Категория: Экология человека

Конструктивные мероприятия, обеспечивающие нормальные физиологические условия в помещениях

Эта глава посвящена развитию предыдущих положений. Анаболический процесс человека требует на практике обеспечения различных видов покоя. Мы их рассмотрим в указанной выше последовательности: покой тепловлажностный, покой звуковой, покой зрительный, покой физический.

Чтобы подойти к рассмотрению требуемых конструктивных мероприятий, мы должны будем обратиться к различным областям науки и техники. По мере использования этих данных в нашей работе мы будем давать их краткое изложение.

Об обеспечении тепловлажностного покоя

Введение. Дополнительные сведения

Для обеспечения тепловлажностного покоя нам должны быть предварительно известны: температура наружного воздуха, относительная влажность наружного воздуха, тепловое воздействие солнечного облучения, воздействие местных ветров, тепловой режим здания.

Прежде чем дать указания или решения, отвечающие условиям тепловлажностного покоя, надо осветить некоторые вопросы нестационарной теплопередачи.

Климатические понятия о температуре наружного воздуха

Необходимо рассмотреть различные виды температур: в тени под укрытием, сухая или влажная; в тени без укрытия; наружной поверхности стены на солнце или в тени и т. д.

Не следует смешивать температуру воздуха с температурой поверхности освещенной солнцем стены: между ними такая же разница, как между температурой, указанной термометром в тени, и температурой термометра, освещенного солнцем. Мировая метеорологическая статистика учитывает только показания сухого термометра в тени под укрытием.

В некоторые времена года ночью при очень ясном небе может обнаружиться разность температур под укрытием и без укрытия.

Рис. 1. Схема, удобная для запоминания названий температур, применяемых в климатологической статистике (температуры воздуха в тени под укрытием)

Метеорологические данные относятся только к идеальной среде. Температура воздуха, окружающего здания, может отличаться от них.

Метеорологические данные должны рассматриваться как исходные; их нужно исправлять согласно особым условиям здания и местности.

Когда наводят справки по сборникам метеорологической статистики, то часто бывают дезориентированы многочисленными таблицами с однотипными названиями. Мы разработали удобный для запоминания метод, объединяющий данные о температуре, наиболее необходимые при решении технических проблем жилищного строительства. На рис. 1 приводится пример для Ле Бурже близ Парижа. Мы использовали нормализованные международные наименования температур.

Эти наименования требуют некоторых пояснительных замечаний:
— среднесуточные максимумы или минимумы данного месяца складываются из всех суточных максимумов или минимумов рассматриваемого месяца на протяжении ряда лет;
— средние месячные максимумы или минимумы данного месяца складываются только из одного максимума или минимума рассматриваемого месяца на протяжении ряда лет;
— абсолютные максимумы или минимумы данного месяца содержат только один максимум или минимум рассматриваемого месяца на протяжении ряда лет.

Чтобы быть достоверной, статистика должна охватывать большое число лет (обычно тридцатилетие) и без перерывов. При необходимости можно удовлетвориться десятилетними непрерывными наблюдениями.

По нашей температурной шкале на рис. 1 можно установить, что существует главная ось, т. е. ось среднегодовой температуры. Выше нее находятся данные о температуре самого жаркого месяца; ниже — самого холодного месяца. Там же находятся две другие вспомогательные оси: средней температуры самого жаркого и самого холодного месяца.

По разности между средней суточных максимумов и средней суточных минимумов рассматриваемого месяца получаем колебания средней суточной температуры этого месяца.

Рис. 2. Карта среднегодовых суточных температур (в тени под укрытием)

Рис. 3. Карта среднемесячных максимумов температуры июля (в тени под укрытием, горные местности исключены)

Рис. 4. Карта среднемесячных минимумов температуры января (в тени под укрытием, горные местности исключены)

Рис. 5. Карта среднесуточных колебаний температуры июля (в тени под укрытием, горные местности исключены)

Рис. 6. Карта среднесуточных колебаний температуры января (в тени под укрытием, горные местности исключены)

При исследовании теплотехнических проблем жилищного строительства регламентирующие учреждения учитывают также повторяемость температур.

