Воздушный режим
В тесной связи с тепловым режимом жилища находится обеспечение чистоты воздушной его среды. Что загрязняет и ухудшает воздух в нашем жилище?
Во-первых, физиологические процессы обмена человека: выделение с выдыхаемым воздухом углекислого газа (С02) -и бактериального аэрозоля, а с поверхности кожи - различных органических веществ. Летучие продукты их распада постепенно накапливаются в помещении.
Во-вторых, при использовании бытовых устройств, например, газовых и отопительных установок и приборов, изменяются физические свойства воздуха (температура, относительная влажность). Воздух жилища загрязняется продуктами неполного сгорания газа и твердого топлива (окисью углерода, сернистым газом и т. д.). Уровень такого загрязнения зачастую превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК) для атмосферного воздуха, особенно при неэффективной вентиляции и несовершенных газовых приборах. Наличие в жилище таких высокотоксичных газов, как сернистый, совершенно недопустимо. Однако в современных газифицированных квартирах он иногда встречается не только в кухнях, но и в жилых помещениях и даже в периоды, когда жители газом не пользуются.
В-третьих, неприятные запахи, связанные с процессами жизнедеятельности человека и бытовыми процессами, выделения вредностей изготовленными по несовершенной технологии пластмассами и продуктами распада органической пыли на отопительных приборах (радиаторах и др.) вызывают неблагоприятные физиологические реакции организма человека, отрицательно влияют на его эмоциональное состояние и деятельность внутренних органов.
В-четвертых, в комнатной пыли месяцами сохраняют свою жизнеспособность микроорганизмы, в том числе возбудители воздушнокапельных инфекций. Поэтому надежная вентиляция и аэрация жилища имеют важное значение в предупреждении распространения ряда инфекций (грипп, корь и др.). Установлено также, что грибки комнатной пыли вызывают аллергические реакции организма.
Наконец, в загрязненном и недостаточно вентилируемом помещении резко ухудшается ионный состав воздуха, что также неблагоприятно сказывается на общем состоянии и самочувствии человека.
Основной показатель, характеризующий загрязнение воздуха в жилище, - количество углекислого газа (СО2) в воздухе жилых помещений. Расчеты показывают, что при предельно допустимой концентрации С02 (0,1% или 1 л/м3 воздуха) должен быть обеспечен воздухообмен не менее 30 м3/ч на человека. При комфортных условиях объем свежего воздуха, подаваемого в жилые комнаты, должен составлять 60 м3/ч на человека, но не менее 40 м3. В этих условиях обеспечивается должная чистота воздуха, улучшается его ионный состав (количество легких ионов увеличивается, а тяжелых уменьшается), резко уменьшается количество пыли и микробов. Близки к указанным рекомендации и зарубежных исследователей. Так, по данным французского исследовательского центра по строительству, воздухообмен должен составлять не менее 30—45 м3/ч на человека.
Воздушный режим, т. е. состояние воздушной среды, в которой протекает основная жизнедеятельность человека, определяется общим процессом воздухообмена между всеми помещениями здания и внешней средой. Эффективность вентиляционных устройств в значительной мере предопределяет воздушный режим в жилых помещениях. В жилищном строительстве европейских стран предусмотрены различные нормы воздухообмена и самые разнообразные системы вентиляции с естественным и механическим побуждением (табл. 5).
Из данных таблицы видно, что требования к воздухообмену в разных странах весьма различны. На сегодня еще нет общепринятых для различных стран гигиенических нормативов.
достаточным для квартиры с жилой площадью до 47м2. В квартирах в четыре и более комнат, не имеющих сквозного или углового проветривания, должна быть предусмотрена естественная вытяжная вентиляция непосредственно из жилых комнат, не смежных с санитарными узлами и кухней. При норме заселения 9 - 10 м2 жилой площади воздухообмен на одного человека должен составлять 27 - 30 м3/ч, что минимально допустимо по гигиеническим требованиям, исходя из условий необходимого газообмена человека с окружающей средой.
