Оценка состояния и перспективы использования озеленения крыш в г. Саратове

Министерство сельского хозяйства РФ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

" Cаратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова"

Факультет природообустройства и лесного хозяйства Кафедра садово-паркового и ландшафтного строительства Направление 560 900.68 «Лесное дело»

Направление специальной подготовки: «Садово-парковое и ландшафтное строительство»

Автореферат диссертации на соискание академической степени магистра лесного дела Оценка состояния и перспективы использования озеленения крыш в г. Саратове Бакурская Маргарита Эдуардовна Научный руководитель:

к.с-х.н., доцент А. Л. Калмыкова Саратов 2011

Работа выполнена на кафедре «Садово-парковое и ландшафтное строительство» Саратовского государственного аграрного университета им. Н. И. Вавилова Научный руководитель — к.с.-х.н., доцент Калмыкова А. Л.;

Рецензент: заведующий кафедрой «Дизайн архитектурной среды», ГОУ ВПО СГТУ кандидат архитектуры, доцент, Почетный архитектор России, Председатель Саратовской организации дизайнеров России, Советник РААСН Кудрявцев В.В.

Защита магистерской диссертации состоится 30 июня 2011 г. на заседании государственной аттестационной комиссии в Саратовском государственном университете им. Н. И. Вавилова, по адресу 410 060, г. Саратов, ул. Советская д. 60.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Саратовского государственного аграрного университета им. Н. И. Вавилова.

озеленение кровля крыша растение

Общая характеристика работы Актуальность темы В настоящее время озеленение кровель, является одним из компонентов системы по созданию устойчивой городской среды. Данный вид озеленения давно и широко используется за рубежом, а так же в Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде и т. д. В Саратове озеленение кровель не практикуется, в связи с отсутствием конкретных разработок, слабой изученностью ассортимента растений. Поэтому вопрос требует дополнительного изучения. Обоснованное использование озеленения крыш позволит повысить их эстетическую и рекреационную привлекательность, улучшить качественные показатели городской среды.

Цель работы Изучение перспективности создания садов на крышах в условиях г. Саратова.

Задачи исследований:

1. Определить состояние, роль и место садов на крышах в озеленении.

2. Оценить санитарно-гигиенические качества среды на крышах.

3. Оценить конструктивные возможности озеленения кровель в г. Саратове.

4. Обосновать подбор ассортимента растений и перспективы их использования на крышах.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Конструктивные возможности зданий для устройства зеленых крыш в г. Саратове

2. Микроклиматические показатели среды на крышах многоэтажных зданий г. Саратова.

3. Перспективный ассортимент растений для посадки на крышах в условиях региона исследований.

Объекты исследований Здания и сооружения различной высотности и положения в системе озеленения г. Саратова.

Научная новизна Впервые для условий г. Саратова дан анализ и выявлены возможности устройства садов на искусственных основаниях. Дана оценка конструктивных возможностей крыш зданий и сооружений различного функционального назначения; изучены их санитарно-гигиенические характеристики. Предложен ассортимент растений для создания садов на искусственных основаниях. В выпускной квалификационной работе в научный оборот вовлечены материалы социологического исследования, полученные в результате опроса жителей Саратова.

Обоснованность и достоверность На основе многоплановых исследований крыш г. Саратова, с использованием общепринятых методик и материалов статистической обработки, подтверждены основные выводы о целесообразности применения озелененных кровель при реконструкции и строительстве зданий.

Обоснованность и достоверность обусловлены большим количеством заложенных учетных площадок, соблюдением требований планирования и проведения опытов, наблюдений и лабораторных экспериментов, применением общепринятых методик, достаточной точностью определения показателей, применением современного оборудования и вычислительной техники, достаточной сходимостью теоретических построений с экспериментальными данными.

Практическая значимость и реализация результатов исследования Практическая значимость состоит в возможности использования результатов и выводов при реконструкции старых и строительстве новых крыш, с использованием озеленения. Содержащиеся в работе теоретические положения и выводы, практические рекомендации могут быть использованы строительными фирмами и организациями, занимающимися ландшафтным строительством и озеленением.

