Проектирование зданий, расчет конструкций, авторский надзор

Микроклимат помещений — эко баланс

Микроклимат помещений оценивается по следующим показателям, для каждого из которых установлены оптимальные уровни и допустимые пределы колебаний с учетом их комплексного действия на организм человека: а) температура воздуха; б) подвижность воздуха; в) относительная влажность воздуха; г) радиационный режим помещений, который определяется температурой ограждающих поверхностей.

Критерием для нормирования оптимальных и допустимых параметров микроклимата в жилых и общественных зданиях является тепловое состояние человека, которое оценивается по следующим наиболее информативным физиологическим показателям: 1) температура тела; 2) топография температур кожи на различных участках тела; 3) градиенты температур кожи на туловище и конечностях;

4) величина влагопотерь испарением;

5) теплоощущение.

В качестве дополнительных критериев целесообразно использование: а) динамики изменений теплоотдачи излучением и конвекцией; б) показателей, характеризующих состояние центральной и вегетативной нервной систем; в) данных о лабильности термо-регуляторной системы; г) уровня энергозатрат и дефицита тепла.

Характер изменений показателей теплового состояния лежит в основе классификации теплового состояния детей и взрослых. Использование этих классификаций при оценке результатов исследований позволяет установить параметры зоны теплового комфорта и допустимые пределы колебаний метеофакторов.

Так, оптимальное тепловое состояние обеспечивается условиями теплового комфорта, не ограничиваемого по времени пребывания и не требующего включения дополнительных приспособительных механизмов организма. Умеренное напряжение терморегуляции характеризуется постоянством теплопродукции и нормальным соотношением процессов возбуждения и торможения в коре головного мозга. Сохранение постоянного количества тепла в организме достигается за счет уменьшения или увеличения его в тканях конечностей, температура которых может изменяться в пределах, значительно превышающих физиологические периодические колебания. При допустимом уровне перегревания или охлаждения человека наблюдается определенное напряжение механизмов терморегуляции организма. Однако при этом сохраняется термостабильное состояние «сердцевины» тела — следствие включения приспособительных реакций организма. В этих условиях возможно продолжительное пребывание человека (в течение всего времени работы) при данных условиях внешней среды.

Важно учитывать, что оценка конкретных тепловых условий среды зависит от всего предыдущего жизненного опыта человека, т. е. в конечном счете зависит от социальных условий жизни, а именно от наиболее привычного климата, одежды, питания, жилищных условий и, в частности, от типа и мощности санитарно-техни-ческого оборудования зданий. В условиях, близких к комфорту, нормативы микроклимата жилищ могут быть едиными для взрослых и детей, однако возрастные различия должны учитываться при установлении допустимых колебаний метеофакторов.

В целом, гигиеническое нормирование тепловых факторов должно обеспечивать: комплексность; диффе-ренцированность; гарантированность. Последний принцип означает, что нормируемые параметры микроклимата должны гарантировать сохранение здоровья и работоспособности даже человеку с пониженной переносимостью колебаний факторов окружающей среды.

С точки зрения обеспечения теплового комфорта человека важное значение имеет соотношение конвективной, лучистой и кондуктивной составляющих теплообмена при применении различных инженерно-технических отопительных систем.

Обеспечить в закрытом помещении оптимальные термические условия вне зависимости от сезонных и погодных условий возможно, естественно, только искусственным путем и, следовательно, правильная организация внутренней среды закрытых помещений, обеспечивающая комфортное тепловое состояние организма, должна базироваться на научно обоснованных оптимальных параметрах микроклимата. Поскольку форма и организация внешней среды постоянно видоизменяются, меняется жилище, меняются условия проживания, то параметры микроклимата, по-видимому, не должны быть константными.

В разных климатических районах и в различные сезоны года тепловой комфорт различен для мужчин и женщин, для стариков и детей и лиц с ослаблением функций терморегуляции. Следовательно, нормативы для жилых и общественных зданий должны учитывать пределы адаптационных возможностей разных групп населения, в связи с чем должны быть дифференцированными нормативы теплового комфорта.

В целом, для всех групп населения можно сказать, что такие терморегу-ляторные реакции, как значительные колебания теплопродукции, спазм (сокращение) или резкое расширение кожных сосудов, усиленное потоотделение — предназначены для поддержания температурного гомеостазиса в условиях экстремального и относительно кратковременного отклонения внешних условий от оптимума. Длительное функционирование этих механизмов неизбежно приводит организм в состояние пониженной работоспособности и функционального истощения. В условиях жилища это особенно нежелательно, так как отрицательно влияет на процессы снятия напряжения после трудового дня и восстановительные процессы.

