Рост численности населения планеты происходил одновременно с процессом урбанизации, выражающимся в повышении роли городов в развитии общества. Этот процесс привел к увеличению числа городских поселений и концентрации в них населения. Первоначально – с конца XVIII века – процесс урбанизации охватил промышленно развитые страны Западной Европы и Северной Америки. В России начало урбанизации относят к началу XIX века, когда доля городского населения превысила 4 % (табл. 1). В настоящее время по доле горожан Россия находится на среднеевропейском уровне: три четверти ее населения проживает «в городах, занимающих 0,65 % территории страны» [1]. Наибольшая плотность населения приходится на Москву и Санкт-Петербург, соответственно 4 956,06 чел./км2 и 3 843,90 чел./км2 (данные приведены по состоянию на начало 2020 г.) [2].
Таблица 1
Уровень урбанизации в России / СССР [3, 4]
|
Год |
Начало XVIII в. |
Начало XIX в. |
Середина XIX в. |
1887 |
1913 |
1926 |
1940 |
1960 |
1990 |
2019 |
|
Российская империя |
СССР |
РСФСР |
Россия |
|||||||
|
Доля городского населения, % |
3 |
Св. 4 |
8 |
Св.13 |
18 |
18 |
33 |
54,7 |
73,6 |
74,6 |
Вне всякого сомнения, урбанизация способствовала позитивному развитию экономики – росту производства, повышению его энерговооруженности и производительности, увеличению видов и числа транспортных средств, но вместе с тем привела к ряду негативных последствий:
- загрязнению (физическому, химическому, биологическому, эстетическому) среды обитания горожан, что отразилось на состоянии их здоровья (табл. 2);
- изменению водного баланса территории за счет строительства водонепроницаемых поверхностей (асфальтобетонных покрытий, кровель зданий и сооружений), что привело, с одной стороны, к увеличению объема и скорости стока дождевых, талых вод, а с другой стороны, к уменьшению объема вод, пополняющих подземные водоносные горизонты (рис. 1).
Таблица 2
Сравнение заболеваемости городских и сельских жителей России, на 100 тыс. человек населения [5, с. 52, 54]
|
Болезнь |
Год |
|||||
|
2005 |
2010 |
2015 |
2016 |
2017 |
2018 |
|
|
Зарегистрировано заболеваний злокачественными новообразованиями (диагноз установлен впервые в жизни) |
342,1 294,8 |
376,3 321,4 |
415,8 364,8 |
422,3 369,3 |
435,3 376,9 |
438,5 387,5 |
|
Острые инфекции верхних дыхательных путей |
21 193,9 11 607,6 |
23 073,4 10 558,0 |
23 699,0 11 169,6 |
25 251,6 11 165,6 |
25 262,8 11 135,1 |
24 512,9 10 687,7 |
|
Грипп |
670,9 553,8 |
22,5 9,6 |
38,9 19,8 |
70,6 31 |
40,4 18,5 |
30,6 13,9 |
|
Острые кишечные инфекции |
493,6 297,2 |
647,9 348,8 |
586,2 328,7 |
614,6 330,1 |
596,9 314,5 |
608,4 312,0 |
Примечание. Над чертой указаны статистические данные заболеваемости городских жителей, под чертой – данные заболеваемости сельских жителей.
Рис. 1. Изменение распределения поступающей на поверхность воды в зависимости от степени урбанизации территории [6, с. 5]
Одним из путей оздоровления городской среды является озеленение. Однако вследствие уже существующей плотной застройки, а также за счет активно ведущейся в настоящее время точечной застройки в старых районах городов, расширения городских автомагистралей и улиц сокращаются территории с традиционными видами озеленения, размещаемыми во дворах, садах, скверах, бульварах, парках и т.п., и одновременно увеличивается доля водонепроницаемых поверхностей. В сложившихся условиях единственный способ сохранить соответствующую российским нормам, регламентируемым СП 42.13330.2016, удельную площадь озеленения (площадь озеленения, приходящуюся на одного человека), необходимую для обеспечения комфортных условий проживания горожан, – это поиск альтернативных вариантов озеленения городских территорий. Таким альтернативным путем является «натурализация застройки», под которой понимают «создание и содержание на любых поверхностях зданий и сооружений – вертикальных, горизонтальных и наклонных – растительного покрова из специально подобранных видов растений, соответствующих местным географическим условиям, градостроительным характеристикам, а также параметрам конкретного строительного элемента» [1]. Для большинства районов России, учитывая их климатические особенности, наиболее рациональным представляется использование крышного озеленения – так называемых «зеленых» крыш. Ясно, что только озеленение – традиционное и альтернативное – не способно решить задачу достижения устойчивого развития урбанизированных территорий, однако оно способно значительно смягчить нарушенное в городах экологическое равновесие и его последствия.
