Тепловой режим

Наш организм постоянно отдает тепло во внешнюю среду. Каждый час взрослый человек выделяет столько тепла, сколько было бы достаточно, чтобы довести до кипения литр воды.

«Жарко» - это значит, что окружающая среда не может достаточно активно поглощать вырабатываемое человеческим организмом тепло. «Холодно» - значит среда способна поглощать тепла больше, и организму приходится напрягаться, чтобы восполнить возросшую отдачу тепла. Знакомая всем при ощущении холода дрожь - не что иное, как работа мускулатуры, в результате которой выделяется тепло (иногда в 3 - 4 раза больше, чем в спокойном состоянии организма).

Как человек отдает тепло в окружающую среду? Каковы пути теплоотдачи? Здесь существуют чисто физические закономерности. Воздух холоднее тела, и тепло от тела передается окружающему воздуху путем конвекции.

В легких тапочках с «теплого» деревянного пола человек ступает на «холодный» - каменный. Ощущение усиленной теплоотдачи он почувствовал сразу: стопам стало холодно. Причина - больший коэффициент теплоусвоения каменного пола по сравнению с деревянным, в результате большая передача тепла от ног полу в единицу времени. Причем, чем больше теплоемкость материала и глаже поверхность предмета, с которой соприкасается тело, тем холоднее кажется предмет: ведь у гладкой поверхности больше точек соприкосновения с телом, чем у шероховатой. Это обстоятельство делает гладкий каменный пол еще более холодным, чем шероховатый деревянный. В странах, где лето очень жаркое, а зима мягкая (Греция), часть комнат в квартире имеет каменные полы, а если зимы вовсе нет (Шри Ланка), во всей квартире предпочитают не деревянные, а каменные, мраморные или бетонные полы. В умеренных и северных широтах полы устраивают только «теплые» - деревянные и др. Рассмотренный способ передачи тепла при непосредственном контакте двух тел называют кондукцией.

Если в теплой комнате позади человека (на расстоянии 1 - 2 м) без предупреждения поместить большой плоский сосуд с циркулирующей холодной водой, то через 10 мин человек поежится, а через 30 мин встанет, не выдержав ощущения холода. При этом температура в комнате может быть по-прежнему высокой ( + 22° или даже +24°). Теплоотдача осуществилась в виде тепловых лучей, для которых воздух и кожа человека «прозрачны», как оконное стекло для световых лучей. Явление излучения тепла на холодную поверхность можно наблюдать зимой: человеку холодно у окна, хотя оно хорошо оклеено и уплотнено. Лучистая передача тепла от более нагретого тела (поверхности) к менее нагретому (через окружающую среду) называется радиацией, или излучением.

Некоторое количество тепла организм человека отдает при дыхании и испарении влаги с поверхности кожи. При дыхании происходит дополнительный теплообмен, так как развернутая поверхность легких человека (120 м²) значительно превосходит поверхность кожи (~ 2 м²), через которую осуществляется основной теплообмен.

Если человек находится в помещении с высокой температурой и достаточно сухим воздухом, обильно выделяемая через потовые железы влага легко испаряется. С потом человек отдает много тепла и поэтому чувствует себя в жарком помещении нормально. Ведь на превращение в пар 1 г воды при температуре тела требуется затратить около 600 кал. тепла. Особенно приятно, когда легкий ветерок помогает испарению, тем самым усиливая охлаждение.

В помещении с той же высокой температурой, но высокой относительной влажностью испарение влаги с кожи человека сильно затрудняется. Известно ощущение духоты в оранжерее или в банном помещении. Оказывается, что при высокой температуре и большой относительной влажности воздуха человек теряет возможность отдавать избыток тепла через один из наиболее мощных путей - испарение пота. Поэтому человек легче переносит большую жару при сухом воздухе, чем меньшую - при насыщенном влагой. В этих условиях только ветер (движение воздуха) может облегчить теплоотдачу. Если ветра нет, пот ручьями будет стекать по телу, не принося облегчения.

Отдача тепла организмом через потовыделение и дыхание происходит путем испарения.

Итак, конвекция, кондукция, радиация и испарение - «каналы», по которым (человек отдает тепло в окружающую среду.

