высокой достоверностью наиболее полно оценить различные приемы планировки их посадок. Причем акустическая эффективность по предложенной методике позволяет оценить различные конструкции посадок, их дендрологический состав с точки зрения не только звукоизоляции, но и звукопоглощения. Полученные дополнительные данные по внутриквартальным шумам жилой застройки позволяют расширять вариантный ряд планировочных структур дворового озеленения, т.е. более рационально расходовать средства на решение социально-экономической и экологической проблем создания условий проживания на селитебных территориях. Макетный метод исследований позволяет получать экспресс-данные об акустических свойствах ШЗН.

Научная новизна исследований заключается в открытии новых свойств ШЗН, находящихся во внутриквартальных ограниченных пространствах городской застройки, а именно рассмотрении их как объемно-акустических

преград, обладающих как звукоизолирующими, так и

звукопоглощающими свойствами.

На основе этого была разработана макетная методика исследования звукоизолирующих свойств ШЗН аллейного типа, имеющих продольный межкроновый разрыв. При этом данная методика позволяет учитывать изменения спектров звукопоглощения и звукоизоляции при изменении конструкции посадок а, следовательно, наиболее полно использовать возможности ШЗН при их проектировании. В результате проведенных исследований получены аппроксимированные частотные кривые, позволяющие проектировать ШЗН с требуемой акустической эффективностью и однородностью. Объем произведенных экспериментов позволил уточнить картину распространения проникающего уровня шума во внутриквартальные пространства.

Новой является разработанная методика расчета эффективности шумозащитных свойств зеленых насаждений во внутриквартальных пространствах.

Личный вклад автора заключается в разработке методов работы и проведения исследований в натурных и моделируемых условиях, в сборе, обработке и анализе экспериментальных материалов, получении обоснованных выводов и заключений, разработке практических методических рекомендаций на основе обработанных данных.

Основные положения, выносимые на защит}':

1. Методические рекомендации по снижению внутриквартальных шумов внутри селитебных территорий с помощью зеленых насаждений.

2. Методы исследования звукоизолирующих и звукопоглощающих свойств шумозащитных зеленых насаждений аллейного типа (с внутренней реверберацией).

3. Модельная экспресс-методика определения звукоизолирующих свойств зеленых насаждений.

4. Методика расчета эффективности подкроновых посадок, дополняющая имеющиеся методики и учитывающая повышение акустического

комфорта во внутриквартальных пространствах за счет

звукопоглощающих свойств шумозащитных зеленых насаждений.

Внедрение результатов исследования. Результаты данного диссертационного исследования использованы при выполнении следующих научно-проектных работ:

• «Проект озеленения дворовых пространств комплекса 4-5-этажных жилых домов по ул. Пересвета в г. Брянске» (2000 г.);

• «Проект озеленения дворовых пространств в микрорайоне «Московский» г. Брянска (2000 г.).

Основные положения диссертации по применению шумозащитных насаждений в планировочной структуре крупных городов включены в учебный курс «Архитектура гражданских и промышленных зданий» в Брянской государственной инженерно-технологической академии (БГИТА).

Апробация результатов исследования. Основные положения, сформулированные в диссертации, обсуждались и были одобрены на следующих научно-практических конференциях:

- научно-практические конференции Брянской государственной инженерно-технологической академии (г. Брянск, 1998-2001 гг.);

- международный экологический симпозиум «Перспективные информационные технологии и проблемы управления рисками на пороге нового тысячелетия» (г.Санкт-Петербург, 2000 г.);

- международная научно-практическая конференция «Экология, наука, образование, воспитание» (г. Брянск, 2000 г.);

- международные научные чтения «Стратегия выхода из глобального экологического кризиса» (г. Санкт-Петербург, 2001 г.);

- научно-технический семинар «Экология, акустика, светотехника и защита от шума» (г.Севастополь, 2001 г.).

Основное содержание диссертации опубликовано в статьях и докладах, всего в 8 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.

Работа изложена на 169 страницах, содержит 25 рисунков, 30 таблиц, 55 приложений на страницах 170-226. Список литературы составляет 167 наименований научных трудов отечественных и зарубежных авторов.

Содержание работы.

В первой главе предоставлен анализ работ, посвященных исследованиям распространения звука в земных преградах, характеристика источников шума, проникающих и возникающих в дворовых пространствах.

Рассмотрен ряд противошумных мер архитектурно-планировочного характера и показано место и роль в этом ряду шумозащитного озеленения. Особое внимание уделено возможности более широкого использования зеленых насаждений на территориях жилых зон. Зеленые насаждения можно рассматривать и как своеобразную преграду распространению шума, при этом обладающую определёнными специфическими свойствами.

В нашей стране был проведен ряд исследований шумозащитных свойств зеленых насаждений С.П. Алексеевым, К.Н. Шапшневым, П.И.Леушиным, ВА. Осиным, Б.Г Прудниковым, М.М. Болховитиной, Г,П. Берфиной, A.B. Городковым, В.В. Цыганковым и др. В этих работах нашло подтверждение положение о том, что зелёные насаждения, обладающие свойствами акустической преграды: звукопоглощением, отражением и изоляцией, могут использоваться как средство для борьбы с шумом. Итоги иностранных многолетних натурных исследований шумозащитных свойств растительности: F. Brukmaer, Н. Barner, М. Meister, W. Ruhrberg, безусловно, следует признать плодотворными.