Целью настоящей работы являлось исследование преимуществ и недостатков применения крышного озеленения в городах.
Материалы и методы исследования
Материалами исследования служили литературные источники, находящиеся в свободном доступе, в том числе зарубежные руководства (методические рекомендации) по проектированию, строительству и эксплуатации «зеленых» крыш. На основе указанных источников выполнен анализ крышного озеленения, позволивший достичь поставленной цели исследования.
Результаты исследования и их обсуждение
Установлено, что применение крышного озеленения не является чем-то новым в истории человечества и насчитывает уже несколько сотен лет [7, c. 226; 8, с. 53]. В частности, первые упоминания о русских садах на крышах относятся к XVII веку [7, с. 226]. В 1920-е годы плоские крыши с элементами озеленения использовали при проектировании зданий советские архитекторы [7, с. 227]. Известны отдельные реализованные в России в конце XX – начале XXI века проекты «зеленых» крыш [7, с. 228], но массового распространения в нашей стране крышное озеленение пока не получило: в отличие от других стран аспекты альтернативного озеленения в России развиваются лишь в теории [9, с. 167].
За рубежом же «зеленые» крыши (green roofs, roof gardens, eco-roofs) становятся «все более популярным элементом экологического строительства» [8, с. 53]. Их сегодня сооружают в различных климатических зонах, включая зону умеренного климата [8, с. 57], где среднемесячная температура самого холодного месяца года ниже 0 °C.
Классификация «зеленых» крыш. В зависимости от характера использования различают два основных типа «зеленых» крыш:
– интенсивные (intensive green roofs), имеющие многофункциональное назначение, в них сочетают озелененные пространства с площадками для отдыха, спорта и пр. (рис. 2);
– экстенсивные (extensive green roofs), на которые доступ имеет только обслуживающий их технический персонал (рис. 3).
Рис. 2. Интенсивная «зеленая» крыша [10, с. 16]
Рис. 3. Экстенсивная «зеленая» крыша на промышленном здании [11, с. 105]
Российскими авторами (в частности, Вебером А.А., Кучеровым А.С., Лыловым А.С.) применяются также другие названия указанных типов «зеленых» крыш – эксплуатируемые и неэксплуатируемые сады.
Основные элементы «зеленой» крыши. Конструкция «зеленой» крыши, вне зависимости от того, к какому типу она относится – интенсивному или экстенсивному, – в своем составе имеет одни и те же основные элементы [11, с. 107; 12, с. 56; 13, с. 6] (рис. 4):
- гидроизоляционный слой;
- корнезащитный слой;
- дренажный слой;
- фильтровальный слой;
- питательную среду для выращивания растений (субстрат);
- растения.
Рис. 4. Конструкция «зеленой» крыши: основные элементы [11, с. 179]
Отвод избыточных дождевых, поливочных и талых вод на озелененных крышах осуществляется с использованием предусмотренного в здании или сооружении водоотвода.
Конструкция «зеленой» крыши подобна конструкции дождевых садов (rain gardens), в которых поступающие поверхностные сточные воды (дождевые, талые, поливомоечные), пройдя специально спроектированную фильтрующую загрузку (субстрат) с высаженными в ней высшими растениями, отводятся по дренажной системе [13, с. 6]. Дождевые сады нашли широкое применение за рубежом (США, Канада, западноевропейские страны, Австралия, Новая Зеландия, Китай) для очистки поверхностного стока, в том числе стока с улично-дорожной сети населенных пунктов [14].
Область применения. «Зеленые» крыши могут быть спроектированы для зданий и сооружений, уже построенных и введенных в эксплуатацию. Но здесь ключевой проблемой является наличие несущей конструкции крыши здания или сооружения, способной выдержать дополнительную нагрузку (вес), а также наличие надежной гидроизоляции. В связи с чем рациональнее предусматривать устройство «зеленой» крыши еще на стадии проектирования здания или сооружения. Согласно рекомендациям [13, с. 7] для проектирования «зеленых» крыш требуются плоские кровли с уклоном:
- для интенсивных «зеленых» крыш: не более 10 %;
- для экстенсивных: менее 25 %.