Замечательная способность организма человека - перестраиваться в соответствии с изменениями окружающей среды. Когда нам холодно, мы уменьшаем поверхность теплоотдачи - съеживаемся (у нас появляется «гусиная кожа»), прижимаем конечности к телу; зимой мы потребляем более калорийную пищу. Когда жарко, - стараемся увеличить поверхность теплоотдачи; уменьшаем калорийность пищи. Организм человека может изменять, в зависимости от обстановки, количество тепла, отдаваемого по тому или другому «каналу». В благоприятных условиях он обычно отдает испарением около 30% тепла, а благодаря конвекции и радиации - около 56%. В условиях переохлаждения увеличивается теплопродукция организма; в условиях перегрева - усиливается потоотделение. Способность организма перестраиваться в соответствии с «тепловой обстановкой» называется терморегуляцией.

Большую роль в регулировании процессов теплоотдачи играет центральная нервная система и, в частности, кора больших полушарий головного мозга. В гигиенических целях надо стремиться к созданию в жилище теплового комфорта, т. е. условий, обеспечивающих человеку «высшее уравновешивание» с внешней средой (И. П. Павлов).

Тепловой комфорт - это такое физиологическое состояние, при котором центральная нервная система получает наименьшее количество внешних раздражений, свидетельствующих об изменениях окружающей среды, а механизмы терморегуляции (сосудистая система, потоотделение и др.) испытывают наименьшее напряжение. При этом осуществление всех остальных физиологических функций благоприятствует отдыху и восстановлению сил организма. При определении благоприятных параметров теплового режима жилища необходимо учитывать решающее влияние климатических условий на микроклимат и типологию жилища. Дело в том, что в процессе естественной эволюции и акклиматизации у человека вырабатывается определенная «настройка» терморегуляторного аппарата на климатические условия. Это сказывается и на общем обмене веществ, и на характере теплообмена.

Таблица 1

Гигиенические требования к тепловому режиму жилых помещений в различных климатических районах (по рекомендациям Киевского НИИ общей и коммунальной гигиены)

Имеет значение также характер и режим питания, различия в одежде. Поэтому и параметры теплового комфорта должны быть различными в разных климатических районах и в разные сезоны года (табл. 1).

Из приведенных данных следует, что тот или иной тип жилища, его архитектурно-планировочное решение и инженерное оборудование определяются прежде всего природно-климатическими особенностями района строительства.

Вполне обоснованы также гигиенические рекомендации по дифференцированному нормированию и регулированию температуры жилища в разные периоды суток. Очень существенно, что во время сна ослабляется способность к терморегуляции, сглаживаются различия в температуре глубоких и поверхностных тканей организма. Сон в условиях даже небольшого перегрева протекает беспокойно, в то же время умеренно низкая температура при хорошей теплоизоляции кожной поверхности углубляет сон. Последнее особенно важно для здорового сна детей и людей преклонного возраста. В трудах различных авторов содержатся гигиенические рекомендации комфортного теплового режима жилища при конвективном его обогреве зимой. Таблица 2 представляет собой пример таких -рекомендации.

Таблица 2

Гигиенические требования к тепловому режиму жилища в зависимости от возрастной группы (по рекомендациям Киевского НИИ общей и коммунальной гигиены)

Рекомендуемые параметры температуры воздуха укладываются в диапазон температур 16 -25°С, при котором энергетические затраты человека минимальны. Однако наблюдаются определенные отклонения, которые объясняются различием в климате. Они находят отражение не только в приведенных выше рекомендациях врачей-гигиенистов, но и IB официальных нормативных документах. Для примера приведем нормативы комнатных температур зимой в разных странах:

Россия в районах с умеренным климатом 18°С, в северных районах 20°С;

Польша 18 -20°С (ночью на 1 - 1,5° ниже);

Чехия 18°С;

Венгрия 20°С (общая комната);

Швеция 18 -22°С (ночью минимум 18°С);

Норвегия 20°С;

Англия 21-22°С;

Нидерланды 20-22°С (общая комната 17-18°С; спальни и кухни 15-18°С);

Франция 18°С;

ФРГ 18-20°С;

США 22°С (общая комната);

Швейцария 18-20°С (ночью 16°С).

Общеизвестно, что сочетание высокой влажности не только с теплым, но и с холодным воздухом неблагоприятно сказывается на самочувствии человека. Чрезмерная сухость воздуха (менее 30% относительной влажности) усиливает испарение влаги с поверхности слизистых оболочек дыхательных путей, вызывает неприятные ощущения и может привести к трещинам слизистой оболочки и кровотечению из мелких сосудов. Высокая относительная влажность, особенно при высокой температуре, может существенно ухудшить тепловое состояние человека, снижая эффективность испарения пота и тем самым затрудняя теплоотдачу. В жилище колебания относительной влажности не должны выходить за пределы 30 - 60%. При оптимальных комнатных температурах колебания относительной влажности в таких пределах не оказывают заметного влияния на теплоотдачу и теплоощущение человека. Оптимальной считается 45% относительной влажности.