Звук, распространяясь из свободного пространства в крону зелени, переходит в другую среду, образованную листьями. Эта среда, обладая значительно большим, чем воздух, акустическим сопротивлением, отражает и поглощает звуковую энергию, трансформируя её в тепло. В кроне дерева или кустарника звуковые волны отражаются и рассеиваются от массы листовых пластин. Кроме того, потеря звуковой энергии происходит за счет эластичности и смещения листовых пластинок, находящихся на упругих черешках.

Основное требование к зелёным насаждениям в отношении их шумозащитных качеств - это плотность их лиственного или хвойного покрова.

Высота деревьев должна быть не менее 7 м, т.е. возраст деревьев 15-20 лет. Причём высокие деревья наиболее эффективно ослабляют звуки низких частот, деревья средней величины - звуки средних частот, кустарники - звуки высоких частот (И.Л. Карагодина, Г. Л. Осинов, Г.П. Берфина).

Все исследователи обратили своё внимание на высокие акустические способности зелёных посадок и необходимости их учёта при снижении проникающего шума внутрь селитебных территорий, то есть во внутриквартальных пространствах. Внешний шум легко проникает в эти пространства и, не встречая поглощающих преград, распространяется, многократно отражаясь. В настоящее время нет практических рекомендаций, основанных на теоретических и методологических подходах к этой проблеме.

Исследования по ожидаемому эффекту снижения шума с помощью внутриквартальных зелёных насаждений не проводились и вопрос нуждается в дальнейшей проработке с целью получения конкретных рекомендаций.

Во второй главе приведены методики, использованные в процессе исследований, разработанные на основе стандартных и адаптированные к определенным условиям. Результаты исследований получены экспериментальным путем с применением высокоточного оборудования на полигоне учебно-опытного лесхоза Брянской государственной инженерно-технологической академии (БГИТА).

Для решения конкретных задач расчета показателей шумового параметра автотранспортного потока, распространяющегося над звукоотражающей поверхностью во внутриквартальное пространство селитебной территории, был разработан метод моделирования.

Анализ пространственной интерференционной картины при распространении транспортного шума над звукоотражающей поверхностью позволил адаптировать разработанный метод моделирования к измерениям вертикальной плоскости. При проектировании внутриквартальных пространств города или любого населенного пункта принимаются такие планировочные решения, в основном из соображений рациональности и удобства, что въезд в пространство со стороны основных автомагистралей переходит во

внутриквартальный проезд, который является его прямолинейным продолжением. Таким образом, проникающий во внутриквартальное пространство транспортный шум распространяется над звукоотражающей поверхностью прямолинейно и, в основном, беспрепятственно. В результате изучения факторов прямолинейного распространения проникающих шумов над отражающей поверхностью (бетон, асфальт) с учетом интерференционных явлений, как в длину, так и по высоте, было экспериментально установлено:

• с удалением от местонахождения источника шума расстояния интерференции увеличиваются;

• зоны интерференционных подъемов и спадов уровней звукового давления существуют и их положение зависит от частоты;

• расположение зон интерференционных подъемов и спадов уровней звукового давления зависит от высоты источника звука, уклона и формы отражающей поверхности.

Получены данные по дифракции звуковых волн от источника, расположенного близко к створу обреза здания-экрана, в зоне его акустической «тени», идентичные излучению линейного цилиндрического источника шума, расположенного вдоль оси излучения реального источника. На рисунке 1 показаны кривые равных уровней звукового давления для частотных полос со среднегеометрическими частотами 125 Гц и 1000Гц.

>>

Анализ полученных результатов показывает, что при таком расположении источника шума относительно кромки дома-экрана интерференция волн с более низкой частотой происходит более «активно», чем высокочастотных, что согласуется с волновой теорией.

Рисунок 1. Дифракция звука в акустической «тени» здания

Однако, картина изофон значительно отличается от той, что наблюдается при углах больше 15 градусов. В нашем случае наблюдается ситуация, идентичная излучению линейного цилиндрического источника шума, расположенного вдоль оси излучения реального источника.

Причем уровень излучения снижается по мере удаления по зависимостям, близким к затуханию звука в свободном поле. Искривление формы изофон связано с интерференцией дифрагированного отраженного звука. Следует также отметить, что, несмотря на разницу в уровнях от 8-1 ОдБ до 20дБ, между измерительными точками одного ряда для различных октавных полос, полноценной акустической «тени» в данном случае не получается: происходит почти равномерное заполнение пространства звуком, особенно в области низких частот.

В третьей главе представлены результаты исследований ШСЗН, проведенных по методикам, разработанным для решения конкретных задач на основе нормативной литературы и методик, апробированных в предыдущих исследовательских работах.

В модельном экспресс-методе исследования звукоизолирующих свойств зеленых насаждений в качестве рабочего инструмента была использована модельная акустическая камера масштаба 1:5, находящаяся в лаборатории строительной физики БГИТА. Было решено провести её апробацию для изучения звукоизолирующих свойств зеленых насаждений, с минимальным ущербом для исследуемых пород.

