Тепловое загрязнение и экологические требования к тепловому режиму на территории застройки

Тепловое загрязнение водного и воздушного бассейнов связано с концентрацией больших мощностей на отдельных электростанциях и большого числа электростанций и других промышленных предприятий, расходующих воду на охлаждение (теплоэнергетика, коксохимическое и доменное производство и др.). Особенно важное значение при этом имеет тепловое загрязнение водоемов и водостоков сбросными водами ТЭС и АЭС. Так, удельное количество теплоты, отведенное с охлаждающей водой при нагреве ее в конденсаторах турбин на 8–10оС составляет на ТЭС около 4, 3 кДж/(квт.ч) при расходе воды 100–130 кг/(квт.ч), а на АЭС – 7, 3 кДж/(квт.ч.) при расходе воды 170–200 кг/(квт.ч.). При этом потребность теплоэнергетики в воде в теплое время года на 15–20% выше, а в холодное время – на 20–25% ниже, чем в среднем за год.

Для того, чтобы влияние сбросного тепла не нарушало экосистемы водоема, тепловые сбросы по санитарным нормам не должны вызывать повышение собственной температуры водоема более, чем на 50^о С в зимнее время и на 30^о С в летнее. Эти нормы могут быть выдержаны лишь в том случае, если удельная тепловая нагрузка на водоем не превышает 12–17 кДж/м³.

При поступлении в водоем теплосбросов и вредных химических веществ и соединений процесс самоочищения воды усложняется. Наблюдение за температурой и химическим составом водных объектов осуществляется соответствующими территориальными учреждениями санитарно-эпидемиологической службы и специальными лабораториями по охране окружающей среды на предприятиях. Специализированными организациями МПР России, Госкомэкологии России и другими проводятся обоснования систем водоснабжения и охлаждения подогретых вод тепловых и атомных электростанций с учетом конкретных условий размещения каждой отдельной электростанции; учитываются возможности отведения земельных угодий без существующих ущербов сельскохозяйственному производству, изучаются вопросы эффективного использования водохранилищ-охладителей для выращивания рыбы, устройства баз отдыха населения и т.д.

Для оценки теплового загрязнения в проектах городской застройки на всех стадиях проектирования необходимо учитывать:

– мощность (производительность) источника теплового загрязнения, оказывающего непосредственное воздействие на селитебную территорию;

– типы используемых агрегатов, их место по отношению к границе жилой или общественной застройки, режим работы в теплое и холодное время года;

– расчет удельной тепловой нагрузки на водоем;

– общие соображения об уменьшении тепловой нагрузки;

– ситуационный план с указанием границ санитарно-защитной зоны и реальной тепловой нагрузки на водоем.

Для оценки теплового загрязнения на стадии ТЭО и проекта отдельного энергетического предприятия необходимо учитывать:

– мощности источников теплового загрязнения отдельных агрегатов и предприятия в целом;

– типы агрегатов, место их размещения в плане предприятия, тепловая нагрузка на водоем;

– тип водоема, температура воды в теплое и холодное время года, гидробиологическая и гидрохимическая характеристика воды;

– расчет удельной тепловой нагрузки на водоем от каждого агрегата и предприятия в целом;

– обоснование санитарно-защитной зоны предприятия с учетом теплового загрязнения атмосферы;

– предложения по уменьшению тепловой нагрузки на водоем и окружающую среду в целом;

– ситуационный план с указанием границ санитарно-защитной зоны и реальных границ теплового загрязнения водоема.

На основе необходимых расчетов, проработок специализированных организаций намечаются и рекомендуются мероприятия по предотвращению теплового загрязнения водных объектов:

– использование отходов тепла для целей теплофикации промышленных, сельскохозяйственных или коммунально-бытовых объектов;

– внедрение оборотных систем водоохлаждения с водохранилищами;

– создание искусственных водохранилищ-охладителей, имеющих постоянную температуру подогрева и используемых в рекреационных целях (купания, спорт, отдых), а также для разведения рыбы;

– применение «сухого» охлаждения (воздушные конденсаторные установки системы Геллера и оборотные системы с градирнями – радиаторными охладительными башнями).