Движение воздуха облегчает отдачу тепла путем испарения, способствуя охлаждению тела. В неподвижном воздухе сосудистые реакции на термические раздражители становятся инертными. Такой воздух неблагоприятно влияет на общий обмен и тепловое состояние организма, вызывает ощущение «подавленности», утомления, общего плохого самочувствия. Установлено, что тепловое ощущение у человека меняется уже при скоростях движения воздуха порядка 0,05 - 0,07 м/с.

Для создания в помещении теплового комфорта большое гигиеническое значение имеют величины перепадов температуры воздуха как по горизонтали, так и по вертикали (градиент температуры). Большинство специалистов считают, что температурные перепады по горизонтали и вертикали помещения не должны превышать 2 - 3°. Тогда человек, находящийся в комнате и одетый в обычную одежду, не ощущает неравномерности температуры.

Рассмотренные выше условия удовлетворяют гигиеническим требованиям, если температура внутренних поверхностей стен ненамного ниже температуры воздуха в комнате. Физиолого-гигиенические наблюдения позволяют считать, что этот перепад не должен превышать 1,5 - 2°С при оптимальных температурах воздуха в помещениях. Такое требование связано с тем, что организму человека далеко не безразлично, сколько и какими путями он отдает тепла во внешнюю среду. Если отдача организмом тепла радиацией невелика - до 45 ккал/м² • ч (0,075 кал/см²мин), возникает слабое начальное ощущение охлаждения. При теплоотдаче 50 ккал/м²'ч возникает уже ощущение «зябкости». Приведенные факты объясняют крайне неприятное ощущение человека, если температура окружающих поверхностей значительно отличается от комфортной температуры воздуха в помещении.

Рассмотрим основные факторы, определяющие тепловой комфорт в помещениях. К ним мы относим температуру внутреннего воздуха (t_B), температуру внутренних поверхностей ограждающих помещение конструкций (т_в) и скорость движения воздуха (v_B). Совокупность этих факторов и процессов их изменения, определяющих «тепловую обстановку» в помещении, будем называть тепловы.м режимом.

При благоприятных погодных условиях, близких к тепловому комфорту, мы открываем окна (открытый режим). При этом температура и влажность воздуха в помещении будет незначительно отличаться от параметров внешней среды. С изменением погодных условий - температуры, скорости ветра, интенсивности солнечной радиации, влажности воздуха — условия теплового комфорта можно поддерживать, эпизодически открывая окна (регулируемый режим), чтобы помещения не переохладились. (Определенную роль здесь играют теплозащитные качества ограждений.) При неблагоприятных внешних условиях - низкой или высокой температуре, влажности наружного воздуха роль ограждающих конструкций возрастает, а тепловой комфорт обеспечивается системами отопления или охлаждения (закрытый режим). С наступлением сильных морозов или летнего зноя здание герметизируется (герметичный режим), а комфорт в помещениях может поддерживаться установками искусственного климата (системы полного кондиционирования).

Тепловой комфорт в здании и средства его обеспечения зависят от внешних условий, так как происходит непрерывный процесс тепло-, воздухо- и влаго-обмена помещений с внешней средой. На эти процессы влияют температура (t_н) и влажность (φ_н) наружного воздуха, скорость ветра (v_н) и осадки, а также прямая, рассеянная и отраженная солнечная радиация. Кроме внешних климатических условий, на тепловой режим существенно влияет бытовое тепловыделение (приготовление пищи, горячее водоснабжение, электроприборы, люди). Внешним воздействиям противостоят системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, обеспечивающие постоянство гигиенических параметров внутреннего воздуха (рис. 1).

Приведенные в табл. 1 и 2 ориентировочные гигиенические требования показывают, что ощущения теплового комфорта зависят от возраста, физической нагрузки, состояния здоровья и других меняющихся факторов. Если учесть, что тепловые ощущения зависят еще от сочетания температуры внутренних поверхностей, ограждающих помещение, температуры, влажности и скорости движения воздуха, станет очевидным, что создание индивидуального теплового комфорта, меняющегося во времени, - сложная техническая задача.