Влажностные климатические факторы

Во Франции влагосодержание воздуха обычно мало меняется в течение суток. Обратное явление наблюдается в тропических областях. В Кее оно больше днем, чем ночью; в Конакри оно больше ночью, чем днем. Но во всех областях относительная влажность воздуха изменяется в течение суток в зависимости от колебаний температуры.

Чтобы оценить тепловлажностные явления в тропических областях, надо начертить на графике Каррье климограмму по способу, указанному Креспи. На рис. 13 дан пример этого чертежа для Фу-Льена в Индокитае с выводами, которые из него следуют.

Ограничиваясь только Францией, мы дадим, согласно статистике официальной метеорологической службы, следующие карты:
— средней относительной влажности воздуха в июле в 13 ч;
— средней относительной влажности воздуха в январе в 13 ч.

Влажность воздуха в данной местности зависит, с одной стороны, от господствующего ветра, а с другой, — от лесной растительности, выделяющей значительное количество водяного пара в воздух. Чем богаче лесная растительность, тем выше влажность воздуха. Но для произрастания лесной растительности в данной местности необходимо значительное количество атмосферных осадков. На рис. 16 мы даем карту годовых осадков во Франции4.

Тепловлажностные климатические соотношения

Тепловлажностные факторы зависят друг от друга. Мы только что отмечали влияние, которое оказывают на климат местности господствующий ветер, количество годовых атмосферных осадков и лесная растительность.

Для равнинных стран мы смогли установить соотношение между следующими основными факторами. При одной и той же среднегодовой температуре воздуха чем выше влажность воздуха, тем:

слабее средние суточные колебания температуры воздуха;

Рис. 7. Пример построения суточной тепловлажностной климограммы по методу Креспи (Фу-Льен, Индокитай)

Бурзон и Картон по суточному изменению метеорологических факторов в Индокитае составили для каждого месяца года графики изменения средней суточной температуры воздуха в тени под укрытием и графики относительной влажности воздуха. На рисунке приведены два графика для мая-а) среднего суточного изменения температуры воздуха; б) среднего суточного изменения относительной влажности. Вспомогательные цифры двух упомянутых выше графиков сведены в таблицу (в) Наносим на график Каррье количественные значения факторов вышеупомянутой таблицы которые” дают линию климограммы следующего рисунка (г). На этот же график наносим зону комфорта (д).

Сразу же устанавливаем, что в рассматриваемом случае для получения в Фу-Льене в мае требуемой среды в помещении необходимо осушение воздуха от 14 до 9 ч утра (вторую половину дня, вечер и всю ночь)
— ниже средняя месячных максимумов температуры воздуха самого жаркого месяца;
— выше средняя месячных минимумов температуры воздуха самого холодного месяца;
— больше влагосодержание воздуха в самый жаркий месяц. Все эти данные рассмотрены по отношению к средним указанным факторам (температура в тени под укрытием).

Не гарантируя абсолютной точности, мы могли разработать для равнинных стран всего земного шара (за исключением возвышенных зон) четыре графика корреляции исходя из двух основные факторов:
— средней годовой температуры воздуха;
— среднего суточного колебания температуры воздуха в самый жаркий месяц, а именно следующие графики:
— средних месячных максимумов температуры воздуха в самый жаркий месяц;
— среднего влагосодержания воздуха в самый жаркий месяц (в граммах на 1 кг сухого воздуха);
— средних месячных минимумов температуры воздуха в самый холодный месяц. Для этого фактора существует небольшая «зона неясности». Причем, имеется в виду, что речь идет о температуре воздуха в тени под укрытием; – средней относительной влажности воздуха в 13 ч в самый жаркий месяц.

Эти соотношения значительно упрощают исследования пригодности зданий для жилья, ограничивая число возможных решений.