Вытяжка из санитарно-кухонного узла вызвана необходимостью локализовать вредности у источника интенсивного их выделения и, самое главное, при оборудовании кухонь газовыми плитами исключить распространение продуктов сгорания газа в жилые помещения. Вместе с тем, как мы уже говорили, человек сам - источник загрязнения воздуха (табл. 6). Данные приведены при температуре 0°С и давлении - 760 мм рт. ст.
Сухая часть выдыхаемого человеком воздуха имеет объемный вес больше атмосферного, но, благодаря содержанию водяных паров и более высокой температуре, выдыхаемый воздух становится легче воздуха в помещении и увлекает вредности в верхнюю зону. Вредности, выделяемые при приготовлении пищи, также сосредоточиваются в верхней зоне кухни, поэтому вытяжные вентиляционные решетки устанавливают в верхней зоне помещений (под потолком). При небольшой высоте помещений скопление вредностей в верхней их зоне может привести к тому, что человек будет дышать загрязненным воздухом. На этом частично основано требование гигиенистов о минимальной высоте .помещений в 2,5 м.
В жилые помещения должен поступать свежий воздух, чтобы поглотить имеющиеся в них вредности (продукты жизнедеятельности) и избыточные, тепловыделения (от электроприборов, солнечной инсоляции и др.). К сожалению, пока нет возможности повсеместно устроить приточную вентиляцию с организованной подачей свежего воздуха в жилые помещения.
Централизованная механическая приточная вентиляция с подогревом и увлажнением наружного воздуха требует дополнительных площадей для устройства воздухозаборов, приточных камер и прокладки приточных каналов, осложняет конструктивное решение строительной части здания, увеличивает потребность в дефицитном оборудовании (вентиляторы, калориферы, фильтры, увлажнители, электродвигатели), существенно повышает эксплуатационные расходы на подогрев и увлажнение приточного наружного воздуха. Поэтому механическую приточную вентиляцию в жилых зданиях высотой в три этажа и более пока устраивают только в суровых климатических условиях Сибири и побережья Ледовитого океана, Берингова и Охотского морей (в IA, 1Б и 1Г климатических подрайонах), где люди большую часть года проводят в закрытых помещениях, ограждающие конструкции которых предельно уплотнены.
Приточно-вытяжная вентиляция с механическим побуждением обеспечивает предусмотренный нормами воздухообмен в течение всего отопительного периода. Сложнее выдержать нормативные требования воздухообмена в жилых домах, оборудованных только системой вытяжной вентиляции с естественным побуждением: она действует лишь в том случае, если объем извлекаемого воздуха компенсируется подачей соответствующего количества приточного воздуха. При отсутствии организованного притока воздуха он поступает в помещения через притворы окон и балконные двери, неплотности стыков панелей наружных стен и частично путем фильтрации через поры и капилляры ограждающих конструкций. Недостающая часть воздуха компенсируется эпизодическим открыванием форточек, створок окон или специальных клапанов, устраиваемых в стенах или под окном за нагревательным прибором.
Интенсивность воздухообмена в здании определяется внешними воздействиями, которые зависят от разности температур наружного и внутреннего воздуха, направления и скорости ветра. Поэтому наружные ограждения помещений, расположенных на разных этажах или по-разному ориентированных к направлению ветра, будут испытывать различные внешние воздействия. Это вызовет изменение перепада давлений между наружной и внутренней средой ∆Р - движущей силы фильтрации воздуха через наружные и внутренние ограждающие конструкции — и работы системы вытяжной вентиляции с естественным побуждением. Мы видим, что она не может быть устойчивой во времени из-за резко меняющихся перепадов давлений не только в различные периоды года, но и в течение суток.
В малоэтажных домах, вследствие относительно небольших перепадов давлений, действующих на здание, недостатки работы вытяжных систем вентиляции с естественным побуждением не вызывали особой озабоченности. В малоэтажных домах вытяжные вентиляционные каналы из каждой квартиры можно было вывести непосредственно в атмосферу, а количество воздуха, мигрирующего через внутренние ограждения и перетекающего по лестничной клетке из нижних этажей в верхние, было невелико.