Апробация работ и публикации Магистерская диссертационная работа выполнена на кафедре «Садово-парковое и ландшафтное строительство» ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» в 2010 — 2011 г. г.

Основные положения магистерской диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение на заседаниях кафедры, научных конференциях: профессорско-преподавательского состава и аспирантов ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» в 2009 — 2011 г. г.; конференции по итогам научной и производственной работы студентов за 2009 г.; Международной научно-практической конференции «Экология: синтез естественнонаучного, технического и гуманитарного знания» (Саратов, СГТУ 2010); научно-практической конференции «Проблемы экологии в градостроительстве, архитектуре, дизайне» (Саратов, СГТУ, 2011); Международной научно-практической конференции «Садово-парковое и ландшафтное строительство: теория, практика, инновации» «(Орел-Вроцлав, 2010).

Основные положения диссертации опубликованы в 2 печатных работах. Общий объем публикаций 0,58 п.л.

Объем и структура диссертации Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений, списка используемой литературы и приложений. Работа содержит 136 страниц машинописного текста, 12 листов чертежей, 13 таблиц, 42 рисунка, 2 схемы, список литературы насчитывает 207 наименований, в том числе 12 на иностранном языке.

Содержание работы Во «Введении» обоснована актуальность темы магистерской диссертации, сформулированы цель исследования, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Современное состояние вопроса» дан анализ современному состоянию исследуемого вопроса. По результатам исследований Вергунова А. П. Ожегова С.С., Горохова В. А., Титовой Т. Ильинской Н. А. и др. рассмотрен опыт устройства озелененных кровель в России и за рубежом. Рассмотрены технологические аспекты проблемы.

Во второй главе «Программа, методика и объем выполненных работ» приведена характеристика местоположения объектов, методика проведения исследования. Исследования проводились в 2010;2011 гг. в г. Саратове.

В третьей главе «Природные условия района исследования» В третьем разделе дана оценка климатических условий района исследований, изучены санитарно-гигиенические характеристики кровель для создания объектов озеленения. Природные, климатические условия района проведения исследований описаны на основе «Агроклиматического справочника по Саратовской области» (1958), с использованием «Агроклиматические ресурсы Саратовской области» (1970), «Климат Саратова» (1987), а так же ресурсов http://www.pogoda.ru.net.

В четвертой главе «Оценка возможностей использования крыш Саратова для озеленения» определена роль озелененных кровель на основе социологического опроса населения. Оценены конструктивные возможности озеленения кровель, также даны обоснование и рекомендации ассортимента растений для создания садов на искусственных основаниях в условиях Саратова.

Социологический опрос проводился по методике Ядова В. А. (2005) с помощью анонимного анкетирования с охватом всех административных районов города. Опрос проведен в 2010 г. Для обеспечения статистической достоверности данных социологического исследования анкеты были розданы 600 респондентам, из которых приняли участие в опросе 542 человека.

Среди актуальных проблем г. Саратова, большинство горожан отметило ухудшение экологической обстановки 35,6% (±0,3%) и отсутствие прогулочных зон — 36,9% (±0,4%) (рисунок 1). Большинство респондентов (35,9% (±0,3%)) считают, что использование крыши в качестве дополнительного пространства может решить проблему отсутствия прогулочных зон, проблему дороговизны земли — 32,5% (±0,4%) и улучшить экологическую обстановку — 25,6% (±0,2%) (рисунок 2).

Рис. 1. Мнение респондентов об актуальности проблем г. Саратова Рис. 2. Мнение респондентов о возможном решении актуальных проблем г. Саратова посредством озеленения крыш По мнению респондентов, наиболее перспективна эксплуатация крыш в деловом центре города. Этот вариант ответа отметили 64,5% (± 0,5%) респондентов. Размещение озеленения на крышах зданий в спальных районах считают возможным 27,3% (±0,2%). Лишь незначительная часть участников опроса 8,2% (±0,1%) считает возможным создание садов на крышах в исторической части города (рисунок 3).