Поскольку лесная растительность местности, как мы уже сказали, влияет на содержание водяного пара в воздухе, можно путем обезлесения или облесения изменить климатические условия. Такие изменения будут происходить согласно помещенным выше графикам. Это соображение важно для тропических областей. В связи с особыми условиями местности образуется местный микроклимат, что нередко встречается в этих областях.

На возвышенности, особенно там, где не может существовать лескорреляции. Средние месячные максимумы температуры самого жаркого месяца (горные местности исключены, максимальные отклонения порядка 3 °С)

Рис. 8. Карта средней относительной влажности воздуха в июле в 13 ч (в тени под укрытием, горные местности исключены)

Рис. 9. Карта средней относительной влажности воздуха в январе в 13 ч (в тени под укрытием, горные местности исключены)

Рис. 10. Карта годовых осадков во Франции в мм

Рис. 11. График корреляции. Средние месячные минимумы температуры самого холодного месяца (горные местности исключены, максимальные отклонения порядка 3 °С)

Рис. 12. График корреляции. Средняя относительная влажность самого жаркого месяца (горные местности исключены)

В таких областях необходимо специальное изучение условий местности.

О тепловом воздействии инсоляции

Тепловое воздействие инсоляции мало известно и мало оценено строителями. Солнечный спектр состоит из волн различной длины от инфракрасных до ультрафиолетовых. На рис. 21 мы даем распределение лучистой энергии в солнечном спектре для волн различной длины. Тепловая энергия содержится в основном в инфракрасной (невидимой) и в красной части спектра.

Солнечное излучение проходит через атмосферу, не нагревая ееТолько падая на непрозрачный экран, лучистая энергия превращается в тепло. В районе Франции в середине лета на поверхности земли эта энергия достигает порядка 1 кет -ч на 1 м2.

Лучи, падая на любую поверхность, превращаются в тепло неполностью. Часть излучения отражается. Другая часть поглощается верхним слоем поверхности тем больше, чем более шероховата и темна эта поверхность, и превращается в тепло. Облученный верхний слой нагревается тем больше, чем менее теплопроницаемо ограждение. Часть поглощенного тепла возвращается в воздух путем излучения и конвекции. Эффект конвекции тем больше, чем подвижнее соприкасающийся с поверхностью воздух. Только часть тепла, как правило, малая, проникает сквозь ограждение и влияет на температуру воздуха помещения.

Солнечная энергия изменяется в зависимости от широты места, времени года и часа дня. Количество прямой радиации, полученной горизонтальной поверхностью, тем больше, чем ближе к прямому угол падения луча. Таким образом, для данного места необходимо знать суточный ход солнца. На рис. 14 даны графики хода солнца через каждые 10° северной широты для четырех времен года: зимнее солнцестояние, равноденствие, летнее солнцестояние (21 декабря, 21 марта и 21 сентября, 21 июня). Отметим, что 21 июня для наших областей — не самый жаркий день в году, такие дни выпадают на середину июля.

Рис. 13. Распределение лучистой энергии в солнечном спектре

Рис. 14. Графики хода солнца для различных северных широт. Азимут и высота солнца

Рис. 15. Пример построения тени, отбрасываемой зданием (40° северной широты, равноденствие, 14 ч, высота солнца 42°, ctg 42°= 1,11, длина отбрасываемой тени для высоты 10 м)

Проекция на горизонтальную плоскость пересечения солнечного луча, проходящего через центр полушария, с полусферой. Цифры над кривой указывают среднее солнечное (а не декретное) время. Цифры под кривой указывают высоту солнца над горизонтом для соответствующего времени. Углы азимута находят графически.

На графиках рис. 14 цифры над кривой указывают часы дня (истинное, а не декретное время). Цифры под кривой указывают высоту солнца в градусах над горизонтом. Азимуты солнца для различных часов могут быть найдены графически на фигурах.