Недостатки систем естественной вытяжной вентиляции проявились в полной мере в зданиях повышенной этажности. Возникли трудности в конструктивном «оформлении» вентиляционных систем. Вытяжные каналы от каждой квартиры нельзя было вывести непосредственно в атмосферу, так как это отняло бы очень большую площадь и увеличило трудоемкость устройства вентиляционных систем. Поэтому и появились схемы с общим вытяжным каналом, в который вливались индивидуальные каналы-спутники (высотой не менее одного этажа) от квартир, расположенных на различных этажах. Такие конструктивные решения, оформленные в виде специальных железобетонных вентиляционных блоков, дали возможность существенно уменьшить габариты
вентиляционных устройств, но не повысили их эффективности.
В зданиях повышенной этажности существуют дополнительные пути миграции воздуха из нижних этажей в верхние - через лифты, мусоропроводы, шахты для дымоудаления и прокладки инженерных коммуникаций. В результате увеличилось количество воздуха, перетекающего в верхние этажи (рис. 5). Возникла необходимость изучения и оценки всех этих процессов, так как изменились величины давлений, вызываемых воздействием ветра, усиливающегося по высоте зданий, и гравитационных сил, также пропорциональных высоте здания.
Давление на какой-либо элемент здания (наружную стену, окно, дверь), расположенный на любой высоте, определяется по формуле:
ций) рассматривают только Основные пути миграции воздуха - окна и балконные двери, входные двери в здание и квартиры, двери лифтовых шахт, тамбуров и коридоров, вентиляционные каналы. В результате расчета определяют количество воздуха, фильтрующегося через окна и двери, извлекаемого через вытяжные вентиляционные каналы, а также перетекающего из нижних этажей в верхние.
В многоэтажных домах значительно ухудшается качество воздуха в квартирах верхних этажей. Вследствие недостаточной герметизации они «питаются» воздухом, «отработавшим» в нижних этажах и содержащим повышенное количество продуктов жизнедеятельности человека. В квартирах нижних этажей наблюдается чрезмерная инфильтрация наружного воздуха (при недостаточном уплотнении притворов окон), а в верхних этажах подчас наоборот - эксфильтрация. В последнем случае вытяжная вентиляция верхних этажей полностью извлекает воздух, побывавший в нижних этажах. Это явление особенно неприятно в газифицированных зданиях, когда в воздухе кухни при работе газовых плит содержится повышенное количество окиси углерода и других продуктов сгорания газа.
Количественную неравномерность воздухообмена на различных этажах покажем на примере 16-зтажного жилого дома. В нем сопротивление вытяжных вентиляционных каналов подобрано так, чтобы при расчетных условиях (tН=+5°С и открытых окнах) из квартир, расположенных на всех этажах, извлекалось по 140 м3/ч воздуха (или G=168 кг/ч). При закрытых окнах воздухообмен меняется в зависимости от уплотнения притворов окон и дверей, а также наружной температуры. В табл. 8 приведены результаты расчета воздухообмена при воздействии на здание только гравитационного давления (vн = 0 м/сек) и учете сопротивления основных путей миграции воздуха окон, дверей и каналов вытяжной вентиляции.
Отметим, что фактический воздухообмен может значительно отличаться от результатов расчета из-за существенного влияния ветра и фильтрации воздуха через неплотности внутренних ограждающих конструкций (стен, перекрытий, перегородок и др.). Их сопротивление воздухопроницаемости не нормируется, а количество проникающего через них воздуха порой бывает большим. Переменный воздухообмен вызывает изменение температуры и подвижности воздуха в помещении, т. е. приводит к дискомфортным условиям. Их следствие подчас - простудные заболевания. Влияние на воздухообмен воздухопроницаемости внутренних конструкций подтверждено натурными исследованиями, проведенными ЦНИИЭП инженерного оборудования. При полностью заклеенных окнах и входной двери в квартиру объем воздуха, извлекаемого через каналы кухни и санитарного узла, достиг 62 м3/ч. Инфильтрация через окна при исключении из воздухообмена входной двери в квартиру и вытяжных вентиляционных каналов составляет 65 м3/ч.