На вопрос о том, озеленение крыш каких зданий является наиболее актуальным, большинство опрошенных указало на офисные — 25,3% (±0,2%), общественные — 20,1% (±0,1%), торговые — 20,2% (±0,1%) и промышленные здания — 10,8% (±0,1%). 13,1% ((±0,1%) опрошенных допускает возможность озеленения крыш элитных жилых домов (рисунок 4).

Рис. 3 Мнение респондентов о возможности озеленения крыш в различных функциональных зонах Саратова Рис. 4. Типы зданий и сооружений, озеленение крыш которых, по их мнению респондентов, наиболее актуально В качестве наиболее вероятных источников финансирования работ респонденты указали на средства бюджета города и на частные инвестиции (рисунок 5).

Рис. 5 Возможные источники финансирования работ Жителей города Саратова заинтересовало использование пространства крыши для целей рекреации. Отдых на зеленой крыше собственного или соседнего дома, офиса и т. п. жители считают предпочтительнее посещения отдаленных и немногочисленных парков и скверов. Создание зеленых крыш рассматривается так же как актуальная технология и с точки зрения экологизации городского пространства.

В Саратове зеленые насаждения общего назначения размещены неравномерно. Для жителей большинства административных районов они находятся вне рекомендованной зоны пешеходной и транспортной доступности (2,0−3,0 км.). Анализ радиусов доступности общегородских зеленых насаждений г. Саратова (таблица 1, таблица 2) показал низкую обеспеченность жителей зелеными насаждениями общего пользования, их неравномерное распределение в структуре города и значительную удаленность (до 13,6 км) для большинства горожан.

При создании зеленых кровель учитывают нагрузки, действующие на здание. Нормативные значения нагрузок (снеговая, полезная, ветровая) приведены в СНиП 2.01.07−95. Нагрузки и воздействия.

Расчетная нагрузка определяется умножением нормативной нагрузки на соответствующий коэффициент надежности по нагрузке гѓ:

постоянная qєпост.= гѓqєпост. (гѓ?1.05- 1,3);

снеговая s= 1.8 (кН/мІ), (для Саратова);

полезная qєпол= гѓqєпол. (гѓ?1.2- 1.4).

Коэффициент надежности по нагрузке гѓ учитывает изменение нагрузки в большую (неблагоприятную) сторону за период эксплуатации здания.

Вертикальную нагрузку на покрытие и перекрытия принимают в виде равномерно распределенной нагрузки по их площади (кН/мІ). Она состоит из суммы постоянных (qєпост.) и снеговой (s) нагрузок:

Полная вертикальная нагрузка на покрытие будет равна

qпокр.= qєпост.+ s, (кН/мІ),

где qєпост. — масса конструктивных элементов покрытия, s — масса снега.

В соответствии с районированием территории РФ по весу снегового покрова (СНиП 2.01.07−95. Нагрузки и воздействия), Саратовская область относится к III снеговому району, для которого величина расчетной снеговой нагрузки составляет s = 1.8 кН/мІ (180кг/ мІ.). При перепадах крыши здания по высоте образуются снеговые мешки, увеличивая нагрузку до s = 4 кН/мІ (400 кг/мІ).

Для устройства ландшафтных объектов на крышах необходимо проверить состояние несущей способности всех конструктивных элементов здания и состояния конструкции кровли с привлечением специалистов (Гражданпроект, Промпроект и т. д.).

В Саратове создание садов на кровлях существующих зданий до 1990 г. постройки возможно только при конструктивной экспертизе несущих стен, перекрытий, кровельного покрытия, фундамента, грунтов. В результате положительной экспертизы, с учетом замены теплои гидроизоляции крыши, для них применима конструкция для «экстенсивного озеленения» (не более 400 кг/мІ), при котором рекреация не предусматривается.

Кровельно-ландшафтные компании предлагают облегченную конструкцию «зеленого пирога». Минимальный вес ее во влажном состоянии составляет 60кг/мІ.