Иногда необходимо знать, отбрасывают ли соседние здания тень друг на друга. На рис. 15 дан пример плана тени, отброшенной зданием для данного места, для определенного сезона и часа дня

Чем измеряется солнечная энергия? Различные авторы предлагают разные решения. Марбутен исчисляет ее только в относительных величинах. Другие устанавливают ее в килокалориях, например Аллюэн для Ниццы2.

Мы использовали фиктивные температуры воздуха при применении методов нестационарной теплопередачи. Речь идет о температуре воздуха, которая вызвала бы такое же нагревание верхнего слоя ограждения, как и инсоляция (некоторые авторы называют этот фактор температурой «воздух — солнце»).

Мы использовали наблюдения Варлана, согласно которым все материалы конструкций могут быть отнесены к серым и матовым. Мы приняли, что в наших районах в середине лета ветер слаб, и пока ограничились Парижем. После нескольких последовательных приближений мы взяли для примера наблюдения, произведенные 25 июня 1961 г. Этот день очень близок к «типовому» очень жаркому дню.

Рис. 16. Фиктивная температура неподвижного воздуха, действующего на горизонтальное серое матовое ограждение, освещенное солнцем (Париж, 25 июня 1961 г.) 1 — температура воздуха в тени под укрытием (метео); 2 — температура воздуха около здания

Рис. 17. Фиктивные температуры неподвижного воздуха серых матовых вертикальных ограждений, освещенных солнцем (Париж, 25 июня 1961 г.) 1 — температура воздуха в тени под укрытием (метео); 2 — температура воздуха около здания; 3 — фиктивная температура воздуха, действующего на ограждение

Эта градация ближе к действительности (в частности, для западного направления), чем разработанные прежде (например, Марбутеном).

При исследовании жаркого периода необходимо учесть также повторяемость инсоляции.

Отметим, что наличием ультрафиолетовых лучей в солнечном спектре можно пренебречь, когда высота солнца меньше 20°.

О господствующих ветрах

Мы рассматриваем здесь фактор «ветер» только с точки зрения теп-ловлажностного режима. К исследованию этого фактора, достигающего разрушительной силы, мы вернемся в главе об условиях долговечности. С точки зрения воздействия на конструкции это не одни и те же ветры.

Выше мы видели, что движение воздуха оказывает влияние на тепловое ощущение человека. В общем это движение дает ощущение охлаждения. В жарких районах желательно использовать воздействие господствующего ветра. Напротив, в холодных и умеренных областях зимой его необходимо избегать. Это замечание позволяет ограничить объем данных метеорологической статистики, которые необходимо изучить в связи с рассмотрением фактора «ветер».

Неразрушительные ветры делят на три категории: бризы, пассаты, муссоны.

Бризы часто встречаются в тропических областях. Они меняют направление два раза в сутки. Пассаты дуют в одном и том же направлении весь год. Это ровные ветры. Муссоны меняют направление и характер два раза в год; они свирепствуют в Индии, а также в западной Африке.

В наших областях необходимо исследовать воздействие ветров на здание, принимая во внимание не только их повторяемость в господствующем направлении, но и долю ветров смежных направлений.

Статистика повторяемости ветров хорошо известна. Ветры имеют особые характеристики: различаются ветры сухие, влажные, холодные, теплые.

Ветры с туманом отличаются от ветров при сплошной облачности. При тумане обязательно существует «атмосферная температурная инверсия», т. е. в противоположность обычному порядку температура у почвы ниже, чем на высоте. В общем ветры с туманом слабы. Это ветры переменного направления. Для Парижского района они почти всегда юго-восточные. Этим обстоятельством пренебрегали, однако оно имеет определяющее значение при решении вопросов о чистоте атмосферы индустриальных городов.

Рис. 18. Роза повторяемости ветров по ориентации фасадов здания в Дижоне зимой

Между направлениями ветров и их характеристиками существует определенная связь.