Необходимость обеспечения оптимальных условий микроклимата диктуется также тем обстоятельством, что дискомфортные условия при длительном воздействии, вызывая сдвиг теплового равновесия организма и напряжение аппаратов терморегуляции вследствие переохлаждения или перегрева, приводит к ослаблению общей сопротивляемости организма, снижению иммунного потенциала, что в свою очередь может вызывать такие заболевания, как катары верхних дыхательных путей, ревматизм, ангины, невралгии, отягощать течение сердечно-сосудистых заболеваний и болезней обмена веществ.

При гигиеническом изучении влияния факторов микроклимата на организм человека исходят из одновременного учета и сопоставления как инструментальных измерений каждого из метеорологических факторов, так и данных о физиологических реакциях человека на изменение метеорологических условий.

Исследования по определению оптимальных параметров микроклимата в помещениях жилых и общественных зданий включают измерение и анализ температуры воздуха и его подвижности, влажности воздуха и температуры ограждающих поверхностей (пола, потолка, стен, остекления) и изучение ответных физиологических реакций терморегуляции человека.

Выбор показателей, которые необходимо измерять, зависит от того, можно ли в данном помещении требовать достижения оптимального или всего лишь допустимого микроклимата.

Для определения параметров оптимального микроклимата изучают следующие показатели: физические — шаровую температуру (результирующую температуру шарового термометра, ° С); температуру воздуха (°С); относительную влажность воздуха (%); скорость воздуха (м/с);

число стандартных слоев одежды; поверхностную температуру строительных конструкций (° С); температуру излучающих поверхностей (° С).

Температура воздуха измеряется аспирационным психрометром Ассма-на, на уровне 10, ПО, 170 см от пола в центре помещения и в наружном углу на расстоянии 0,5 м от стен.

Относительная влажность воздуха измеряется аспирационным психрометром Ассмана (одновременно с температурой) в центре помещения, на высоте 100 см от пола.

Применяемые в настоящее время методы изучения и оценки лучистого компонента микроклимата помещений можно условно разделить на методы физические и методы, основанные на связи с физиологическими терморегу-ляторными реакциями человека, а именно, лучистыми теплопотерями с поверхности тела, температурой кожи.

Метод оценки радиационного режима по величине лучистого теплового потока в конкретных точках помещения нашел широкое применение и утвердился в гигиене труда и в коммунальной гигиене, в физиологии.

Величины облученности в каждой точке могут быть подсчитаны и аналитически. Для этого надо знать распределение температуры на поверхности окружающих предметов, с которыми происходит лучистый теплообмен человека, их излучательную способность, угловые коэффициенты. Менее трудоемок метод непосредственного измерения лучистой энергии соответствующими приборами — измерителями полусферического излучения, например, актинометром, чувствительность которых должна быть повышена, или радиометрами.

Для проведения опроса людей используются анкеты, включающие шкалы оценки комфортности качества среды и оценки теплоощущения (субъективные) .

Оценка «комфортно» и нейтральные теплоощущения у человека возникают в том случае, когда: а) не ощущаются ни тепло, ни холод; б) не ощущается неприятная циркуляция воздуха; в) не тяготит одежда; г) воздух в помещении не кажется ни сухим, ни сырым.

Оценка «слегка дискомфортно» (1) или «слегка прохладно» или «слегка тепло»: а) ощущение легкой прохлады или тепла (их связывают, однако, незначительно, зачастую не очень четко); б) ощущение циркуляции воздуха; в) одежду не хочется поменять; г) некоторые (более чувствительные) лица указывают на чувство сырости или чувство сухости.

Оценка «дискомфортно» (2) или же «прохладно» или «тепло»: а) ощущением холода или тепла, сопровождающегося небольшим выделением пота; б) циркуляция воздуха осязается как заметная; в) одежда ощущается или слишком легкой или слишком тяжелой и возникает желание ее поменять; г) имеет место ощущение неприятной сырости или сухости или же духоты.