Растения и субстрат. Для экстенсивной «зеленой» крыши используют газонные травы, почвопокровные растения и мхи (мятлик, овсяница, подорожник, камнеломка, ясколка, седум и др.), при этом мощность субстрата (питательной среды) варьируется от 30 мм (для мхов) до 150 мм (для газона). Для озеленения интенсивной крыши можно использовать не только травянистые растения, но также кустарники и деревья. Мощность субстрата – от 150 мм (для трав) до 1 м (для кустарников) [8, с. 54]. От надлежащего подбора растений зависит эффективность «зеленых» крыш.
Требуемая мощность питательного слоя (субстрата) и его состав зависят как от местных климатических условий, так и от применяемых растений. При этом субстрат – для уменьшения нагрузки на несущие конструкции здания (сооружения) – должен состоять из легкого минерального материала с минимальным количеством органических веществ [11, с. 108]. В частности, в методических рекомендациях [12, с. 56] в качестве субстрата предлагается использовать смесь, состоящую из керамзита, вулканических пород, перлита с содержанием органических веществ от 10 % до 20 %.
С целью создания благоприятных условий для растений, высаживаемых на крышах многоэтажных зданий, применяют специальные конструкции солнце- и ветрозащитных экранов [7, с. 227]. Также рекомендуется «включать водные устройства, охлаждающие и увлажняющие воздух; предусматривать активный полив растений и дренирование питательного слоя грунта, укрытие грунта в зимнее время» [10, с. 15].
Обслуживание. «Зеленые» крыши требуют регулярного ухода, включая полив в засушливые периоды, прополку, кошение растительности, борьбу с вредителями. В связи с чем должен быть предусмотрен доступ на крышу технического персонала для обслуживания, а также обеспечена его безопасность.
Преимущества и недостатки. Несмотря на то, что проектирование и строительство «зеленых» крыш являются затратной стратегией, их эксплуатация способна обеспечить весомые преимущества, включающие [7, с. 227; 8, с. 53-54; 11, с. 105; 12, с. 56; 13, с. 7]:
- увеличение площади озеленения и благоустройства городских пространств;
- восстановление нарушенного водного баланса на территории городского поселения (посредством эвапотранспирации);
- повышение качества атмосферного воздуха (прежде всего за счет процесса фотосинтеза);
- улучшение параметров микроклимата городской среды (снижение температуры и повышение влажности воздуха в летнее время);
- снижение уровня шума (за счет звукопоглощения растениями и субстратом);
- положительное влияние на физическое и психическое здоровье населения;
- создание дополнительных мест обитания живых организмов, включая мигрирующие виды;
- способствование очищению дождевых вод от загрязняющих веществ (путем фильтрации через субстрат с высаженными в него растениями и активности микроорганизмов);
- уменьшение стока дождевых вод (за счет эвапотранспирации, а также удержания вод субстратом и дренажным слоем);
- снижение пиковых нагрузок на городские канализационные сети;
- увеличение срока службы кровли здания (сооружения) в два-три раза (за счет ее защиты от воздействия неблагоприятных внешних факторов).
В качестве недостатков «зеленых» крыш в литературе отмечают [7, с. 228, 230-231, 8, с. 54]:
- высокую нагрузку на несущие конструкции кровли, которую необходимо учитывать при проектировании;
- высокий уровень влажности слоев конструкции, требующий надежной гидроизоляции;
- воздействие микроорганизмов, химических веществ и корневой системы на гидроизоляционный материал;
- необходимость профессионального подбора растений, предварительного их выращивания в специальных условиях, а также налаженной службы ухода за растениями на этапе эксплуатации;
- высокую стоимость проектирования, строительства и ремонта.
В настоящее время в России наметился перелом в применении и развитии «зеленых» технологий в строительстве: с 01.06.2020 г. введен в действие ГОСТ Р 58875-2020, который впервые обозначил национальные технические и экологические требования к озеленению крыш зданий и сооружений. Тем самым проектные, строительные и эксплуатирующие организации получили нормативную поддержку в части реализации практики использования озеленения крыш зданий и сооружений, что дает основания прогнозировать в ближайшем будущем включение «зеленых» крыш в обязательную тактику обеспечения устойчивого развития городов и, как следствие, оздоровление городской среды.
Выводы
1. Обоснована актуальность применения крышного озеленения в современных городских поселениях.
2. Рассмотрены основные типы «зеленых» крыш, их конструктивные особенности, а также требования, предъявляемые к проектированию, строительству и обслуживанию.
3. Раскрыты преимущества и недостатки применения крышного озеленения в градостроительной деятельности.