Во Франции летом в теплый период ветер бывает обычно слабым и не может оказывать влияния на пригодность здания для жилья. Зимой ветер оказывает охлаждающее воздействие, и поэтому нужно избегать ориентации зданий в направлении большой частоты и интенсивности ветра. За исключением района Ниццы, в других районах юго-восточный ветер слаб как по частоте, так и по интенсивности. Карта указывает, как предпочтительно ориентировать здания с учетом фактора ветра.

О нестационарной теплопередаче

Все тепловые явления, происходящие/в здании, относятся к нестационарной теплопередаче. Только в виде исключения зимой, когда колебания температуры незначительны, можно использовать при расчете отопления жилых помещений методы стационарной теплопередачи.

Здесь необходима краткая историческая справка. Французский математик Фурье в 1825 г. составил дифференциальное уравнение для расчета постепенного прогревания стены. Только век спустя два французских инженера Несси и Низоль вновь обратились к этому уравнению с той же целью. Эти два автора, использовав, в частности, графическое построение немецких ученых Пфрима, Биндера и Шмидта, в 1937 г. опубликовали первый сборник «кривых влияния», относящихся к стенам, затем в 1947 г. в сотрудничестве с Комитетом промышленности отопления, вентиляции и кондиционирования —второй сборник, посвященный различным ограждениям здания. Целью Несси и Низоля был расчет периодического отопления промышленных зданий. Они применили для этого счетные машины. А. Несси и Ж. Муре (погибшая в депортации) применили этот метод для исследования температурного режима в здании летом.

Рис. 19. Роза повторяемости ветров по румбам в Дижоне зимой

Эти работы были продолжены с одной стороны Дюпюи, а с другой Вероном и его учениками Жаком и Левеком, которые внедрили графоаналитические методы, позволяющие использовать эту технику в конструкторских бюро.1

Ниже мы даем некоторые указания о трех методах расчета теплопередачи в нестационарном режиме: – графическое построение Биндера и Шмидта; кривые влияния Несси и Низоля; график М. Левека.

Графическое построение Биндера и Шмидта

При стационарном режиме теплообмен между рассматриваемым ограждением и внутренней и внешней средой происходит при разности температур наружной и внутренней поверхностей ограждения. Эти температуры поверхностей могут быть получены графически на базе температурного перепада в 1° между температурами наружного и внутреннего воздуха. Мы даем этот график на рис. 28 *. На оси абсцисс нанесено общее удельное сопротивление теплопередаче слоев ограждения. На оси ординат отложена температура в 1°.

Тангенс этой прямой представляет собой коэффициент К теплопередачи ограждения, используемый при расчетах отопления.

При нестационарном режиме, когда равновесие в ограждении не установилось, линия, связывающая вершины ординат, уже не прямая, а кривая, изменяющаяся со временем. В конце некоторого отрезка времени эта кривая превращается в прямую постоянного режима. График, построенный Пфримом, Биндером и Шмидтом, позволяет начертить эти кривые.

Рис. 20. График теплопередачи в стационарных условиях (для сплошной кирпичной стены толщиной 0,22 м)

Рис. 21. График теплопередачи в нестационарных условиях. Графическое построение Пфрима, Бин-дера и Шмидта в прямоугольных координатах (для сплошной кирпичной стены толщиной 0,22 м)

О кривых влияния Несси и Низоля

Рассмотрим ограждение и предположим, что в начале опыта температуры внешнего и внутреннего воздуха, а также ограждения одинаковы. Дадим резкое повышение температуры внутреннего воздуха на 1° и будем поддерживать это повышение неопределенно долго. Внутренний поверхностный слой ограждения поглотит количество тепла, равное 7 ккал/ч-м2, каков бы ни был материал ограждения. Затем система «наружный воздух — ограждение — внутренний воздух» будет стремиться к равновесию, так что мы получим в конце определенного отрезка времени (более или менее долгого в зависимости от веса ограждения и его теплоизоляции) коэффициент К постоянного режима. Это верхняя кривая графика, изображенного на рис. 30, обозначенная g(z). Она имеет простую кривизну.