Оценка «очень дискомфортно» (3) или же «холодно» или «жарко» сопровождается: а) сильным ощущением холода или жары с обильным выделением пота; б) циркуляция воздуха ощущается как дуновение «до костей» проникающего холода, а при жаре сильная циркуляция воздуха, применяемая для охлаждения,— как вызывающая чрезмерное охлаждение частей тела, покрытых потом; в) одежда в большинстве случаев кажется совсем неподходящей; г) возникает ощущение большой сырости, когда холодно, или большой сухости, или гнетущей духоты, когда жарко.

Анкета освещает также следующие вопросы: характеристика деятельности; сведения о рабочем месте опрашиваемого; описание его одежды; возможность индивидуальной регулировки температуры помещения; основные данные об опрашиваемом лице: возраст, вес, рост, должность, состояние здоровья и т. д.

При определении оптимальных условий принимается, что даже в специальных лабораториях, имеющих практически идеальные условия, как правило, не меньше 5% опрашиваемых лиц высказывает ощущение дис-

комфорта. Поэтому объективные инструментальные исследования являются необходимыми в случае, когда число недовольных лиц, высказывающих ощущение дискомфортное™, составляет более 20% (лица в легкой одежде), или же 10% (лица в более теплой одежде).

При этом необходимо установить, не находятся ли некоторые из недовольных лиц в чрезвычайно дискомфортных местах (холодная тяга воздуха из окна, местное тепловое излучение и т. п.). В случае, если это имеет место, необходимо осуществить объективные исследования микроклимата именно в данном месте.

Основными принципами, на которых основывается гигиеническая регламентация микроклимата жилых и общественных зданий, являются: климатическая и сезонная дифференциация параметров микроклимата; учет возрастных групп и состояния здоровья лиц, для которых проводится нормирование; учет вида деятельности людей и характера их одежды.

Начало использования излучения нагретых поверхностей для отопления в помещении в нашей стране было положено военным инженером М. Фроловым, по проекту которого в 1874 г. была сооружена система отопления жилых помещений крепостных сооружений. В 90-х гг. в Крон-штадском госпитале, а затем в морской казарме на Охте и в Крюковской казарме впервые было устроено центральное паропесочное панельное отопление с температурой поверхности панели в 60°.

1900—1903 гг. были периодом широкой изобретательской деятельности в области панельного отопления. Активное участие в этой работе принимали виднейшие специалисты отопительной техники нашей страны — В. М. Чаплин, В. Г. Залесский, Б. К. Правдин, В. Л. Максимович и др.

Большим вкладом в дело развития панельного отопления явилась разработанная и предложенная в 1905 г. инженером В. А. Яхимовичем «паро-и водобетонная» система отопления. Впоследствии по этой системе (1905— 1914 гг.) было смонтировано более 70 установок отопления в Саратове, Казани, Самаре, Нижнем Новгороде, Ленинграде, Москве, Киеве, Ростове и других городах.

Таким образом, система лучистого отопления в нашей стране была разработана и начала применяться задолго до того, как она получила свое развитие за рубежом (1910—1914 гг.), хотя в английской и американской литературе открытие этой системы приписывают Артуру Беркеру.

В наши дни из многочисленных видов панельного отопления определенное распространение получили системы с заделкой трубчатых нагревательных элементов в наружные стены; наряду с этим, в жилищном строительстве находят применение па-нельно-потолочные системы с развитой поверхностью обогрева, контурные напольно-потолочные системы с поверхностью обогрева, проходящей по контуру помещения, ригельные, перегородочные, с расположением нагревательных элементов в межкомнатных перегородках.

Проблема широкого применения лучистого отопления в практике строительства выдвинула актуальную задачу детального гигиенического его изучения и’ оценки эффективности этой системы отопления.

Гигиеническое значение отопления помещений излучающими поверхностями подчеркивалось отечественными гигиенистами и виднейшими деятелями отопительной техники в нашей стране уже давно. Ф. Ф. Эрис-ман еще в 1887 г. указывал, что системы отопления с санитарной точки зрения имеют разные достоинства в зависимости от способа передачи ими тепла. Наиболее благоприятные условия для организма, считал он, могут быть созданы при уменьшении теп-лопотерь излучением, что достигается лишь в таком случае, если кроме воздуха, в надлежащей степени нагревается находящаяся в комнате мебель, и в особенности стены.