Для экспериментов в апреле-мае на начальной стадии вегетации, когда листовые пластинки по своим размерам соответствуют требуемому масштабу моделирования, то есть примерно 1/5 своего нормального размера, с деревьев срезались ветки длиной 30-50 см. Ветви вставлялись в отверстия в стенках измерительного тоннеля так, чтобы по всему его объему соблюдалась приблизительно равномерная плотность. Из-за высокой акустической прозрачности образцов высокие требования предъявлялись к точности проведения исследований. В каждой октавной полосе для образцов определенного породного состава проводилось 27-36 замеров. В акустической

камере поддерживался стабилизированный уровень шумового

сигнала 80 дБ. После проведения акустических измерений производилось взвешивание листвы или хвои в составе образца на лабораторных чашечных весах. В таблице 1 приведена рассчитанная удельная звукоизоляция образцов. Таблица 1. Удельная звукоизоляция (дБ/кг) моделируемых древесных пород.

Среднегеометрические частоты отставных полос, Гц Клен остролистный Ель европейская Тополь делыа-вндаый Липа мелколистная Береза повислая Ясень обыкновенный Каштан конский Туя западная

модельные натурные

625 125 0,413 0,224 0,250 0,313 0,132 0,356 0,176 0,270

1250 250 0,613 0,418 0,325 0,428 0,211 0,534 0,212 0,500

2500 500 0,963 0,724 0,388 0,594 0,289 0,959 0,307 0,856

5000 1000 1,150 0,873 0,575 0,688 0,447 1,315 0,407 1,014

10000 2000 1,620 0,940 0,676 1,032 0,658 1,563 0,513 0,878

20000 4000 1,960 0,881 0,826 1,563 0,855 2,125 0,613 0,730

Для проверки сходимости результатов модельных исследований с результатами натурных исследований звукоизоляции ШЗН, полученными другими исследователями, на основе модельных данных был проведен расчет звукоизоляции натурных посадок. Примеры приведены на рисунках 2,3.

ДБГ

/

с'/

- -

125 250 500 1000 2000 4000 Гц Среднегеометрические частоты октавиых полос —*— натурные данные, Р=41,5кг/м2 - - м - - модельные данные

125 250 500 1000 2000 4000 Гц Среднегеометрические частоты октавных полос • натурные данные, Р^7,4кг/м2

■ модельные данные

Рисунок2 Звукоизоляция ШЗН из каштана конского.

Рисунок 3 Звукоизоляция ШЗН из туи западной.

Анализ показывает, что данные, полученные методом моделирования, имеют тенденцию к занижению в области низких и высоких частот спектра и завышению на частотах 1000-2000 Гц. Из общей картины в значительной мере выпадают результаты исследований хвойных пород. Связано это с нарушением

критерия подобия. При проведении корректировки по отклонениям среди лиственных и хвойных пород отклонения расчетных данных в октавных полосах не превышают 10%.

Примененный метод модельных исследований звукоизолирующих свойств ШЗН оперативен и позволяет принести наименьший вред зеленым насаждениям, но жестко связан по времени с моментом формирования листовой пластинки; однако по своей точности в данном случае может быть применен только в качестве оценочного.

В результате расчетов получены соответствующие аппроксимированные частотные кривые зависимости объемных коэффициентов звукопоглощения различных пород насаждений от ширины продольного разрыва между кронами.

Компьютерная обработка результатов измерений позволила с достоверностью 73% вывести следующие эмпирические зависимости: спектральные значения (в октавных полосах) удельного объемного коэффициента звукопоглощения в зависимости от ширины одного разрыва:

«•.■и = Кц х а^, где Г - среднегеометрическая частота октавной полосы, Гц;

1 - ширина продольного межрядового разрыва между кронами, м;

«уг - удельный объемный коэффициент звукопоглощения сплошной полосы

ШЗН;

Кц- эмпирический коэффициент, см. таблицу 2.

Таблица 2 - Значения эмпирического коэффициента Кц

Ширина разрыва, 1, м Среднегеометрические частоты октавных полос, f, Гц

125 250 500 1000 2000 4000 8000

0,5 1,06 1,30 1.68 1,12 1,35 1,18 1,15

0,6 1,10 1,18 1,12 1,57 1,38 1,41 1,33

0,7 1,45 1,И 1,22 1,31 1,63 1,58 1,41

0,8 0,96 1,12 1,52 1,67 1,56 1,43 1,37

Формула дает результаты с вероятностью 75% для реального разрыва шириной до 5м. Аналогичная формула, дающая результаты с вероятностью 73%, была получена для посадок с числом разрывов п =2;3 и реальной шириной разрыва до 5м.

Лабораторные исследования звукоизолирующей способности

посадок кустарников с внутренней реверберацией проводились в модельной реверберационной камере масштаба 1:1. Исследования звукоизолирующих свойств кустарниковых посадок являются макетными, т.к. при использовании натурных образцов моделируются реальные условия их эксплуатации. В качестве объектов исследования из числа имеющихся на территория учебно-опытного лесхоза БГИТА были выбраны следующие породы кустарников: акация желтая; спирея средняя; ирга овальная; пузыреплодник калинолистаый.

Сравнительный анализ полученных результатов показывает тенденцию роста звукоизоляции кустарниковых посадок с образованием межрядовых продольных разрывов. Так же видно, что величина разрыва оказывает определенное влияние на повышение звукоизоляции посадок.

Параллельно макетным исследованиям звукоизоляции ШЗН с продольными межрядовыми разрывами проводились с исследования звукопоглощения различных конструкций полос (изменением величины и числа разрывов). Анализ полученных в ходе исследований данных позволяет выделить ряд четко просматриваемых закономерностей.

Во-первых, наличие в посадке продольных разрывов, обеспечивающих дополнительное звукопоглощение посадки, в большинстве случаев, в той или иной мере, увеличивает ее звукоизолирующие свойства.