Поскольку незначительные отклонения от оптимальных гигиенических требований без особых осложнений компенсируются механизмом терморегуляции человека, при проектировании жилых зданий исходят из допустимых гигиенических требований. Они регламентированы в строительных нормах и правилах (СНиП).

Для зимнего периода в помещениях нормами предусматривается температура воздуха t_B= + 18°, а в районах с расчетной температурой наружного воздуха t_н= -31° и ниже t_B = +20°. Температура внутренних поверхностей наружных стен τ_B может быть на 6°С, а покрытий на 4°С ниже температуры воздуха в помещении. Исходя из этих условий определяют сопротивление теплопередаче (теплозащитные свойства) наружных ограждающих конструкций по формуле:

Чтобы приблизиться к гигиеническому оптимуму, сопротивление теплопередаче стены нужно увеличить против принятого в настоящее время более чем в 2 раза, т. е. либо вдвое увеличить толщину стены и расход традиционных строительных материалов, либо применять в наружных ограждениях более эффективные строительные материалы. Над решением этой сложной технико-экономической задачи трудятся инженеры - конструкторы и экономисты. Их поиск дает положительные результаты. Установлено, что, чем эффективнее материал наружных стен, тем экономически более целесообразно увеличивать сопротивление теплопередаче. Для легких наружных ограждений, утепленных высокоэффективными теплоизоляционными материалами, с коэффициентом теплопроводности λ = 0,03 - 0,04 ккал/м·ч·град, сопротивление теплопередаче следует повысить на 60 - 70%, так как стоимость дополнительного материала окупается уменьшением мощности систем отопления и теплоснабжения и расходов тепла.

Повышение сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций дает существенный гигиенический эффект, улучшая условия теплового комфорта. Если сопротивление теплопередаче R₀^ТР увеличить на 70%, то величина ∆t^н уменьшится до 3,5°С, т. е. приблизится к гигиеническому оптимуму. Другими словами, по мере увеличения выпуска высокоэффективных утеплителей (пенопластов, поропластов, пенополиуретана) для нужд жилищного строительства условия теплового комфорта в жилых домах будут приближаться к самым строгим требованиям гигиенистов.

На тепловые ощущения находящегося в помещении человека больше всего влияют размеры и способы заполнения световых проемов. Каждый знает, как неприятно, когда дует от окон в зимнее время или нещадно греет солнце в жаркие летние дни. То, что мы воспринимаем как ощущение «дутья», можно расчленить на две составляющие: повышенную скорость холодного воздуха, проникающего через неплотности в притворах окон, н интенсивные ниспадающие потоки воздуха с холодной поверхности окна; повышенную отдачу тепла с поверхности тела человека на холодную поверхность остекления («отрицательная радиация»).

Количество проникающего (инфильтрующегося) холодного наружного воздуха зависит от разности давления между наружной и внутренней средой и размеров неплотностей в створных частях окон. В зданиях малой этажности разность давлений невелика и неплотности могут быть устранены оклейкой притворов окон бумагой или уплотнением прокладками из полушерстяного шнура, губчатой резины и др. Чтобы достигнуть удовлетворительного эффекта в зданиях повышенной этажности, приходится применять более эффективные прокладки - из пенополиуретана. Естественно, что влияние инфильтрующегося воздуха ощущается по-разному - в зависимости от температуры наружного воздуха, поэтому допустимая величина воздухопроницаемости окон (G^Tp₀) регламентируется нормами. При расчетной температуре наружного воздуха t_н = - 10°С и выше допустимая величина воздухопроницаемости окон G^Tp₀ должна быть равна 25 кг/м²·ч. Соответственно, при (от -11 до -20) - 17 кг/м²·ч; (от -21 до -30) - 13 кг/м²·ч; (от -31 до -40) - 11 кг/м²·ч; ниже -41 - 9 кг/м²·ч.

Вторая составляющая - «отрицательная радиация» зависит от разности температур тела человека (τ_ч) и внутренней поверхности остекления (τ_ок). Последняя зависит от разности температур воздуха в помещении (t_B) и наружного воздуха (t_н), а также от сопротивления теплопередаче заполнения светового проема (R_0К):

Строительными нормами предусматривается средняя температура на внутренней поверхности остекления τ_ок = +5°С. Такая температура исключает образование наледи на окнах, которая резко ухудшает и тепловой, и световой режимы помещения. Поэтому в жилых домах, предназначенных для строительства в различных климатических зонах, применяют конструкции заполнения световых проемов, соответствующие наружной расчетной температуре: до - 7° с одинарным остеклением; до - 28° с двойным остеклением в спаренных переплетах; до - 35° с двойным остеклением в раздельных переплетах; от - 36° и ниже - с тройным остеклением.