Если резкое изменение температуры произошло снаружи, очевидно, что это будет ощущаться внутри только через некоторое время.

В конце некоторого отрезка времени она сольется с прямой постоянного режима К.

Эти кривые можно построить либо при помощи графического метода Пфрима, Биндера и Шмидта, либо при помощи дифференциального уравнения Фурье. Во Франции практически нет необходимости строить эти кривые влияния, поскольку существуют сборники, разработанные под руководством Несси и Ни-золя техническим комитетом промышленности отопления, вентиляции и кондиционирования, о котором мы уже говорили.

О графике Левека

Левек исходит из графика, построенного Несси и Низолем. Его метод позволяет при использовании кривых влияния и характеристик помещения определять изменение температуры воздуха в помещении при нестационарном режиме при наличии солнечного освещения или без него.

Этот график содержит четыре квадранта. В квадранте № 1 построена кривая G<Z) полного внутреннего влияния, вычисленного при помощи кривых g(Z) Несси и Низоля в соответствии со свойствами и толщиной внутренних ограждений помещения. В квадранте № 2 построены лучи на базе квадранта № 1. В квадранте № 3 проведены веревочные кривые, перпендикулярные лучам, которые приводят к значениям Ещ , вычисленным при помощи кривых е<г) Несси и Низоля в соответствии со свойствами и толщиной внешних ограждений помещения. Наконец, в квадранте № 4 изображена кривая хода температуры воздуха в помещении. В квадрантах № 1 и 3 учтена вентиляция 1.

Рис. 22. Пример кривых влияния Несси и Низоля

Верхняя кривая g(z) показывает почасовой теплообмен между внутренним поверхностным слоем ограждения и воздухом помещения при изменении температуры воздуха помещения на 1°.

Рис. 23. Графическое построение кривой изменения температуры воздуха в помещении под влиянием внешнего воздействия (по методу М. Левека)

См. помещение и кривую. Ограждения эквивалентны сплошным кирпичным толщиной 0,06 м, кроме крыши, утепленной стекловолокном толщиной 0,09 м, вентиляция — один обмен в час

Дополнительное замечание. Можно использовать график Биндера и Шмидта для определения температуры поверхностного слоя ограждения, освещенного солнцем. Варлан решает ту же задачу (для крыш-террас) при помощи дифференциального уравнения Фурье.

Можно также использовать график Левека для построения кривой охлаждения помещения, для проектирования установок центрального-отопления промышленных зданий с переменным режимом и, наконец, для исследования искусственного охлаждения помещений.

Рис. 24. Гидравлическая аналогия кривой термического охлаждения помещения (схема Леру — Делль‘Оро) А—внутренняя теплоемкость; В — теплоемкость воздуха помещения; С — теплоемкость наружных стен (или бесчердачных покрытий); D — поверхностный слой внутренних ограждений; Е — внутренний поверхностный слой наружных стен (или бесчердачного покрытия); F — теплоизоляция наружных стен (или бесчердачного покрытия); G — окна; Н — поступающее тепло от системы отопления

Существуют другие формы изображения термических явлений в нестационарном режиме.

Назовем некоторые из них для памяти:
— тепловая инерция;
— тепловая чувствительность Дюпюи;
— гидравлические аналогии (либо Дюпюи, либо Леру — Делль‘Оро).

Этот опыт служит для определения и оценки термической кривой охлаждения помещения.

Сразу открываем краны D, Е, F, G.

Изменение во времени столба жидкости В определяет кривую охлаждения. Столб В опорожнится медленно или быстро в зависимости от величины отверстий кранов и емкостей резервуаров, а начало опорожнения будет медленным или быстрым.

Практически кривую охлаждения строят при помощи графика Левека с применением кривых влияния Несси и Низоля.

