МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ. к выполнению задания № 2 по архитектурному материаловедению

к выполнению задания № 2 по архитектурному материаловедению

изучение основ методики рационального выбора материалов для наружной и внутренней отделки проектируемого здания -
6 семестр обучения

 

 

Разработаны

проф. Князевой В.П.

 

Рассмотрены
и утверждены на
заседании кафедры
………………………
протокол № …………

 

Москва, 2010

 

В настоящее время в практику архитектурного проектирования во всем мире внедряется концепция экологической оценки строительных материалов и рационального их выбора с точки зрения экологической безопасности для окружающей среды и для человека. Вводятся новые понятия – экологическая оценка, жизненный цикл материала (ЖЦМ), классификация материалов согласно требованиям по защите окружающей среды, экологически целесообразный выбор строительных материалов и др.. В рамках всемирной концепции «Устойчивого развития» решается задача формирования экологического мировоззрения для решения глобальных и частных экологических проблем среды обитания человека. Эта позиция определена в международных стандартах серии ИСО (ISO) 14000 «Система управления качеством окружающей среды» и, в частности, стандартами ИСО 14040 –14044, ориентированными на экологическое качество продукции. Такой подход направлен на обеспечение «устойчивого строительства», «устойчивой реставрации». При этом акцент делается на решение основных, глобальных экологических проблем - ресурсосбережение и предотвращение загрязнения окружающей среды при строительстве. Приоритетными являются задачи не только эстетические и инженерные, но и эколого-материаловедческие, позволяющие обеспечить выбор долговечных, экологически безопасных строительных материалов и их использование при проектировании экологически комфортных зданий.

Методические указания «Экологические аспекты выбора строительных материалов» предназначены для выполнения практического задания № 2 по архитектурному материаловедению (6-ой семестр обучения)

 

 

Введение

Для решения в архитектурной практике задачи рационального выбора материалов для наружной и внутренней отделки проектируемого здания необходимо овладеть методикой экологической оценки материалов по критериям их экологической безопасности для окружающей среды и человека.

 

Как новое строительство, так и реставрация сопряжены с использованием разнообразных по природе строительных материалов, которые в большей или меньшей степени благоприятны человеку и не одинаково влияют на окружающую среду, как за счет изъятия природных ресурсов, так и привнесения в неё загрязнителей. Производство строительных материалов предполагает добычу и переработку природных ресурсов,потребление энергии, воды. При этом часто происходит истощение ресурсов, уничтожение экосистем, ландшафтов, процесс загрязнение среды приводит к изменению климата на планете, образованию озоновых дыр; образование отходов может превращать плодородные земли и привлекательные ландшафты в пустыни. Это отрицательно сказывается на здоровье людей и косвенно влияет на качество строительства. Поэтому при проектировании важно выбрать эффективные материалы не только с экономической и эстетической, но и с экологической точки зрения. Для этого необходима экологическая оценка и классификация строительных материалов согласно требованиям по защите окружающей среды. В этом случае нужно, принимая решение об использовании материала, уметь оценить прямые и косвенные его воздействия на окружающую среду и человека с экологических позиций. Такой подход к их выбору соответствует требованиям всемирной концепции «устойчивого развития», «устойчивого строительства», «устойчивой реставрации».

 

1. Методические основы экологической оценки строительных материалов по их «жизненному циклу» (ЖЦ)

Методические подходы к экологической оценке строительных материалов согласно стандартов ИСО – 14000 могут быть различными, но обязательно анализируются связанные с ними нагрузки на окружающую среду по жизненному циклу материала. При таком подходе учитывается влияние не только самого материала, но и процессов его, сопровождающих от добычи сырья для его изготовления, до уничтожения, захоронения или, что более предпочтительно, повторного его использования для изготовления новых материалов. Это позволяет «замкнуть» их жизненный цикл и решить экологические задачи - сократить количество отходов и способствовать ресурсосбережению. Материалы рассматриваются и оцениваются по экологической безопасности не по принципу «здесь и сейчас», а «везде и всегда». При этом оцениваются не только прямые (явные) негативные воздействия, такие как эмиссия вредных веществ, образование отходов и т.п., но и косвенные эффекты (дефицит сырья, влияние на здоровье человека, ухудшение качества окружающей среды, нагрузки при перевозке материалов и т.д.). Для обеспечения объективности результатов анализа рассматриваются взаимосвязанные параметры «свойства материала – качество среды».

Оценка экологических эффектов взаимодействия строительных материалов с окружающей средой базируется на комплексе независимых методов:

· метод сопоставительного анализа (экспертный анализ, метод рассуждений) базируется на имеющейся научной информации, ее анализе и последующих логических рассуждениях. Он дает относительную оценку нагрузок на человека и окружающую среду и позволяет расположить сравниваемые материалы в порядке экологического предпочтения, классифицировать их по экологическому качеству. Результатом являются карты экологического выбора строительных материалов, которыми может пользоваться потребитель;

· системный анализ (метод «черного ящика») заключается в анализе и математической оценке всех входящих и выходящих потоков. Используется для расчета «экобаланса», воздействий материала на среду и оценки последствий этих влияний;

· метод графов (ориентированные графы для решения многокомпонентных эколого-экономических задач) позволяет оценить прямые и обратные связи - «качество строительства – качество среды);

· квалиметрический метод (для оценки интегрального качества материала).