Во-вторых, изменение спектра звукоизоляции посадки в целом, при наличии разрыва определенного размера, в каждом случае обладает определенной закономерностью. Это позволяет провести корреляцию результатов измерений. Обработка данных показала, что зависимость звукоизолирующей способности ШЗН от величины разрыва связана также с биометрическими показателями пород, составляющих ШЗН, и для разных пород может отличаться от осредненных показателей на 3-7%. Связано это с размерами листовых пластинок. Наибольшие положительные отклонения связаны с крупнолистовыми породами, отрицательные - с хвойными.

В четвертой главе определяется социальная и технико-экономическая эффективность посадок ШЗН и приводится методика расчета акустической эффективности внутриквартальных ШЗН.

В качестве примера расчета экономической эффективности применения ШЗН для снижения шума в жилом квартале рассмотрена следующая ситуация. Площадь жилого квартала 27 га (600 х 450 м), этажность жилой застройки - 9 этажей. Проживающее население - 10,5 тыс. чел. Жилой фонд - 140 тыс. кв. м. жилой площади.

Основные источники шума - автотранспортный шум городской автомагистрали и внутриквартальные источники шума. Уровень шума за наиболее шумный час дневного времени на автомагистрали, предположительно составит в будние дни д = 80 дБА, а за наиболее шумный час ночного

времени - 67дБА. Шум внутриквартальных источников в дневное время будет маскироваться автотранспортным проникающим шумом, а в наиболее шумный ночной час составит, предположительно, 65 дБА. Сравнение производилось с вариантом без применения специальных щумозащитных мероприятий. Основные мероприятия не варьируются. Затраты: на противошумные мероприятия, дополнительные и основные затраты. В обоих вариантах затраты на дорожно-строительные работы считаются одинаковыми. Срок устройства ШЗН - 3 года.

Эффективность применения ШЗН в условиях городских территорий рассчитана в соответствии с «Руководством по технико-экономической оценке щумозащитных мероприятий, осуществляемых строительно-акустическими методами», разработанным НИИСФ, по формулам и таблицам, относящимся к целевым шумозащитным мероприятиям. Для оценки показателей в динамике экономические расчеты указываются в единицах, кратных минимальному размеру оплаты труда - МРОТ.

В варианте без применения противошумовых мероприятий расчетный годовой ущерб от действия внешних шумов на население квартала в базовом варианте составляет У6" = 1425 МРОТ. После устройства ШЗН значение ущерба уменьшается вдвое: У = 706,5 МРОТ.

Годовой экономический эффект от применения посадок ШЗН для борьбы с внешними и внутриквартальными шумами в нашем примере равен: Э = 539,8 МРОТ - 215,2 МРОТ= 324,6 МРОТ

Таким образом, мероприятия по защите от шума в населенном пункте с применением полос зеленых насаждений экономически эффективны.

Акустическая эффективность шумозащитного внутриквартального озеленения, т.е. суммарное снижение уровня шума, определятся для фрагмента типового варианта квартальной застройки, рис.4.

Рисунок 4. Размещение ШЗН в дворовом пространстве

Условные обозначения

•ШЗН площадки о Ч-/. дороги

1 -защита от 1-отдыха ! - магистраль

магистрального пожилых городского

шума ЖИЛЬЦОВ я значения

2-защита от дет«й 2•внутри-

срони тающего младшего квартальные

транспортного возраста 3-внутри-

шума 2 -отдыха дворовые

3 -защита от подростков и

внутрнкварталъ активного

ногой детского

дворового отдыха

шумов

Конструкция ШЗН следующая:

1.Для защиты домов от шума магистрали предусмотрена четырехрядная посадка с продольным разрывом в виде пешеходной дорожки максимально приближенная к магистрали и жилой застройке. Внешний ряд посадки из туи западной ввиду ее акустических особенностей и строения кроны предназначен для защиты от воздействия шума в средне- и низкочастотной части спектра, а также для защиты от проникновения шума в подкроновом пространстве. В качестве основной звукопоглощающей породы выбрана липа мелколистная, как наиболее универсальная порода, особенно вблизи транспортных магистралей. Ожидаемый продольный разрыв 1,5 метра, который впоследствии можно поддерживать путем целевой стрижки деревьев. Подкроновая защита внутреннего ряда посадки - 2 ряда пузыреплодника калинолистного.

2. Внутриквартальный проезд имеет на входе в дворовое пространство Б -образный изгиб, служащий для снижения проникающего внешнего шума,

встречающего на своем пути посадки вокруг площадки. Этой же цели служит озелененная пешеходная дорожка во двор.

3. Дворовое пространство разделено на площадки для спокойного и активного отдыха, которые по возможности удалены от домов. Все площадки окружены ШЗН. В конструкции этих насаждений использованы древесные породы, обладающие хорошими декоративными и акустическими свойствами. В качестве подкроновой защиты использованы посадки в виде колючей изгороди из боярышника. Ближе к домам с эстетической точки зрения целесообразно использование стриженых кустов сирени и чубушника. Расположение посадок в точках интерференционных всплесков уровня шума позволяет исключить нахождение людей в этих местах, а также дополнительно снизить уровень шума в защищаемом пространстве.