Использование полученных сведений для обеспечения тепловлажностного покоя

Характер климатов на земном шаре очень разнообразен, поэтому способ обеспечения тепловлажностного покоя в жилых помещениях за-

висит от местных климатических условий. В наших областях существует три сезонных периода в течение года: холодный, умеренный и жаркий. Остановимся на двух крайних случаях.

О холодном периоде

В холодный период, каково бы ни было здание, нужно обязательно вносить тепло в помещения искусственным способом, чтобы они были пригодны для жилья. Отопление должно быть эффективным и экономичным.

В закрытом помещении всегда можно получить температуры, благоприятные для протекания анаболического процесса человека. Иногда это обходится дорого, и не всегда минимум комфорта удовлетворяется. Если воздух подвижен, в помещениях может возникать ощущение холода, неприятное зимой. В течение отопительного периода необходимо, чтобы воздух в помещениях был неподвижен и без сквозняка, возникающего из-за несовершенных-дритворов окон.

Нужно также избегать охлаждающих излучений. Они могут происходить от слишком больших остекленных проемов и от плохо расположенных приборов отопления- (например, при отопительных панелях в полу, остеклении угловых помещений с двух сторон, в мансардах, чердачных помещениях).

Понятно, что эксплуатация отопления тем дороже, чем менее удовлетворительно выполнены ограждающие конструкции. Существует минимум первоначальных затрат, ниже которого расходы на эксплуатацию отопления превышают расходы, допустимые нормами. При конструировании системы отопления, если желательно иметь экономичную установку, надо принять различные меры предосторожности, а именно: обеспечить хорошую термоизоляцию наружных ограждений здания, строго ограничить воздухообмен в помещении, выбрать благоприятное расположение здания, принять экономичную в эксплуатации систему 4 отопления.

Далее мы скажем несколько слов об оценке годовых расходов на отопление и о влиянии влажности воздуха на качество ограждений помещения.

О теплоизоляции наружных ограждений здания

Тепло- изоляция наружных ограждений здания осуществляется как в стенах, так и в чердачных перекрытиях, надподвальных перекрытиях и полах первого этажа. В стенах существуют проемы и глухие участки. В общем тепловые потери происходят зимой в гораздо большей мере через проемы, несмотря на их незначительную площадь, чем через глухие участки стен.

Поскольку колебания температуры наружного воздуха зимой малы, а, с другой стороны, воздействие солнечного освещения на здание уменьшено, расчет отопительной установки для жилого помещения может производиться по стационарному режиму. Иными словами, достаточно использовать коэффициент К теплопередачи ограждений. Здесь идет речь о важном упрощении, но оно не должно выходить за рамки частного применения формул стационарной теплопередачи. Мы уже сказали, что расчет отопления промышленных здании производится по нестационарному режиму.

Существует минимум теплоизоляции, ниже которого возможно появление конденсатаМы будем иметь случай вернуться к этому вопросу. Это неудобство особенно значительно в кухнях и ванных комнатах. С другой стороны, необходимо избегать во внешних ограждениях случайных утечек тепла. Такие тепловые мосты получаются, когда элементы каркаса (балки или колонны), будучи хорошими проводниками тепла (металл или железобетон), находятся в прямом контакте с внешним воздухом или образуют теплопроводные включения. В подобных случаях эти неблагоприятные места должны быть специально снабжены необходимой теплоизоляцией. Мы даем два примера устранения тепловых мостов для случая нагревательных панелей, включенных в плиту железобетонного пола.

Поскольку остекленные поверхности служат причиной больших теплопотерь, желательно сокращать их размеры и ограничиваться строго необходимыми.

Рис. 25. Примеры устранения тепловых мостов а — навесная панель, примыкающая к железобетонному перекрытию, совмещенному с приборами отопления; б — независимая подоконная панель, помещенная перед железобетонным перекрытием, совмещенным с приборами отопления; в — наружная железобетонная колонна

Министерство строительства предлагает в своих нормах различные приемы теплоизоляции жилых зданий. Приведем некоторые из них.