По гигиеническим требованиям температура на внутренней поверхности остекления должна находиться в пределах от+8-до-+10°C (оптимум +12°С). Конструкции окон, которые смогли бы удовлетворить этим требованиям, еще нужно создать.

Вместе с тем температуру на внутренней поверхности окон можно значительно повысить, установив в холодное время года у окон прозрачные экраны с продухами в нижней и верхней части для циркуляции внутреннего воздуха. Лучше отверстие для забора комнатного воздуха оставить только внизу (у подоконника), а воздух из пространства между окном и экраном удалять через вытяжной вентиляционный канал. Тогда «дутье» от окна исключается полностью, а температура на внутренней (обращенной в помещение) поверхности экрана будет близка к температуре воздуха в помещении. Увеличившиеся потери тепла через окно компенсируются утилизацией тепла, содержащегося в воздухе, извлекаемом вытяжной вентиляцией.

Внедрение такого конструктивного решения световых проемов в массовое строительство связано с изменением конструктивной части здания и установкой в нем системы вытяжной вентиляции с механическим побуждением. Пока намечены исследования нового конструктивного приема. Они позволят оценить его теплотехническую и экономическую эффективность в различных климатических условиях нашей страны.

Вопросы, связанные с уменьшением расхода тепла через окна, с повышением температуры на внутренней их поверхности настолько важны, что в настоящеее время ведутся исследования и проверка в экспериментальном строительстве заполнения световых проемов селективным стеклом. На его поверхность нанесена пленка из двуокиси олова, поэтому оно пропускает в помещение весь солнечный спектр, но отражает длинноволновое тепловое излучение от внутренних поверхностей ограждающих помещение конструкций. В результате теплопередачи через окна уменьшаются примерно на 15 - 20%, а общие теплопотери здания - на 7 - 10%. Кроме экономического, здесь достигается и гигиенический эффект, так как при заполнении световых проемов селективным стеклом повышается температура на внутренней поверхности окон.

Теплопотери через окна велики: 1 м² окна теряет тепла в 2,5 - 3 раза больше, чем 1 м² стены, и температура внутренней поверхности остекления - самая низкая в помещении. Поэтому размеры световых проемов оказывают решающее влияние на тепловой режим. В 1971 г. в строительные нормы введено требование: в жилых домах отношение площади световых проемов к площади пола помещения (освещаемого первым светом) должно быть не более 1:5,5 и не менее 1:8 (из условий естественного освещения).

После всего, сказанного выше, можно представить, что благоприятную «температурную обстановку» легко создать в рядовом помещении среднего этажа - у него минимальная поверхность наружных ограждений (одна наружная стена с окном) и незначительное количество инфильтрующегося воздуха. В помещениях, расположенных в торцах здания (две наружных стены с окнами), в верхнем этаже (имеющем перекрытие) или в нижнем этаже (над неотапливаемым подвалом) тепловой комфорт создать гораздо сложнее. Для помещений, расположенных в нижних этажах, действующая разность давлений ∆Р наружного и внутреннего воздуха максимальна и охлаждающий инфильтрующийся наружный воздух будет существенно влиять на температуру помещения.

Для более полной оценки влияния температуры внутреннего воздуха (t_B) и температуры внутренних поверхностей ограждающих помещение конструкций (τ_ВП) на температурную обстановку в помещении в научной литературе введено понятие температуры помещения (t_П). Температура помещения рассчитывается по формуле:

Из таблицы видно, что утепление ограждающих конструкций почти в 1,5 раза снижает теплопотери (а также расход тепла на отопление в процессе эксплуатации здания) и повышает радиационную температуру в помещении. Поэтому применение в строительстве высокоэффективных утеплителей перспективно и в экономическом, и в гигиеническом аспекте.

Необходимо повышать теплозащиту зданий не только в северных, но и в южных районах, так как борьба с перегревом помещений в летнее время - проблема не менее сложная.