Используя полученные в работе данные и зависимости, а также данные других исследователей при расчете акустической эффективности всех примененных видов ШЗН, получаем следующие показатели:

- снижение транспортного шума для внешней стороны квартала по спектру 3 +15,5 дБ или 4 дБ суммарно;

- снижение шума внугри квартала (без учета дополнительного реверберационного звукопоглощения ШЗН) от 5,5 дБ до 31,8 дБ по спектру или 6 дБ суммарно. Эти величины будут действительны при одновременном воздействии как внешних, так и внутренних источников шума (например, летний день). В случае отсутствия какого-либо фактора снижение шума будет определяться эффективностью ШЗН, ориентированных против действующего фактора (4 дБ при только внутридворовых источниках шума, 2 дБ при наличии только проникающего транспортного шума).

Методика расчета акустической эффективности проектируемых внутри-квартальных ШЗН объединяет в своем составе наиболее эффективные расчетные методики, разработанные предыдущими авторами, а также результаты исследований настоящей работы и заключается в следующем.

Во-первых, определяются акустические характеристики источников шума, против которых будут использоваться ШЗН, т.к. знание интенсивности и

спектрального состава воздействующего шума позволит

произвести подбор наиболее эффективных конструкций ШЗН. Сделать это можно, опираясь на данные инструментальных исследований, или расчетным путем.

Во-вторых, исхода из требований СНиП, реальных условий и рекомендаций, а также исходя из результатов настоящих исследований, подбираются места и размеры необходимых ШЗН.

В-третьих, оптимизируются условия эксплуатации ШЗН (наличие загазованности, запыленности, световой режим). Следует отметить, что именно этот пункт накладывает основные ограничения на породный состав конструкции ШЗН.

Исходя из конструкции ШЗН и их условий размещения, посадки можно разделить на три группы: имеющие, в основном, экранирующий эффект; расположенные вблизи звукоотражающих поверхностей, обладающие звукопоглощением наряду с экранирующими свойствами; находящиеся внутри замкнутых пространств, вследствие чего наделенные высокими звукопоглощающими свойствами. Каждая из групп обладает определенными превалирующими шумозащитными свойствами, влияющими на акустическую обстановку защищаемого жилого квартала.

В процессе проведения вышеперечисленных действий выявляются исходные проектные условия: спектральные и энергетические характеристики источников шума; возможный породный состав ШЗН; группа ШЗН, место их размещения и геометрические размеры этого места, а также возможности их варьирования.

Основные выводы и результаты исследований

1. Выявлены особенности снижения уровня шума в жилой застройке селитебных территорий, которые предопределяют места приоритетного расположения проектируемых шумозащитных насаждений. Разработаны методы и проведены макетные и лабораторные исследования зеленых посадок аллейного типа и установлены закономерности, позволяющие осуществлять подбор оптимальных планировок шумозащитных насаждений в зависимости от характера

звукового воздействия по звукопоглощающей или экранизирующей эффективности и создавать посадки с высокой однородной звукоизолирующей способностью.

2. В результате изучения факторов прямолинейного распространения проникающих шумов над отражающей поверхностью с учетом интерференционных явлений, как в длину, так и по высоте, было экспериментально установлено:

а) с удалением от местонахождения источника шума расстояния интерференции увеличиваются;

б) зоны интерференционных подъемов и спадов уровней звукового давления существуют и их положение зависит от частоты;

в) расположение зон интерференционных подъемов и спадов уровней звукового давления зависит от высоты источника звука, уклона и формы отражающей поверхности.

3. Получены данные по дифракции звуковых волн от источника, расположенного близко к створу обреза здания-экрана, в зоне его акустической «тени», идентичные излучению линейного цилиндрического источника шума, расположенного вдоль оси излучения реального источника. Причем уровень излучения снижается по мере удаления по зависимостям, близким к затуханию звука в свободном поле. Искривление формы изофон связано с интерференцией дифрагированного отраженного звука.

4. Разработана, опробована и экспериментально подтверждена новая методика моделирования звукоизолирующих свойств зеленых насаждений в модельных камерах масштаба 1:5. Определены корректирующие коэффициенты, позволяющие получать результаты с 10% отклонением от натурных. Применение данной методики позволит повысить оперативность исследований, снизить их трудоемкость и сохранить жизнеспособность изучаемых образцов растений, а также оптимально проектировать шумозащитные посадки на селитебных территориях города.

5. Впервые практически реализована макетная методика определения звукоизолирующих и звукопоглощающих свойств шумозащитных зеленых насаждений аллейного типа, имеющих продольный межкроновый разрыв, подтверждающая необходимость использования спектральных зависимостей акустических свойств зеленых посадок от ширины и количества разрывов в городской застройке.

6. Разработаны методы определения звукоизолирующих свойств кустарниковых посадок с продольными разрывами между рядами в реверберационных камерах масштаба 1:1 и получены аппроксимированные частотные кривые, позволяющие проектировать на селитебных территориях подкроновые ярусы полос зеленых насаждений требуемой акустической эффективности.

7. Получена, с высокой степенью достоверности, расчетная оценка акустической эффективности зеленых насаждений, проектируемых во внутриквартальных пространствах жилой застройки:

• снижение транспортного шума для внешней стороны квартала по спектру 3 +15,5 дБ или 4 дБ суммарно;

• снижение шума внутри квартала (без учета дополнительного реверберационного звукопоглощения зеленых насаждений) от 5,5 дБ до 31,8 дБ по спектру или 6 дБ суммарно. Эти величины будут действительны при одновременном воздействии как внешних, так и внутренних источников шума.