Таблица 3. Вес конструкции для экстенсивного и интенсивного озеленения крыши (www.greenroof.co.uk, www.zinko.ru, www.bauder.ru)

Таблица 4. Возможности использования кровель зданий для озеленения

В современных условиях, здания различного функционального назначения, обладают повышенными параметрами несущей способности, и предусматривают создание на них ландшафтных объектов, как с «экстенсивным», так и с «интенсивным» озеленением (таблица 4).

Наиболее пригодны для озеленения плоские крыши. Как правило, именно они отвечают требованиям, предъявляемым к устойчивости конструкции. По результатам анализа застройки г. Саратова (2011 г.), потенциально пригодными для создания садов на крышах могут считаться 24,6% крыш зданий в Ленинском, 19,2% - в Заводском, 15,4% - в Кировском, 15,2% - в Волжском, 12,9% - во Фрунзенском, 12,5% - в Октябрьском районе.

На крышах многоэтажных зданий растения страдают от воздействия избыточной солнечной радиации, летом — от высоких температур, сухости воздуха и недостатка влаги, зимой — от более низких температур, чем на уровне земли. Неблагоприятное воздействие оказывает на растения и ветер. Он наносит им механические повреждения и иссушает почву, усиливает скорость транспирации и, как следствие, снижает температуру самого растения. Микроклимат различных поверхностей покрытия вследствие разницы величины их альбедо и текстуры резко отличается. В условиях г. Саратова на плоских крышах используется рулонное битумное покрытие. Поэтому в 2010;2011 г. исследования микроклимата проводились на плоских крышах 5 и 10 этажных зданий с битумным покрытием. За контроль были приняты значения показателей на уровне земли с южной и с наветренной стороны здания.

Наибольшими суточными перепадами температур на поверхности битумной крыши отличаются весенние и летние месяцы. Осенью перепады более мягкие. В зимние месяцы большое влияние на температуру поверхности крыши оказывало наличие снежного покрова, благодаря которому она оставалась стабильной. По сравнению с контрольными показателями замеров на уровне земли, во все сезоны температура поверхности крыш была выше.

Наиболее экстремальный температурный режим на битумных кровлях был отмечен в июле 2010 г.

Средняя суточная амплитуда температурных колебаний на контроле составила 15,3^оС, на крыше 5 этажного здания — 26,3^оС, на крыше 10 этажного здания — 42^оС. При этом разница дневных температур на контроле и на кровлях 5 и 10 этажных зданий достигала 21,5^оС и 30,2^оС соответственно.

При образовании снегового покрова на крышах разница между показателями на контроле и на крыше увеличивалась по мере нарастания его толщины, при этом колебания значений стремились к нулевому значению.

Рис. 6. Температура воздуха на поверхности битумной кровли, ^оС (2010;2011 гг.).

Ход изменения температур описывается параболической кривой третьего порядка с высокой точностью (рис. 7).

Рис. 7 Температура воздуха на поверхности битумной кровли (июль 2010 г.)

На температурный режим кровли существенное влияние оказывают облачность, влажность воздуха, ветровые потоки. Масса кровель не может хранить большого количества тепла, поэтому быстрый ливень, прохладный ветер или даже большая туча, приводят к снижению температуры кровли. Точное вычисление влияния этих воздействий на конкретную кровлю сложно, поскольку такие явления не регулярны и нет постоянных параметров для расчета (Воронин А.Н., 2008 г.). По данным того же автора, максимальная температура кровли с покрытием из черной битумной мембраны в течение одной недели жаркого лета может быть меньше на 3−6°С, если скорость ветра возрастает от 0 до 15 км/ч, и на 13−16°С ниже при скорости ветра 30 км/ч.