Как известно, суточная динамика температуры в жилище в летнее время имеет в южных районах характерную особенность: вечером температура в комнатах еще долгое время остается высокой после того, как наружная температура уже снизилась. В дневные часы, когда под воздействием солнечной радиации здания прогреваются, температура в помещениях иногда на 8 - 10°С превышает комфортную. Длительное пребывание в таком помещении тяжело сказывается на общем состоянии человека: понижается теплопродукция, учащается дыхание, усиливается потоотделение, резко перестраивается обмен веществ, меняется водносолевой обмен и т. д. Особенно тяжело сказываются условия перегрева жилых помещений на детях и лицах пожилого возраста. Статистика показывает, что дети от 1 года до 12 лет и пожилые люди обнаруживают крайнюю чувствительность к теплу.

Исследования выявили, что в районах с сухим жар-

С помощью комплекса мероприятий можно защитить жилища южных районов от перегрева. Раньше малоэтажные дома для защиты от интенсивной солнечной радиации строили с массивными саманными или кирпичными стенами, окрашенными в белый цвет, с небольшими окнами, массивными бесчердачными покрытиями или с интенсивно проветриваемыми чердачными перекрытиями. Вокруг дома устраивали открытые веранды или сажали вьющиеся растения, чтобы защитить наружные поверхности стен от непосредственного облучения солнцем. Кроме того, зеленые насаждения покрывали тенью почти весь дом. Такое жилище имело в летнее время достаточно благоприятный тепловой режим.

С развитием индустриального многоэтажного строительства такие меры уже нельзя использовать полностью. Конструкции зданий стали более легкими, верхние этажи «оторвались» от земли и вышли из зоны благоприятного влияния зелени. Только применение широкого комплекса градостроительных, архитектурно-планировочных, строительных и конструктивных мер может смягчить неблагоприятные тепловые воздействия летнего времени.

Нормы проектирования жилых зданий для южных районов содержат ряд требований, направленных на обеспечение благоприятных условий в летнее время. Например, планировка квартир должна создать возможность сквозного или углового проветривания. Дело в том, что в знойные дни, даже при полном отсутствии ветра, на фасадах, находящихся под солнцем и в тени, создается разность давлений, достаточно мощные восходящие конвективные потоки, возникающие на облучаемых солнцем фасадах. С их помощью можно интенсифицировать воздухообмен. Эти явления пока детально не изучены, но, по-видимому, в недалеком будущем мы научимся рационально использовать их.

На рис. 2 показан план квартиры со сквозным проветриванием. Окна комнат выходят на две стороны горизонта. В такой квартире, раскрывая окна и балконные двери, можно регулировать потоки воздуха, т. е. влиять на тепловой режим помещений.

В рассматриваемой квартире имеется глубокая лоджия - открытая комната, примыкающая к кухне и передней. Такие лоджии-комнаты для юга лучше, чем широко распространенные в практике узкие балконы и лоджии, сильно прогреваемые солнцем. Глубокая лоджия хорошо затенена. С помощью легкой трансформирующейся перегородки можно, отделив заглубленную часть лоджии, организовать здесь столовую. Трансформирующиеся, передвижные перегородки и ограждения вообще дают возможность гибко регулировать тепловой режим квартиры.

При проектировании южных домов предусматривается затенение световых проемов выступающими строительными элементами (балконами, лоджиями) и специальными солнцезащитными устройствами (ставнями с жалюзийным заполнением, свертывающимися шторами, ставнями, складывающимися гармошкой, и т. п., рис. 3). Из них вполне доступны и эффективны жалюзи.

Ведется поиск более совершенных конструктивных решений наружных ограждений домов для южных районов, таких, как экранированные наружные стены, водоналивиые кровли и др.

Экранированные стены полностью исключают непосредственное облучение их поверхности. В результате в помещения поступает меньше тепла.

Водоналивные кровли уменьшают количество тепла, поступающего в здание через покрытие. В обычных водоналивных кровлях солнечные лучи почти беспрепятственно (90%) проходят через слой воды и нагревают наружную поверхность кровли. При интенсивном облучении слой воды толщиной 75 мм может нагреться до 10°С/ч. Тепло расходуется на испарение и за счет этого достигается охлаждающий эффект. Однако в летнее время приходится почти непрерывно добавлять воду, так как с 1 м² поверхности покрытия в сутки испаряется около 10 кг воды. В связи с этим заслуживает внимания предложение - устраивать наливные кровли с экраном. При наличии экрана солнечные лучи нагревают экран, его внутренняя поверхность дает длинноволновое излучение, которое отражается поверхностью воды, и вода не нагревается. Такая кровля дает больший охлаждающий эффект, а расход воды на нее резко сокращается. Экспериментальные объекты с экранированными наливными кровлями позволят выявить их экономическую эффективность и возможность внедрения в .практику.