8. Создана новая методика расчета акустической эффективности применения зеленых насаждений, учитывающая спектральные и энергетические характеристики источников шума, возможный породный состав деревьев и кустарников, группу зеленых насаждений, место их размещения и геометрические размеры этого места, а также возможности их варьирования в условиях внутриквартальных пространств городской застройки.

Применение данной методики позволит дополнительно снизить шумовую нагрузку на селитебной территории, а также создавать эффективные зеленые зоны по снижению шума и оздоровлению окружающей среды.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Винников Ю.А.Исследование звукопоглощающих свойств массивов зеленых насаждений в градостроительстве по методике расчета коэффициентов звукопоглощения//Вестник МГСУ №1,Москва-2010,-с. 294-298.

2. Винников Ю. А., Поляков В.И., Цыганков В.В., Цыганков С.Ю. Настроенное звукопоглощение зеленых насаждений в замкнутых пространствах // Вестник научных трудов ЦРО РААСН 5 выпуск - г. Орел, 2006. - с.96-99.

3. Винников Ю.А., Цыганков В.В., Цыганков С.Ю. Акустические качества зеленых посадок в поселениях. Брошюра М., 2005,40 с.

4. Винников Ю.А., Цыганков В.В., Цыганков С.Ю. Вопросы моделирования экологического контроля эффективности противошумных мероприятий // Материалы Международных академических чтений «Биосферно-совместимая безопасная среда обитания с позиции архитектурно-градостроительного комплекса» // Известия Орел ГТУ 4/16 (538), 2007, - с. 190-194.

5. Касьянов В.Ф., Винников Ю.А. Влияние звукоизолирующей способности зеленых посадок с внутренней реверберацией на акустическую обстановку селитебной территории городской застройки // Вестник МГСУ № 1, Москва -2010, с.77-80.

6. Цыганков В.В., Винников Ю.А. Определение граничных условий моделирования примагистрального озеленения // Вестник МААЭБ — т.13, №2 - С -Пб. 2008, - с. 230-235.

7. Цыганков В.В., Поляков В.И., Винников Ю.А., Цыганков С.Ю. Снижение затратного механизма исследований акустических качеств зеленых насаждений // Вестник МААЭБ - т. 11, №3 - С - Пб. 2006, - с. 180-181.

8. Цыганков В.В., Поляков В.И, Цыганков С.Ю., Винников Ю.А. Расчет акустической эффективности преоктируемых шумозащитных зеленых насаждений в межцеховых пространствах//Материалы 1-й Международной научно-практической конференции 8-9 октября 2009г., г. Брянск, т.1, с. 318-321.

КОПИ-ЦЕНТР св. 7:07:10429 Тираж 100 экз. г. Москва, ул. Енисейская, дЗб тел.: 8-499-185-7954,8-906-787-7086

В условиях техногенного развития общества приоритетным направлением остается создание благоприятного климата для работы и отдыха населения, составляющим элементом которого является достижение акустического комфорта в мегаполисах, городах и других населенных пунктах.

В настоящее время выполнение нормативных значений звука в местах нахождения людей основывается на действующей в нашей стране нормативной базе: федеральных законах, ГОСТах, СНиПах, отраслевых, ведомственных документах, постановлениях и распоряжениях Правительства РФ и др. [39-46,58, 102-105, 118-120, 123-125, 127-131, 133, 136-138].

За последние годы все большее внимание уделяется градостроительно-планировочным методам снижения шума, которые не только способствуют шумозащите, но и в значительной степени сокращают затраты на строительно-акустические конструктивные средства шумозащиты. От степени обоснованности применяемых проектных решений зависит не только состояние окружающей среды, но и величина будущих необходимых затрат и средств на ликвидацию отрицательных последствий, возникающих из-за шумового дискомфорта.

Современная градостроительная наука и практика базируется на накопленных знаниях и существующих методах оценки шума, излучаемого источниками [13, 26, 32-33, 59, 96, 116, 126]. Изучены условия распространения звука в городской среде и его изменения в зависимости от отдельных градостроительных элементов.

Перспективное градостроительное развитие предусматривает в обязательном порядке обеспечение экологической безопасности мест проживания и реализации прав граждан на благоприятную окружающую среду. Реализация эколого-градостроительных требований предусматривает ликвидацию зон шумового дискомфорта на территории жилой и общественной застройки.

Это достигается применением современных методов строительства, благоустройства и озеленения, организации дорожного движения, возведения инженерных сооружений, шумозащитных домов и защитных экранов вдоль основных магистралей города и железнодорожных путей.

В планировочной структуре любого города имеется селитебная территория, на которой располагается жилая застройка с объектами социально-культурного, бытового, производственного назначения, а также с зелеными массивами и насаждениями. Состояние акустической обстановки селитебной территории является производной множества городских источников и оценивается интегральным показателем их воздействия.

В градостроительстве озеленение является составной частью общего комплекса мероприятий по планировке, застройке и благоустройству населённых мест. В основе озеленения селитебных территорий современного города - насаждения во дворах, при группах домов, в садах жилых районов и микрорайонов, на участках учреждений различного назначения. Их дополняют насаждения общегородского и районного значения в парках культуры и отдыха, в детских, спортивных и др. специализированных парках, в скверах и на бульварах, на промышленных, коммунально-складских территориях, на полосах отвода земель для транспортной коммуникации, а также в заповедниках, санитарно-защитных и водоохранных зонах. Составной частью озеленения крупного города являются насаждения пригородной зоны, создающие условия для массового отдыха населения среди природного окружения и содействующие оздоровлению городского воздушного бассейна: леса и лесопарки, плодовые сады.