Ночью, в отсутствие солнечного излучения, температура кровельной поверхности может опуститься ниже температуры окружающего воздуха (Воронин А.Н., Орлов Ю. Н., 2008 г.): в ясную сухую ночь температура на поверхности хорошо утепленной кровли опускается на 10 °C ниже температуры воздуха. При увеличении толщины кровельной поверхности, суточные температурные колебания сглаживаются. Такие закономерности определены явлением тепловой эмиссии кровли — способности объекта «избавляться» от части своего тепла посредством ИК-излучения.

Значительно улучшить показатели температурного режима кровли можно путем озеленения, установки солнечных тентов и навесов.

На показатель скорости ветра оказывает воздействие множество факторов: угол наклона крыши, наличие или отсутствие ограждения, каких-либо строений на крыше, характер застройки, направление ветрового потока и т. д. Наиболее достоверные результаты при изучении аэродинамического режима могут быть получены путем длительного непрерывного наблюдения на конкретной крыше, методом физического моделирования (в аэродинамической трубе) или методом математического моделирования. Физическое моделирование выполняется для макетов зданий с учетом существующей окружающей застройки (Реттер Э.И., 1968, 1984; Серебровский Ф. Л., 1971 и др.). Математическое моделирование должно учитывать действующие одновременно ламинарные, турбулентные, вихревые и другие зоны движения, для каждой из которых необходимо иметь значения коэффициентов, характеризующих движение в этих зонах, связь между ними и характер застройки, (Табунщиков Ю. А., 2005).

Потоки ветра, встречая на пути препятствие в виде здания, обходят его. Вокруг постройки образуются области положительного и отрицательного давления, и возникают турбулентные потоки воздуха (рисунок 8). Величина возникающего на крыше отрицательного давления зависит от ее формы и параметров, направления ветровых потоков по отношению к зданию (Пособие по благоустройству …, 2001) (рисунок 9).

Рис. 8. Схема воздушных потоков, возникающих вследствие ветрового напора, направленного под углом 45° к фасаду (Табунщиков Ю.А., 2005).

Рис. 9. Распределение отрицательного давления на крыше при направлении ветра под углом 45° к зданию Достоверно установлена зависимость увеличения скорости ветра на крыше с высотой здания. С этой целью замеры проводились одновременно на земле с подветренной стороны (контроль) и на крыше на уровне 5 и 10 этажей в центральном районе города.

Рис. 10. Средняя скорость ветра на поверхности битумной кровли, м/с (июнь 2011 г.)

Характер распределения аэродинамических коэффициентов на фасадах здания другой формы может существенно отличаться от приведенных графиков. Режим обтекания здания воздушным потоком зависит так же от расположенных рядом других зданий и сооружений, особенностей рельефа местности и т. д.

Для определения скорости ветра на той или иной высоте может быть применена расчетная формула:

V = Vo Ч (H / Ho) a,

где: Vo и Ho — известные значения скорости ветра (м/с) на исходной высоте (м); Н — запланированная высота (м); V — определяемая скорость ветра (м/с); a — эмпирический показатель степени 0,14. (Табунщиков Ю.А., 2005)

Надежную защиту сада на крыше и его посетителей от ветров позволят обеспечить высокие парапеты и надежные ограждения. Ветровая тень (пространство, где «ветровая нагрузка» снижается под воздействием стенок) равна 10 высотам стенки. В стенках необходимо делать просветы для проветривания (до 1/3 от площади стенки) (Рекомендации…, 2001).

Относительная влажность у поверхности крыши весной на 5−10% ниже, чем на земле, а летом разница доходит до 14%. Ночью в ясную погоду относительная влажность воздуха на крыше даже на 15−20% ниже, чем на земле, днем на 1−15% (Титова Н., 2003).

К ассортименту растений для сада на крыше предъявляют повышенные требования. В первую очередь они касаются древесных и кустарниковых пород. Растения должны обладать высокой морозои засухоустойчивостью, ветроустойчивостью, быть светолюбивыми, иметь небольшую мочковатую корневую систему, предъявлять минимальные требования к уходу. Особые требования предъявляют к декоративности видов.