Мы рассмотрели планировочные и .конструктивные приемы улучшающие тепловой режим помещений. Они годятся для открытого или регулируемого режимов эксплуатации здания, когда температурный фон не слишком отличается от оптимального.

При закрытом или герметизированном режимах такие средства недостаточны и для создания теплового комфорта нужны специальные инженерные устройства: системы отопления - в холодный период года; системы охлаждения или кондиционирования воздуха - в летнее время.

По действующим нормам система отопления должна обеспечить нормируемую температуру воздуха в отапливаемых помещениях вне зависимости от вида системы и типа нагревательных приборов. Вместе с тем размеры, место расположения и температура теплоотдающих поверхностей существенно влияют на тепловой режим и конфигурацию зон теплового комфорта и дискомфорта (перегрева или переохлаждения) в помещении.

Расчеты радиационных температур для среднего помещения при различных способах обогрева показывают, что зоны теплового комфорта меняются в зависимости от расположения в помещении теплоотдающих поверхностей.

На рис. 4 показаны ориентировочные границы зон комфорта в помещении: при расположении под окнами радиаторов (I) и конвекторов (II); при размещении нагревательных элементов по периметру внутренних поперечных стен (Ш), в междуэтажных перекрытиях (IV) и в наружной стеновой панели (V). Кривые I, II, III, IV ограничивают зоны с t_R<17,3°C (недогрев), кривая V - перегрев (t_R >20,3°C). Таким образом, расчеты и натурные гигиенические исследования (проведенные кандидатом медицинских наук Д. И. Исмаиловой) показывают, что системы панельно-лучистого отопления создают более благоприятные условия для теплового комфорта.

Казалось бы, что можно повсеместно достигнуть теплового комфорта, широко применяя в жилых домах системы параллельно-лучистого отопления. Однако на выбор системы отопления влияют самые различные факторы: конструктивно-планировочная схема здания, тип наружных и внутренних ограждающих конструкций, требования, связанные с повышением уровня индустриализации строительства и снижением металлоемкости, экономика и материальная обеспеченность конкретной стройки.

Повышенный интерес к системам панельно-лучистого отопления возник в связи с развитием массового крупнопанельного и крупноблочного строительства. С монтажом зданий из крупноразмерных элементов сроки строительства резко сократились и темпы монтажа традиционных систем радиаторного отопления отставали от темпов возведения самих зданий. Вместе с тем широкое применение в массовом строительстве железобетонных изделий открыло возможность совмещения нагревательных элементов систем отопления с ограждающими конструкциями, изготовляемыми на заводах. В результате существенно снизились трудозатраты на монтаж систем отопления на строительной площадке. Таким образом, наиболее индустриальны.такие схемы систем отопления, которые органически вписываются в конструктивную схему здания.

Системы панельно-лучистого отопления, в зависимости от места расположения нагревательных элементов, могут удовлетворить разнообразным требованиям, предъявляемым к тепловому режиму отапливаемых помещений. Например, системы панельного отопления с размещением нагревательных элементов в бетонном слое наружных стеновых панелей целесообразны в жилых домах, которые будут строить в суровых климатических условиях, так как они обеспечивают в помещении максимальную зону теплового комфорта. Системы потолочно-напольного отопления, в которых нагревательные элементы размещаются в междуэтажных перекрытиях, наиболее целесообразны в южных районах с сухим климатом: в зимнее время они могут быть использованы для отопления, в летнее - для эффективного радиационного охлаждения. В южных районах с влажным климатом в летнее время приходится использовать установки кондиционирования воздуха. В связи с высокой стоимостью в жилых домах централизованного кондиционирования, в жарком климате, наряду с системой отопления, предусматривают возможность установки комнатных кондиционеров, обеспечивающих в летнее время необходимый тепловой комфорт.

Тепловой режим обеспечивается сочетанием планировочных и конструктивных решений самих зданий, теплозащитными свойствами наружных ограждающих конструкций и системами отопления, охлаждения и кондиционирования воздуха.