Озеленение селитебных территорий городской застройки приводит к значительному снижению уровня шума, а также способствует улучшению микроклимата и санитарно-гигиенических условий: снижению скорости ветра, задержке пыли и аэрозоли; уменьшению концентрации дыма и вредных газов в воздухе, созданию в населённом пункте природной пейзажной среды.

Городской шум имеет тенденцию роста. Увеличение плотности движения на улицах, также мощностей двигателей различных видов транспорта привело к тому, что средний уровень шума на улицах больших городов, составляющих в недавнем прошлом 60-80дБА, в настоящее время достигает 75-95дБА, что превышает санитарную норму в среднем на 25дБА.

Шум, создаваемый транспортными потоками, вредно воздействует как на пешеходов на улице, так и на людей, находящихся внутри здания. С другой стороны, размещение предприятий на территории городов также значительно ухудшает акустический комфорт прилегающей жилой застройки, т.к. шумовой вал, не встречая преград, легко проникает внутрь селитебной территории [63, 93, 95, 109].

Многие промышленные зоны, находящиеся внутри селитебной территории, создают избыточное звуковое давление и в ночное время, с интенсивностью не меньшей, чем в дневное время.

Такое шумовое воздействие наносит непоправимый вред здоровью людей. Перегрузка слуховых нервов и центров мозга оказывает разрушающее влияние на весь организм человека. Шум вызывает раздражение нервной системы, ускоряет процесс утомления, усиливает интенсивность пульса, под его действием повышается кровяное давление, нарушаются пищеварительные процессы, что ведет к возникновению и развитию болезней сердечнососудистой системы и желудочно-кишечного тракта. Поэтому снижаются показатели работоспособности населения.

Учитывая вред, который причиняется шумом человеческой жизнедеятельности, важно комплексно решать проблему устранения, либо существенного снижения уровня шума в градостроительной практике. Таким образом, острота проблемы указывает на необходимость расширения работ по проблемам оздоровления окружающей среды городов, устранения противоречий между увеличением объема городского транспорта и обеспечением здоровых, комфортных условий жизни населения. Борьба с шумом должна идти в двух основных направлениях: путем снижения шума в самом источнике, в частности, в транспортных средствах или производственном оборудовании, и путем создания защитных устройств между источником и объектом, требующим нормализации шумового режима.

Снижение шума в источнике, уменьшение загазованности вредными выбросами автотранспорта - задачи, главным образом, технические, требующие значительных затрат времени и средств. Поэтому, судя по прогнозным оценкам, в ближайшие 30-50 лет, наряду с техническими средствами решения данной проблемы, целесообразно использовать все возможные архитектурно-планировочные и градостроительные мероприятия по ограничению распространения шума в окружающей городской среде.

В настоящей работе рассматривается акустический аспект проблемы в конкретном приложении к оптимизации среды крупных городов методами и средствами озеленения территорий различного функционального назначения. Важнейшей экосистемой городов являются озелененные пространства, жизнь в окружении которых одно из определяющих условий нормального физического и психического здоровья человека. Немаловажное значение для развития экологического направления градостроительной деятельности имеет глубокое осознание роли озелененных пространств, с помощью которых становится реальным решение широкого круга экологических проблем и задач. Однако, сложившиеся приемы и традиции в озеленении городов, а также ландшафтно-эстетические принципы их проектирования, не обеспечивают минимальный акустический комфорт функциональных зон наиболее уязвимых в экологическом отношении: примагистральные территории, внутри-квартальные посадки, контактные промышленно-селитебные районы и т.п.

Не менее важны и серьезны факты отставания проводимых работ по оптимизации среды обитания человека от темпов развития транспорта и городского хозяйства, отчуждения под строительные нужды территорий, предназначенных для перспективного озеленения и существующих насаждений. Общим фоном эколого-градостроительных неудач является действующая нормативная и теоретическая база проектирования: СНиП 23-03-2003, СНиП 2.07.01-89, СН 2.2.4/2.1.8.562-96, ГОСТ 17.5.301-78 и др., основные положения которых не содержат практических рекомендаций по созданию шумоза-щитных систем озеленения городов. Это требует от градостроительной теории более глубоких исследований закономерностей реализации шумозащиты озелененными пространствами и разработки основ их планировочной организации в полном соответствии с динамикой урбанизационных процессов и тенденциями деградации среды [13, 26, 32, 33, 59, 96, 116, 126].

Целью диссертационной работы является развитие теории и методологии снижения уровня шума в планировочной структуре крупных городов на основе применения шумозащитного озеленения.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• изучены и обобщены шумовые режимы во внутриквартальных пространствах селитебной территории, их спектральный состав и интенсивность;

• установлены теоретические и практические предпосылки применения зеленых насаждений в качестве шумозащитных мероприятий во внутриквартальных территориях жилой зоны;

• разработаны и апробированы методики исследования акустических свойств зеленых насаждений, используемых в основных планировочных приемах и градостроительных решениях озеленения внутриквартальных пространств;

• получены экспериментальные данные о распространении уровня проникающего шума во внутридворовые территории при различных вариантах их озеленения; • по результатам экспериментальных исследований разработана методика расчета эффективности подкроновых посадок шумозащит-ных зеленых насаждений во внутриквартальных пространствах, их конструкций, приемов озеленения.

Решение указанных задач позволило добиться поставленной цели исследования.

