Параметры воздушной среды, соответствующие комфортному микроклимату жилых зданий

Нормальное тепловое состояние человека зависит от ряда факторов внешней среды, а также от индивидуальных особенностей организма человека. Во внешней среде к этим параметрам относятся температура наружного воздуха, относительная влажность воздуха, ветер и солнечная радиация.

Параметрами, определяющими комфортные для человека условия в помещениях, являются: температура, влажность и скорость движения воздуха, а также температура внутренних поверхностей ограждающих конструкций.

Анализ многочисленных данных по характеристикам температурно-влажностного режима помещений применительно к южным условиям (И.С.Ветошкин, М. С. Горомосов и др.), а также натурных наблюдений на территории Узбекистана (П.А.Азизов, И. М. Геллер, А. В. Ершов, Е.А.Солдатов) дают возможность определить границы благоприятных летних микроклиматических условий в помещениях [3].

Температура — наиболее характерная и наиболее существенная черта микроклимата помещений. Температура внутреннего воздуха в летнее время зависит в основном от количества тепла, вносимого инсоляцией через светопроемы и от нагретых в течение дня ограждающих конструкций [24].

Верхняя граница благоприятных температурных условий в помещении днём колеблется в пределах 24−26°С. Снижение относительной влажности и повышение скорости движения воздуха в дневное время, наблюдающиеся в условиях круглосуточного проветривания помещений, создают комфортные условия и при более высоких температурах (до 30−31°С) [3].

Температура воздуха внутри жилых домов города Ташкента летом достигает 33−36°С, что на 2−3,5°С выше среднесуточной наружной. В зданиях, сооружённых с отступлением от требований строительных норм и правил, возможны повышения внутренней температуры до 38−40°С [20].

Значение ограждающих конструкций с микроклиматической точки зрения заключалось в том, что они влияли на инерционные качества здания, т. е. на запаздывания внутренних теплофизических процессов по отношению к внешним. Температура внутри помещения начинает расти днем вслед за повышением температуры наружного воздуха и инсоляцией здания. Однако максимальная температура воздуха в помещениях в зависимости от теплотехнических качеств жилого дома наблюдается в 18−22 часа, а максимальная температура наружного — в 15−16 часов [3].

Таким образом, в жилых зданиях температура внутреннего воздуха в летний период превышает комфортные значения, и квартиры перегреваются.

Для решения этой проблемы обычно используют «искусственный климат помещений» в виде кондиционирования воздуха. Но не только с экономической точки зрения продиктовано довольно ограниченное применение системы кондиционирования воздуха в жилых домах. При кондиционировании создаются условия неблагоприятные для человека в физическом и психологическом отношении: имеет место очень сильный контраст между внешним климатом и кондиционируемой средой, приводящий к нарушению психического и физического равновесия организма человека.

Кроме того, исследования гигиенистов показывают, что наружный воздух, поступающий в помещение через калориферы, вентиляторы и воздуховоды, утрачивает отрицательные ионы и этим ухудшает свои биологические качества [7].

В зимний период в климатических условиях Узбекистана наблюдаются отрицательные температуры, выпадение снега, осадков и чрезмерное похолодание. Например, для Ташкента среднемесячная температура наружного воздуха в январе составляет -0,9°С, средняя температура наиболее холодной пятидневки -15°С, а наиболее холодных суток -18°С [27]. Это значит, что в зимний период необходима защита помещений и от холода.

Наиболее распространённый способ поддерживания искусственного микроклимата помещений в зимнее время — отопление, функционирующее в течение отопительного периода, что, строго говоря, обеспечивает только один параметр микроклимата — температуру внутреннего воздуха.

В настоящее время проектирование и строительство жилых зданий осуществляются согласно требований КМК [14]. Между тем, теплотехнические и микроклиматические требования КМК, основанные на минимальных гигиенических требованиях, не обеспечивают оптимальный микроклимат в помещениях. Соответственно, температурно-влажностный режим помещений, если и соответствует требованиям КМК, не является комфортным.

Обозначим требования гигиенического комфорта. В целях улучшения теплового режима жилищ расчетную зимнюю температуру воздуха в помещениях целесообразно повысить до гигиенического оптимума 21−22°С. (по КМК температура внутреннего воздуха в жилых зданиях должна составлять 20°С) При отоплении непрерывного действия (центральном) суточные колебания температуры не должны превышать ±1,5°С [23].

Важное гигиеническое значение в обеспечении теплового комфорта имеет величина горизонтальных и вертикальных перепадов температуры воздуха в помещении. Рекомендуется, чтобы температурные перепады воздуха по вертикали внутри помещения не выходили за пределы 2 °C на уровне 1,5 м от пола [23]. В этих условиях человек в обычной одежде не ощущает неравномерности температуры.

Распределение температур воздуха по вертикали зависит от многих разнородных факторов: перепада Дt=tв-tн, теплозащитной способности наружных ограждений, главным образом перекрытий, и их воздухопроницаемости; стадии нагрева или остывания помещения при периодическом отоплении; расположения отопительных приборов в плане и по вертикали; расположения помещений (на нижнем, промежуточном или верхнем этаже).

Удельный вес воздуха уменьшается с повышением температуры, так как нагретые частицы стремятся подняться вверх. Поэтому при обычных конвективных системах отопления происходит общее повышение температуры поверхности пола и потолка. Однако, их температура остается ниже температуры омывающего их воздуха. Температура от уровня пола до известной высоты повышается, но в слоях воздуха, омывающего потолок, снова падает. Сочетание теплоизоляционной способности пола и потолка влияет на характер распределения температур по вертикали. Так, повышение воздухопроницаемости нижнего перекрытия приводит к охлаждению пола и нижних слоёв воздуха.