Экономия топлива на отопление и улучшение теплового комфорта в жилых домах - обе эти задачи решаются последовательным увеличением теплозащиты ограждающих конструкций, совершенствованием систем отопления-охлаждения и внедрением автоматической подачи тепла в помещения. Автоматизация теплоподачи позволяет менять температурную обстановку в помещениях в зависимости от потребностей человека (выполняемой работы, возраста, состояния здоровья) при минимальных затратах тепловой энергии. Автоматизация теплоподачи имеет не только гигиеническое, но и экономическое значение, ибо при эксплуатации систем отопления, не имеющих средств для местного и индивидуального регулирования, бесполезно расходуется значительное количество топлива.

Систематическими натурными обследованиями теплового режима жилых домов в различных климатических зонах страны установлено, что более 50% помещений имеет зимой внутреннюю температуру выше нормативной (22 - 26°С). Если учесть, что повышение внутренней температуры на 1°С вызывает увеличение расхода тепла на ~ 4%, то отсутствие автоматизации теплоподачи увеличивает бесполезный расход тепла на 10 - 12%- Кроме того, отсутствие автоматизации теплоподачи не дает возможности использовать бытовые тепловыделения (приготовление пищи, стирка, горячее водоснабжение, бытовые электрические приборы), а также инсоляцию.

При решении вопросов автоматизации теплоподачи возникает ряд трудностей, связанных с большой теплоемкостью зданий и систем отопления. В зданиях, обладающих большой тепловой инерцией и оснащенных теплоемкими системами водяного отопления, температура воздуха в помещениях падает незначительно даже при полном отключении нагревательных приборов. Кроме того, в зданиях, оборудованных традиционными системами отопления, рассчитанными на нормативную внутреннюю температуру, последнюю нельзя в случае необходимости повысить, так как поверхность нагревательных приборов строго ограничена.

В настоящее время ведутся поиски таких способов обогрева зданий, которые позволили бы быстро изменить температуру любого помещения по желанию находящегося в нем человека. Проведенные исследования привели к выводу, что такого эксплуатационного эффекта можно достигнуть, «расчленив» систему отопления на две части (двухкомпонентные системы отопления). Основная (фоновая) часть системы поддерживает в помещениях внутреннюю температуру порядка 15 - 16°С, а дополнительная в течение незначительного промежутка времени доводит ее до комфортной. Система фонового отопления может быть любой теплоемкости, а дополнительная система должна быть малотеплоемкой и легко регулируемой (с помощью доводчиков).

Двухкомпонентные системы могут быть различной конструкции. Возможны варианты теплоемких фоновых систем панельного отопления и безынерционных электродоводчиков (электрорадиаторов или электроконвекторов, оснащенных термостатами) или конвекторы, рассчитанные на внутреннюю температуру 15°С, с вентиляторами, быстро поднимающими температуру помещения до комфортной. Так или иначе, но двухкомпонентные системы отопления дадут возможность регулировать температуру воздуха в помещениях в широком диапазоне, доступными средствами и, кроме того, снизить расход тепла.

Для уменьшения расхода тепла на отопление можно использовать бытовые тепловыделения, тепло солнечной инсоляции, понижение внутренней температуры ночью, а также днем, когда в помещении отсутствуют люди и доводчики могут быть выключены.

В южных районах, где летом слишком жарко, также необходимо использовать инженерные средства регулирования теплового режима квартиры, т. е. искусственного охлаждения

Рассмотренные выше средства уменьшения перегрева помещений (сквозное проветривание квартир, солнцезащита окон, стен и лоджий и др.) не могут в наиболее жаркий период времени обеспечить комфортный тепловой режим.

Чтобы найти правильный путь в уменьшении перегрева жилища, в южных районах проводится гигиеническая и экономическая оценка ряда специальных средств (табл. 4).

* Снижение температуры в помещении дано в сравнении с температурой, которая устанавливается в жилищах при соблюдении естественного режима эксплуатации и которая на 2°С выше среднесуточной наружной температуры.

Из табл. 4 видно, что искусственное охлаждение весьма эффективно в гигиеническом отношении, но и стоимость его велика: стоимость 1 м² общей площади жилища увеличивается на 6% при кондиционировании воздуха и на 1,5 - 2% - при охлаждении холодной воды, пропускаемой через змеевики в бетонных панелях или через конвекторы. Из таблицы также видно, что сквозное проветривание и защита окон от солнца - весьма перспективные средства; увеличение же высоты этажа дает слабый эффект.