Объектом исследования являются шумозащитные мероприятия в планировочной структуре крупных городов.

Предметом исследования являются градостроительные планировочные приемы шумозащитного озеленения внутри селитебной территории.

Теоретической и методологической основой исследования являются работы отечественных и зарубежных авторов по изучению и использованию шумозащитных свойств зеленых насаждений (ШСЗН) для оптимизации селитебных территорий городской среды, законодательные и нормативные акты Российской Федерации, направленные на улучшение экологической обстановки в стране, охрану окружающей среды, рациональное использование природных ресурсов, создание благоприятных условий проживания и здорового образа жизни трудящихся. В диссертации использовались экспериментальные методы исследований, основанные на методах статистической акустики, а также методы модельных исследований и макетирования. Применение этих методов позволило исследовать акустические процессы в трудно воспроизводимых и варьируемых конструкциях шумозащитных насаждений. Экспериментальные данные получены на прецизионной акустической аппаратуре фирм «RFT» и «TES» с их последующей компьютерной статистической обработкой.

Обоснованность выводов и достоверность результатов исследований подтверждается использованием современных методических приемов и применением прецизионной аппаратуры, достаточным объемом экспериментальных данных, статистически обработанных с применением современных компьютерных технологий, а также сравнением полученных результатов исследований с данными отечественной и зарубежной литературы.

Практическая значимость работы. Разработанный метод расчета акустической эффективности использования шумозащитных зеленых насаждений во внутриквартальных пространствах позволяет с высокой достоверностью наиболее полно оценить различные приемы планировки их посадок. Причем акустическая эффективность по предложенной методике позволяет оценить различные конструкции посадок, их дендрологический состав с точки зрения не только звукоизоляции, но и звукопоглощения. Полученные дополнительные данные по внутриквартальным шумам жилой застройки позволяют расширять вариантный ряд планировочных структур дворового озеленения,т.е. более рационально расходовать средства на решение социально-экономической и экологической проблем создания условий проживания на селитебных территориях. Макетный метод исследований позволяет получать экспресс-данные об акустических свойствах шумозащитных насаждений.

Научная новизна исследований заключается в открытии новых свойств шумозащитных зеленых насаждений, находящихся во внутриквартальных ограниченных пространствах городской застройки, а именно рассмотрении их как объемно-акустических преград, обладающих как звукоизолирующими, так и звукопоглощающими свойствами.

На основе этого была разработана макетная методика исследования звукоизолирующих свойств шумозащитных насаждений аллейного типа, имеющих продольный межкроновый разрыв. При этом данная методика позволяет учитывать изменения спектров звукопоглощения и звукоизоляции при изменении конструкции посадок а, следовательно, наиболее полно использовать возможности шумозащитных насаждений при их проектировании. В результате проведенных исследований получены аппроксимированные частотные кривые, позволяющие проектировать шумозащитные насаждения с требуемой акустической эффективностью и однородностью. Объем произведенных экспериментов позволил уточнить картину распространения проникающего уровня шума во внутриквартальные пространства.

Новой является разработанная методика расчета эффективности шумозащитных свойств зеленых насаждений во внутриквартальных пространствах.

Личный вклад автора заключается в разработке методов работы и проведения исследований в натурных и моделируемых условиях, в сборе, обработке и анализе экспериментальных материалов, получении обоснованных выводов и заключений, разработке практических методических рекомендаций на основе обработанных данных.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методические рекомендации по снижению внутриквартальных шумов внутри селитебных территорий с помощью зеленых насаждений.

2. Методы исследования звукоизолирующих и звукопоглощающих свойств шумозащитных зеленых насаждений аллейного типа (с внутренней реверберацией).

3. Модельная экспресс-методика определения звукоизолирующих свойств зеленых насаждений.

4. Методика расчета эффективности подкроновых посадок, дополняющая имеющиеся методики и учитывающая повышение акустического комфорта во внутриквартальных пространствах за счет звукопоглощающих свойств шумозащитных зеленых насаждений.

Внедрение результатов исследования. Результаты данного диссертационного исследования использованы при выполнении следующих научно-проектных работ:

• «Проект озеленения дворовых пространств комплекса 4-5-этажных жилых домов по ул. Пересвета в г. Брянске» (2000 г.);

• «Проект озеленения дворовых пространств в микрорайоне «Московский» г. Брянска (2000 г.).

Основные положения диссертации по применению шумозащитных насаждений в планировочной структуре крупных городов включены в учебный курс «Архитектура гражданских и промышленных зданий» в Брянской государственной инженерно-технологической академии (БГИТА).

Апробация результатов исследования. Основные положения, сформулированные в диссертации, обсуждались и были одобрены на следующих научно-практических конференциях:

- научно-практические конференции Брянской государственной инженерно-технологической академии (г. Брянск, 1998-2001 гг.);

- международный экологический симпозиум «Перспективные информационные технологии и проблемы управления рисками на пороге нового тысячелетия» (г.Санкт-Петербург, 2000 г.);

- международная научно-практическая конференция «Экология, наука, образование, воспитание» (г. Брянск, 2000 г.);

- международные научные чтения «Стратегия выхода из глобального экологического кризиса» (г. Санкт-Петербург, 2001 г.);

- научно-технический семинар «Экология, акустика, светотехника и защита от шума» (г.Севастополь, 2001 г.).

Основное содержание диссертации опубликовано в статьях и докладах, всего в 8 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.