С. Ф. Бубнов и А. П. Доброславин также считали для обеспечения комфортных условий важным лучистый обогрев мест помещений, которые больше всего охлаждаются. Горячими поборниками широкого применения лучистого отопления в жилых и школьных зданиях были В. А. Левицкий и А. В. Мольков. Дальнейшие исследования советских ученых (Н. Ф. Галанин, А. А. Летавет, А. Е. Малышева, М. Е. Маршак, Л. К. Хоцянов и др.) значительно расширили наши представления о воздействии лучистого тепла на организм.

Гигиенисты экспериментально показали, что радиационный компонент в теплообмене человека с окружающей средой играет весьма существенную, а в некоторых случаях и главенствующую роль.

К достоинствам систем лучистого отопления относят следующее: 1) низкую температуру поверхности нагревательных приборов и отсутствие вследствие этого пригорания пыли; 2) большие возможности вентилирования помещений в холодное время года; 3) возможность охлаждения помещения летом; 4) равномерное распределение температуры воздуха по помещению; 5) экономию на металле; 6) отсутствие загромождающих помещение нагревательных приборов и в связи с этим лучшее его использование.

Заделка труб в бетонный массив при панельно-лучистом отоплении кроме определенных архитектурных достоинств дает заметный теплотехнический эффект, так как при этом температура теплоотдающей поверхности панели оказывается значительно ниже температуры теплоносителя.

Одним из основных недостатков системы панельно-лучистого отопления является перегрев помещений в переходные периоды года из-за их большой инерционности, когда наблюдаются значительные колебания наружного воздуха. Вместе с тем па-нельно-лучистая система при относительно небольшой стоимости (70— 80% стоимости водяной системы отопления с радиаторами) позволяет создать в помещениях достаточно комфортные условия.

В последнее время начинают внедряться системы электрического лучистого отопления жилых зданий, для чего используются потолочные и стеновые панели. Основное преимущество этих приборов и панелей — равномерное распределение тепла по большой поверхности. Регулирование теплоотдачи панелей и конвекторов осуществляется с помощью терморегуляторов. Удельная теплоотдача панелей составляет от 40 до 125 Вт/м2, температура нагрева их поверхности не превышает 40° С даже при значительной величине теплоотдачи.

При размещении нагревательных приборов лучистого отопления в жилище необходимо учитывать особенности лучистого теплообмена разных участков тела человека. При подводе тепла посредством инфракрасного излучения необходимо учитывать то обстоятельство, что тело человека обладает неравномерной чувствительностью к лучистой энергии. Особенно чувствительная к инфракрасным лучам голова: при неправильном режиме облучения вместо теплового комфорта могут возникать явления дискомфорта.

Математический анализ показывает, что наиболее эффективным способом увеличения средней радиационной температуры в помещении является повышение температуры пола, затем — температуры потолка и, наконец, температуры стен (Я. Д. Пекер, 1970). Однако физиолого-гигиенические исследования относительных достоинств разных видов панельно-лучистого отопления как раз свидетельствуют о необходимости особенно осторожного отношения именно к потолочному и напольному панельно-лучистому отоплению, так как при определенной температуре пола наблюдается нежелательный эффект — чрезмерное расширение сосудов ног, а перегрев потолка опасен для функции головного мозга.

Сторонники чисто физического подхода к обеспечению теплового комфорта человека полагают, что для приятного самочувствия (комфорта) достаточно обеспечения равновесия между теплопродукцией человека и отводом тепла в окружающую среду. Однако данные показывают, что этого условия оказывается недостаточно: наряду с количественной стороной учета теплопотерь необходимо также учитывать и качественную, связанную с биологическими особенностями теплообмена разных участков тела, поскольку инфракрасное излучение оказывает наиболее сильное воздействие на не защищенные одеждой участки кожи человека: лицо, голову, руки. Таким образом, при применении для отопления лучистого тепла важное значение приобретает определение местных тепловых нагрузок, в особенности на поверхность головы человека, поскольку чрезмерное облучение может быть причиной головной боли, понижения работоспособности, нарушения сна.

Поскольку, чем больше поверхность, тем меньшая интенсивность радиации нужна на единицу поверхности для создания того же теплового эффекта, то крайне важное значение приобретает расположение излучающей поверхности и положение тела человека. Учитывая большую поверхность тела человека, излучающую и воспринимающую тепло (1,5 м2 — 1,8 м2), достаточно уже небольшой разницы в радиационном режиме, чтобы ощутить дискомфорт.