 

Обычно методика экологической оценки строительного материала по его жизненному циклу состоит из следующих основных частей:

* разработки и описания жизненного цикла продукта (инвентаризационный анализ),

* оценки воздействий, возникающих на протяжении жизненного цикла (оценка воздействий),

* анализ, направленный на совершенствование качества продукта (оптимизационный анализ),

* анализ, направленный на экологическую классификацию продукции и обоснованный выбор материалов для использования в строительстве (классификационный анализ).

Экологическая оценка нагрузок строительных материалов на окружающую среду должна проводиться по пяти составляющим биосферы: атмосфере, гидросфере, литосфере (почве, сырью), энергии и биотическим компонентам (включая человека).

При экологической оценке материалов, в первую очередь, необходимо учитывать негативные воздействия, приводящие к обострению глобальных экологических проблем, таких как парниковый эффект, повреждение озонового слоя, загрязнение почв, истощение ресурсов и т. д.

К негативным экологическим эффектам по жизненному циклу материала относят: истощение ресурсов, загрязнение атмосферы, загрязнение водной среды, уничтожение почвенного покрова, изменение ландшафта, возникновение техногенных ландшафтов, опасное шумовое загрязнение, образование отходов, нарушение природного равновесия в экосистеме, уничтожение, деградация, угнетение растительности, ликвидация мест гнездовий птиц, распугивание животных, нарушение их путей миграции, изменение гидрогеологического режима, изменение напряженного состояния пластов земли и прочие прямые и косвенные эффекты.

При оценке ЖЦМ обязательно учитывается также комплекс нагрузок на ОС и человека за счет транспортировки материала. Предпочтение отдается местным строительным материалам и произведенным в непосредственной близости к месту добычи для них сырья и т.п.

Принципиальная схема оценки экологических эффектов по жизненному циклу материала включает анализ следующих его этапов:

· добыча сырья;

· изготовление материалов и изделий;

· этап строительства (применение материала);

· эксплуатация («жизнь» материала в объекте, необходимость ухода для поддержания его качества, совместимость с материалами которые используются для продления этапа эксплуатации (ремонт, реставрация, реконструкция);

· уничтожение или повторное использование (при замене материала, сносе здания, сооружения).

Пример аналитической схемы оценки нагрузок на окружающую среду по жизненному циклу материала приведен в таблице 1.

Таблица 1

Аналитическая схема оценки нагрузок на окружающую среду по жизненному циклу строительного материала (СМ).

Этап жизненного цикла СМ	Экологические эффекты	Стратегические мероприятия по снижению нагрузок на окружающую среду
Добыча сырья	Исчерпание ресурсов (материальных, энергетических, природных). Нарушение ландшафта. Повреждение экосистем (загрязнение воздуха, воды, почвы, выделение опасных выбросов и т.д.).	Избегать ненужного употребления сырья Использовать вторичное и возобновляемое сырьё Использовать сырьё оптимально
Изготовление материала и изделий (производство, получение)	Отходы. Возможны вредные выбросы в воду, воздух, почву. Потребление энергии.	Производство качественных, долговечных материалов. Сбережение ресурсов Создание материалов полифункционального назначения. Снижение количества этапов обработки
Строительство (применение СМ)	Потребление энергии. Образование отходов. Вредные выбросы. Загрязнение окружающей среды.	Использование качественных материалов. Отказ от использования материалов с органическими растворителями и др. вредных для человека материалов. Соответствие долговечности отдельных материалов, узлов, сроку службы всего здания.
Эксплуатация («Жизнь» СМ в объекте)	Вредные выбросы. Здоровье людей, а также все виды воздействий, как и при строительстве, но в меньшей степени	Контроль за состоянием материала. Уход за материалом Восстановление свойств Своевременная замена состарившегося материала.
Уничтожение или повторное использование	Образование огромного количества отходов при сносе зданий. Загрязнение окружающей среды. Нарушение ландшафта и т.д.	Ремонт. Реставрация. Отказ от свалок. Отказ от сжигания. Утилизация строительных отходов. Сортировка мусора Предпочтение первичному повторному использованию.

 

Для первого этапа ЖЦМ - добыче сырья, при экологической оценке необходимо учитывать его добываемый запас, который определяется на основе технических, экономических и экологических факторов для конкретного региона. Добыча сырья является важным этапом жизненного цикла материала. Для некоторых видов сырья известно, что их запас исчерпывается в короткий (обозримый) срок, если продолжится добыча на настоящем уровне. Этот процесс во многих случаях приводит к повреждению экосистем: выделению выбросов (при добыче угля) или возможности экологических катастроф (при добыче и транспорте нефти, хлора и т.п.).