При значительных скоростях ветра на воздухообмен в здании может повлиять «поперечная» фильтрация - воздух из квартир, расположенных на наветренном фасаде, перетекает в квартиры, обращенные на заветренный фасад. Величина поперечной фильтрации также зависит от сопротивления воздухопроницанию внутренних ограждающих конструкций. Таким образом, стабилизации воздухообмена в зданиях повышенной этажности можно достичь только при надежной герметизации не только наружных, но и внутренних ограждающих конструкций. Однако при значительном уплотнении наружных ограждений инфильтрация наружного воздуха сведется к минимуму, а чтобы восполнить объем воздуха, извлекаемого вытяжной вентиляцией, потребуются специальные регулируемые устройства для децентрализованной подачи свежего наружного воздуха.
Средства герметизации внутренних ограждающих конструкций необходимы, чтобы удовлетворить нормативные требования звукоизоляции, а также предотвратить распространение инфекционных заболеваний.
Системы вентиляции с естественным побуждением совершенствуются по нескольким направлениям:
- создание устройств для децентрализованной подачи наружного воздуха в жилые помещения с учетом климатических особенностей;
- конструирование вытяжных устройств (решеток, клапанов), с монтажной и бытовой регулировкой количества извлекаемого воздуха;
- конструирование усовершенствованных вентиляционных блоков (сборных каналов со «спутниками») для зданий повышенной этажности;
- зонирование вытяжных систем по высоте зданий; улучшение конструктивных решений выпуска воздуха из здания;
- увеличение и стабилизация действующих давлений; повышение нормативных требований. Чтобы уменьшить перетекание загрязненного воздуха из квартир нижних этажей в верхние, в зданиях повышенной этажности пробовали подавать подогретый наружный воздух в лестничную клетку. Но поскольку воздух в лестничной клетке сильно загрязнен, в квартиры верхних этажей из-за уменьшившейся инфильтрации наружного воздуха стал поступать загрязненный воздух лестничной клетки. Расход тепла на нагрев воздуха, подаваемого в лестничную клетку, достигал 30% от общего расхода тепла на отопление здания. Таким образом, этот прием оказался не только неэкономичным, но и малоэффективным с точки зрения улучшения воздушного режима здания.
Весьма перспективным представляется способ удаления воздуха через «теплый» чердак (предложенный МНИИТЭП). Он исключает множество вентиляционных шахт, находящихся на кровле и осложняющих конструктивное решение покрытия здания. Ведь большой периметр «заделок» кровельного ковра - основной источник протечек в верхних этажах. По новому способу через теплый чердак проходит одна вытяжная шахта на секцию здания. Высота ее - порядка 6 м от уровня чердачного перекрытия — способствует увеличению действующего давления в системе вытяжной вентиляции с естественным побуждением, в результате чего работа системы становится более устойчивой. Утепление покрытия чердака уменьшается, так как чердак «отапливается» воздухом, удаляемым из здания, и температура на внутренней поверхности покрытия близка к точке росы. В летнее время благодаря интенсивному прогреву покрытия, температура на чердаке значительно выше, чем в помещениях, и возникшая разность давлений поддерживает работу вытяжных каналов. В настоящее время проводятся натурные обследования многочисленных объектов с «теплыми» чердаками. По-видимому, этот способ вентиляции с естественным побуждением найдет широкое применение в жилых домах высотой в девять и более этажей.
Повышение герметичности внутренних ограждающих конструкций, разработка способов регулируемой децентрализованной подачи наружного воздуха в жилые помещения, организация промышленного выпуска регулируемых вытяжных вентиляционных решеток (клапанов), устройство «теплых» чердаков - все это даст возможность полностью использовать достоинства вытяжных систем вентиляции с естественным побуждением (бесшумность, постоянство действия, экономичность).