Кроме того, при проектировании систем отопления необходимо учитывать, что в закрытом помещении имеются поверхности с разными температурами. Поэтому в разных местах такой комнаты человек будет излучать в разные стороны различное количество тепла.

С гигиенических позиций рассредоточенное размещение панелей представляется оптимальным решением, позволяющим обеспечить равномерность и оптимальную • интенсивность облучения. Однако при относительно низких температурах нагревательных панелей необходимо увеличивать поверхность нагрева, что связано со значительным расходом труб. Необходимо, однако, отметить, что переход от прогрева всей плиты перекрытия к прогреву только одной ее части является вынужденным решением, связанным с необходимостью экономить металл и не может приветствоваться гигиенистами. Таким образом, очевидно, что если исключить фактор большего расхода металла, предпочтение должно быть отдано варианту лучистого отопления с рассредоточением поверхности нагрева по всей плоскости перекрытия.

Наилучшим местом размещения нагревательного элемента при устройстве панельного отопления жилых зданий является, согласно физиолого-гигиеническим исследованиям, наружная стена, в частности ее нижняя часть. По сравнению с другими имеющимися на сегодня системами эта система обеспечивает более благоприятные условия в отапливаемых помещениях: так как устраняется отрицательное влияние наружных стеновых ограждений и оконных проемов на радиационный режим помещения, локализуются ниспадающие от наружных ограждений потоки холодного воздуха. Наконец, следует также отметить наиболее равномерное распределение температур в отапливаемом помещении. К этому следует добавить, что подоконное размещение отопительной панели в наименьшей степени мешает расстановке мебели, так как в приоконной зоне ее обычно не размещают. Все же не всегда по соображениям экономического конструктивного и планировочного характера оказывается возможным при устройстве панельного отопления размещать отопительные панели в наружных стенах. Поэтому устраивают также системы отопления с размещением отопительных панелей в полу и потолке, перегородках, хотя они создают худшие условия, чем системы с отопительными панелями в наружных стенах. Однако при использовании для отопления потолочных панелей температура поверхности их весьма ограничивается во избежание повышенной радиации на голову.

Часть исследователей считают наиболее удачным расположение обогреваемых панелей у пола или в самом полу, так как такая установка позволяет легче добиться равномерного распределения температуры в помещении и довести разницу между температурой воздуха на уровне 1,5 м от пола к весьма незначительным величинам. В защиту напольного расположения панелей приводят обычно соображения о том, что холодный пол является наиболее важным фактором, способствующим ухудшению метеорологических условий в помещении. Однако напольная система отопления не получила широкого распространения из-за ограниченной возможности повышения температур греющих поверхностей. Так, например, исследования, проведенные в помещении с напольной системой отопления, выявили ухудшение состояния здоровья женщин с варикозным расширением вен. Нам представляется, что напольная система отопления в жилых зданиях, где человек находится длительное время, причем в легкой обуви, не может быть рекомендована. В общественных зданиях применение ее вполне уместно в помещениях с кратковременным пребыванием людей. Представляется целесообразным использование ее также в детских яслях (для самых маленьких, ползающих детей) и в спортсооружениях, где человек находится босым.

Мерилом правильности размещения отопительных приборов должно являться отсутствие или наличие при их работе таких зон, в которых одна часть тела человека будет подвергаться охлаждению, а другая — перегреву, что, в свою очередь, может стать причиной асимметричной теплоотдачи и дискомфортного ощущения и даже привести к возникновению простудных заболеваний.

При размещении приборов отопления не в подоконной зоне (или заключении их в декоративные кожухи) комфортная тепловая зона зимой занимает относительно небольшую часть жилой площади. Гигиенические параметры не выдерживаются вследствие действия отрицательной тепловой радиации и связанной с ней односторонней и повышенной потери тепла человеком (ощущение дутья из окон). Кроме того, холодные конвективные потоки воздуха от окон настилаются на поверхность пола, понижая его температуру и создавая ощущение внутрикомнатного сквозняка.

Следует учитывать, что предметы, постоянно находящиеся в помещении (столы, письменные столы, стулья, шкафы и т. п.), экранируют тепловое излучение. Поэтому мебель в помещении, очевидно, надо расставлять так, чтобы излучение от панелей могло достигнуть человека, особенно зоны ног.

Related Images:

Tags: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

Comments are closed.