Физиолого-гигиенические наблюдения [23] позволяют считать, что этот перепад не должен превышать 1,5−2°С при 20±1°С температуре воздуха в помещениях.

В КМК допускается перепад между температурой внутренней поверхности наружных ограждений и температурой воздуха внутри помещения в 6 °C. В США считают, что дискомфорт наблюдается уже при перепаде в 5 °C [8]. С гигиенической точки зрения необходимо, чтобы температура внутренней поверхности наружного ограждения была ниже комфортной температуры воздуха помещений не более чем на 2−3°С, а расчётный перепад температур не превышал 3 °C.

Влажность воздуха в условиях жаркого климата оказывает существенное влияние на терморегуляцию человека. При высоких температурах она затрудняет испарение влаги с кожного покрова и приводит к перегреву организма.

Общеизвестно, что сочетание высокой влажности не только с тёплым, но и с холодным воздухом неблагоприятно сказывается на тепловом состоянии и самочувствии человека [23].

Чрезмерная сухость воздуха (менее 30% относительной влажности) усиливает испарение влаги с поверхности слизистых оболочек дыхательных путей, вызывает ухудшение фильтрационной способности слизистой оболочки верхних дыхательных путей по отношению к микрофлоре и пыли.

Высокая относительная влажность, особенно при повышенной температуре, значительно ухудшает тепловое состояние человека, снижая испарения пота с поверхности кожи и, тем самым, затрудняя теплоотдачу. При очень большой относительной влажности (60% и более) испарение пота становится почти невозможным. При высокой температуре воздуха степень влажности приобретает решающее значение для теплового состояния организма.

При оптимальных комнатных температурах колебания относительной влажности в пределах 30−60% не оказывает столь значительного влияния на условия теплоотдачи и теплоощущения человека [12].

Снижение относительной влажности и повышение скорости движения воздуха в дневное время, наблюдающиеся в условиях круглосуточного проветривания помещений, создают комфортные условия и при более высоких температурах (до 30−31°С) [3].

Прямые солнечные лучи и инсоляция имеют огромное санирующее значение для жилища и необходимы для правильного развития организма человека. Но наряду с положительным влиянием на жизнь человека, солнечный свет, при определённых неблагоприятных условиях, может вызвать вредное явление перегрева, крайне отрицательно сказывающееся на здоровье и трудоспособности людей.

Из факторов, вызывающих перегрев воздушной среды, следует отметить солнечную радиацию. Благоприятные атмосферные условия при высоком стоянии солнца способствуют тому, что действительные суммы радиации составляют значительную долю возможных.

Помимо тепловых нагрузок от прямой солнечной радиации элементы зданий получают значительную долю тепла за счёт радиации, отражённой горизонтальными и вертикальными поверхностями окружающего городского ландшафта (земля, зелённые насаждения, стены домов). Это объясняется большой величиной суммарной солнечной радиации, поступающей на данные поверхности и высоким коэффициентом отражения этих поверхностей. Например, стены домов в Ташкенте получают до 31% дополнительной солнечной радиации, отражённой от поверхности земли [3].

Зона неблагоприятного влияния отражённой от стены радиации на человека составляет от 6 м (южная ориентация) до 15 м (западная ориентация).

Ветер играет немаловажную роль в формировании микроклимата помещений.

В зависимости от температуры воздуха и скорости движения, ветер может быть полезен или вреден для здоровья человека. При температуре 28−33°С и скорости 1−4 м/с ветер снижает неблагоприятные воздействия температуры, проветривание улучшает микроклимат. При более высоких температурах, особенно при относительной влажности воздуха менее 25% и скорости более 4 м/с, ветер не даёт облегчения. Если же рассматривать его при более высоких скоростях, он становится вредным для здоровья человека [24].

В городе Ташкенте ветровой режим в ночные часы недостаточно интенсивен: скорость ветра в июле менее 1,5 м/с, что снижает эффективность ночного охлаждения жилища [3].

В зимнее же время охлаждение помещений зависит не только от действия низких температур наружного воздуха, но и в значительной степени от скорости зимних ветров. Наиболее интенсивное охлаждение происходит при большой скорости ветра и низком качестве изготовления окон и балконных дверей, неудовлетворительном теплотехническом качестве наружных стеновых панелей. Причем температура наружного воздуха меньше влияет на охлаждение, чем ветер.

При характерном ветровом режиме Узбекистана объёмно-планировочная и композиционная организация жилой среды должна обеспечивать условия для ускоренного охлаждения жилища и территории застройки, ограждающих конструкций различных сооружений, улучшать условия теплообмена человека со средой.

С гигиенической точки зрения в жилых домах должна быть заложена схема проветривания помещений, обеспечивающая требуемую подвижность воздуха. Наиболее благоприятные условия для проветривания помещения создаются в двухсторонних квартирах со сквозной схемой проветривания. Сквозное проветривание способствуют увеличению средних скоростей движения воздуха в помещениях при открытых проёмах в 4−5 раз по сравнению боковым проветриванием в односторонних квартирах. В прохладное время суток помещения быстрее охлаждаются, улучшается теплоотдача организма конвекцией и испарением.

Загрязнённость атмосферы частицами песка и пыли неблагоприятна для дыхательных путей человека, а также вызывает загрязнение помещений.

Таким образом оптимальными параметрами воздушной среды в жилых зданиях, расположенных на территории Республики Узбекистан являются: внутренняя температура t_В=20−23⁰С, относительная влажность ц=30−45% и температурный перепад между внутренним воздухом и внутренней поверхностью стены равной Дt_В =4⁰С.