Перспективный ассортимент древесных и кустарниковых видов для озеленения крыш составлен на основании списка декоративных деревьев и кустарников, рекомендованных для озеленения Саратова (Галактионов И.И., Ву А. В., Осин Е. А., 1967; Колесников А. И., 1974, Нормы посадки деревьев и кустарников…, 1988 г.). Автором отобраны виды, потенциально пригодные для озеленения крыш в условиях г. Саратова, с учетом неблагоприятных условий на крышах. Потенциально пригодными для озеленения пространства крыш г. Саратов можно считать 23 вида деревьев и 56 видов кустарника. Целевой ассортимент требует уточнения. При выборе ассортимента травянистых растений предпочтение отдают низкорослым засухоустойчивым и морозостойким травам. Условия Саратовской области соответствуют III зоне при выборе растений для создания газонов и дерновых покрытий специального назначения (Князева Т.П., Князева Д. В., 2004).

В пятой главе «Дизайн концепция озеленения крыши административно-торгового комплекса «Арена» «разработан проект благоустройства с интенсивным и эктенсивным озеленением, на пяти уровнях крыши здания. Разработан ассортимент растительности с учетом климатических, эстетических и др. параметров окружения. Подобраны мебель, малые архитектурные формы, инженерное оборудование с учетом СНиП, конструкций, функционального зонирования. Дано технико-экономическое обоснование проекта.

Общие выводы

1. Исторические особенности г. Саратова, несоблюдение современных градостроительных норм и требований приводит к сокращению площадей традиционных видов зеленых насаждений. Насаждения общего пользования имеют неравномерное распределение в плане города с радиусом доступности для большинства горожан до 13,6 км, что значительно превышает установленные нормы.

2. Большинство опрошенных 95% (±0,7%) жителей Саратова хотели бы использовать крыши в качестве дополнительного пространства для рекреации. Наиболее пригодными для этих целей 64,5% (± 0,5%)) респондентов считают офисные, общественные и торговые здания в деловом центре города.

3. Возможная площадь озеленения крыш г. Саратова составляет 411,3 га, поскольку потенциально пригодными для создания садов являются 16,7% крыш многоэтажных зданий города.

4. На поверхности крыш складываются экстремальные для растений и для человека микроклиматические условия: высокие дневные (на 3,1−30,2^оС выше контрольных значений) и низкие ночные температуры, амплитуда колебаний температур в течение дня (до 42^оС летом) и по сезонам, низкая влажность воздуха (на 1−20% ниже контрольной), возрастающая с высотой здания скорость ветра, образование сложных воздушных потоков.

5. Потенциально пригодными для озеленения пространства крыш г. Саратов можно считать 23 вида деревьев и 56 видов кустарника. Целевой ассортимент древесно-кустарниковых и травянистых растений требует уточнения.

Предложения производству

1. При разработке проектов и создании озелененных крыш рекомендуется использовать предлагаемый ассортимент.

2. На крышах зданий, построенных позже 1990 г., размещать сады как экстенсивного, так и интенсивного типа. Для зданий более раннего периода постройки — сады экстенсивного типа. Принятие решения о возможности озеленения крыши какого-либо здания или сооружения основывать на оценке несущей способности всех конструктивных элементов здания и состояния конструкции кровли с привлечением специалистов Гражданпроект, Промпроект и т. д.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Бакурская М. Э. Role of green roofs of Buildings and constructions in the urbanized environment Privolzhskaya vosvishennost / М. Э. Бакурская, О. Б. Сокольская // (статья на анг. яз). Garden-parks and landscape construction: theory, practice, innovation: Proceedings of the Russian-Polish scientific-practical conference.- «Cartouche». Orel: 2010. — Р. 50−55.

2. Бакурская М. Э. «Анализ формирования и развития газонного покрытия на объектах озеленения» / М. Э. Бакурская, О. Б. Сокольская // Ландшафтная архитектура и садово-парковое строительство: современные тенденции: материалы международной научно-практической конференции, Воронеж. 3−4 сентября 2010 г. — Воронеж, ГОУ ВПО «ВГЛТА», 2010. — Т. 2. — С. 82−85.