Частые и резкие колебания температуры окружающего воздуха неблагоприятны для человека. Они могут нарушить тепловой баланс и привести к расстройству здоровья. Тепловой режим территории определяется тремя основными факторами: интенсивностью солнечной радиации, влажностью воздуха и его скоростью движения (скоростью ветра). Сочетание этих факторов оказывает комплексное влияние на организм человека. Например, при температуре наружного воздуха -15°С и при скорости ветра 10–12 м/сек суровость погоды будет восприниматься, как будто термометр показывает 35°С. В такую погоду повышение влажности на 15% воспринимается как понижение температуры на 3, 5°С.

Для определения комплексного влияния всех этих факторов применяется так называемая шкала эффективных температур (ЭТ). ЭТ представляет собой условную величину, полученную чисто субъективным путем, которая отражает самочувствие человека при различных комбинациях температуры, влажности и скорости движения воздуха. С помощью ЭТ было выяснено, при каких комбинациях физических свойств атмосферы самочувствие человека комфортно, а при каких нет. В табл. 19 приведены значения ЭТ при разных скоростях ветра, относительной влажности и температуре воздуха.

Таблица 19

Значения ЭТ при разных скоростях ветра, относительной влажности и температуре воздуха

Примечание:

При ЭТ в пределах 17, 2–21, 7 охлаждающая сила воздуха соответствует теплоотдаче человека и у него возникают ощущения комфортности условий. Эти пределы ЭТ называют «зоной комфорта». За пределами этой зоны колебаний ЭТ находится зона дискомфорта, вызывающая неприятные ощущения.

Температурный и влажностный режимы воздуха в городе подвержены более сильным колебаниям, чем на внегородских территориях.

Различные поверхности и предметы поглощают и отражают неодинаковое количество солнечной энергии. Чем больше солнечной энергии отражается, тем меньше нагревается данная отражающая поверхность или предмет. Для характеристики отражающей способности различных поверхностей пользуются специальным коэффициентом «альбедо», который равен отношению количества отраженного и поглощенного тепла. Чем выше «альбедо», тем меньше поверхность нагревается и тем меньше она выделяет тепла в окружающую атмосферу. Каменные стены зданий и сооружений, асфальтовые и бетонные покрытия дорог с низким «альбедо» сильно нагреваются в жару и охлаждаются в морозы. В табл. 20 приведены значения альбедо для разных поверхностей.

Таблица 20

Значения «альбедо» для разных поверхностей

Температурный режим микрорайона во многом зависит от взаимодействия приземного и пристенного слоев воздуха с «деятельной поверхностью», под которой понимается поверхность стен домов и крыш домов, поверхность покрытий проездов, тротуаров, площадок, дорожек, зеленых насаждений и водоемов.

Особенность «деятельной поверхности» микрорайонов заключается в образовании полузамкнутого пространства, в котором ослаблено проветривание. В результате этого в этом пространстве происходит взаимооблучение вертикальных и горизонтальных поверхностей, затруднена теплоотдача.

Больше половины «деятельной поверхности» в городе практически имеют водонепроницаемые покрытия, а с остальной поверхности организован быстрый сток ливневых вод, вследствие чего влага накапливается в ограниченных количествах. Это уменьшает расход тепла на испарение и поэтому более 73% радиационного тепла идет на нагрев «деятельной поверхности» приземного и пристенного слоев воздуха. В результате в микрорайоне значительно повышается температура по сравнению с пригородными территориями.

Для максимально возможной оптимизации теплового режима в микрорайоне необходимо широкое использование зеленых насаждений. Зеленые насаждения должны занимать не менее 40% горизонтальной «деятельной поверхности». На одном гектаре микрорайонной территории, исключая площадь под подошвами зданий и сооружений, должно быть не менее 50 деревьев и 500 кустарников, площадь газонов должна составлять не менее 3000 м2 на 1 га.

Действие зеленых насаждений на тепловой режим микрорайона проявляется двояко: они служат прямой защитой от солнца, создавая тень, и испаряют большое количество воды в порядке транспирации, повышая тем самым относительную влажность воздуха, что оказывает прямое действие на эффективную температуру.

Эффективным средством защиты от перегрева стен является вертикальное озеленение.

Экологически целесообразным решением покрытий зданий следует считать покрытия, имеющие грунтовые крыши с травяным покровом, а также плоские эксплуатируемые покрытия, используемые для размещения различных функциональных объектов с устройством озеленения (деревьев, клумб, газонов и т.д.).