 

На этапе производства СМ необходимо анализировать, с какими негативными последствиями для окружающей среды предстоит столкнуться и считаться с выбросами загрязнителей в окружающую среду. Наиболее полную информацию для этого этапа ЖЦМ можно получить из экологического паспорта предприятия, выпускающего данный материал. На этом этапе существует целый ряд серьезных проблем: вредные выбросы в почву, воду, воздух, отходы и использование большого количества энергии. В общем можно сказать, что от количества этапов обработки зависит экологическая нагрузка (например, при обработке пластмасс, металлов и битумов). Следует обратить внимание на то, что при производстве многие синтетические материалы выделяются вредные вещества. Серьезные нагрузки могут возникать, в частности, при производстве цемента и других вяжущих.

 

На этапе строительства важно предварительно определить срок пригодности различных материалов, строительных элементов и всего здания, а также оценить долговечность материала. Показателем для предпочтительного выбора материалов в строительстве становится его долговечность. Высокий показатель долговечности означает, что материал долго сохраняет все свои свойства и имеет больший срок использования до ремонта или замены изделия. Благодаря продлению периода использования материала или долговечному его использованию нагрузка на окружающую среду на этот период уменьшается. Важно, чтобы долговечность материалов отдельных строительных узлов всегда соответствовала жизненному сроку всего здания. При экологической оценке материала учитывается - возможно ли образование отходов, возможны ли выбросы в окружающую среду вредных веществ при производстве строительных работ. Акцент при оценке отделочной продукции делается на анализ влияния материала на здоровье жильцов. Нежелательным к использованию могут стать даже материалы, прошедшие гигиеническую сертификацию и т. п. Критерием для отбраковки должно стать наличие в составе материала вредных для здоровья веществ. Следует избегать применения таких материалов в жилых и общественных зданиях. Тогда под ограничение к использованию попадут древесностружечные материалы на фенольном полимерном связующем, материалы в которых применен в качестве вяжущего фосфогипс, клеи и краски на органических растворителях, материалы содержащие ПВХ (PVC) и т. д.

 

На этапе эксплуатации экологическая нагрузка в большой мере определена выбором, сделанным на предыдущих этапах, и здесь дополнительно необходимо определить эксплуатационные затраты на уход за материалом для сохранения его свойств. Запрет на их использование может быть основан на показателях, характеризующих качество внутренней среды в здании (влажность, шум и т. д.).

 

На последнем этапе жизни материала встает вопрос об оценке возможности его использования повторно без значительной дополнительной переработки (деревянная дверь, деревянные оконные рамы и т.п.). Поэтому критерием для экологической оценки материала становится возможность его реставрации, ремонтопригодность. Посредством реставрации или бережного ухода за конструкциями и материалами можно удлинить срок их пригодности. В этом случае количество строительных отходов может быть сокращено. В связи с возможностью повторного использования очень важно, чтобы материалы хорошо сортировались и очищались, а отходы хорошо разлагались. Если отходы после слома здания попадут в окружающую среду (свалки и т.п.), экологическая нагрузка определяется сочетанием их вредности и разлагаемостью в природной среде. При хорошей биоразлагаемости отходы не долго занимают место и практически не оказывают вредное воздействие и на окружающую среду и на человека.

Таким образом, методом логических рассуждений и используя аналитическую схему оценки нагрузок на окружающую среду по жизненному циклу (см. таблицу 1) можно дать качественную экологическую оценку любому строительному материалу. Данная схема позволяет прогнозировать наиболее существенные риски на каждом этапе жизненного цикла материала от добычи сырья до его уничтожения.

 

Оценочные показатели присваиваются материалу по следующим «экофакторам»: повреждение экосистем, дефицитность сырья (дефицит), эмиссия вредных веществ в окружающую среду (выбросы), затраты энергии (потребление энергии), здоровье человека и «экологическое здоровье» (здоровье) и положение с отходами (отходы).

Перечисленные «экофакторы» являются показателями экологического качества материала или, другими словами, являются показателями экологическими свойствами материала. Ниже приведены смысловые значения перечисленных показателей широко используемых сегодня в мировой практике экологической оценки строительных материалов в рамках стандартов ИСО 14000.

Повреждение экосистем

Экосистемой считается сочетание живых (растения и животные) и неживых компонентов (факторов), таких как почва, воздух, вода, климат и др. на ограниченной территории. Под повреждением имеется в виду - на сколько нарушено равновесие в экосистеме, снижено качество среды и учитывается ли как повреждение экологических ценностей, так и эстетические ценности экосистемы. Нарушение динамического равновесия может длиться десятки или сотни лет до того, как восстановится новое равновесие на этой территории.