В своем постановлении от 29 ноября 1955 г.* министерство обязывает применять по областям коэффициент G общей теплопотери здания на кубический метр помещения в час при температурном перепаде в 1°. В соответствии с допустимым коэффициентом теплопотерь территория Франции разделена на три следующие зоны: а) зона А: восточные области, высота ниже 800 ж; б) зона В: Франция в общем; в) зона С: юг и юго-запад Франции, высота ниже 300 м.

К этим цифрам необходимо давать поправки, учитывая высоту постройки над уровнем моря.

Ограничение воздухообмена в помещении зимой

При расчете отопления жилых зданий условно принимают, что в помещении происходит однократный обмен воздуха за час. В действительности эта цифра может быть много большей. Это зависит от степени проницаемости сопряжений окон и наружных дверей. Во всяком случае окна в притворах никогда не бывают абсолютно непроницаемы для ветра. С точки зрения благоприятных для здоровья условий необходимо, чтобы так и было, поскольку воздух в жилых помещениях должен постоянно обновляться.

Однако есть предел воздухопроницаемости окон. Он определяется обычно степенью комфорта, необходимого для человека. В средние века притворы окон имели простой фальц. Непроницаемость для ветра была недостаточной. Однако окна были малы и немногочисленны, а люди нетребовательны к комфорту. Большой прогресс был достигнут в XVIII в*.

Некогда в городах дома, пристроенные один к другому, взаимно защищали друг друга от ветра. В настоящее время фасады более или менее разобщены. Поэтому задача конструирования окон становится все более и более важной. За последние 15 лет появились окна различных форм, но проблема непроницаемости притворов остается неразрешенной. Главным образом, она связана с выбором материала, подбором надлежащей конструкции и тщательным ее выполнением.

В наиболее трудных случаях (например, для домов у моря, в сельской местности или в горах) можно всегда прибегнуть к двойным переплетам, которые вполне удовлетворяют условиям непроницаемости.

Сквозняки возникают также вблизи остекленных дверей балконов и террас, наружных дверей жилых зданий и особняков. Их устраняют маленькими съемными накладками, помещаемыми на нижние притворы этих дверей. Притворы снабжают гибкими металлическими пластинками.

Стыки навесных панелей могут быть проницаемы для ветра. Нормы 1958 г. указывают предел их проницаемости для воздуха 0,4 м3/м-ч при разности давлений в 1 мм вод. ст **.

Выбор благоприятного расположения Если летний период не слишком жаркий и имеется возможность выбора склона на площадке, можно найти «теплый» склон.

Если в данной местности наблюдается достаточно частый резкий ветер, желательно, чтобы фронтальный фасад жилого дома не находился против этого ветра, если только нет уверенности в абсолютной непроницаемости окон для ветра.

Об экономичной эксплуатации отопления

Для эффективности зимнего отопления требуются удовлетворительные отопительные установки (что обусловливает устройство центрального отопления). Отопительные установки должны быть надлежащим образом выполнены. Мы не будем останавливаться на деталях этих установок. Отметим, однако, некоторые особенности. Если имеются радиаторы, их надо правильно установить, чтобы теплый воздух мог циркулировать беспрепятственно. Если нагревательные панели включены в толщу железобетонных перекрытий, потолок не следует отштукатуривать.

Существуют разные варианты экономичной эксплуатации систем отопления. Можно отдать предпочтение незначительному потреблению дорогого топлива или, напротив, значительному потреблению дешевого. Эксплуатация должна насколько возможно устранить влияние колебаний температуры наружного воздуха: больших в холодный период и незначительных в переходный.

Если суточные колебания температуры наружного воздуха слабее зимой, чем летом, ими все же нельзя пренебрегать. Если помещения достаточно непроницаемы, должным образом герметически изолированы и их ограждения достаточно массивны, суточные колебания наружной температуры оказывают незначительное влияние на внутренние помещения.

Зимой нужно опасаться резких температурных колебаний (температурных скачков), которые проявляются неожиданно. В этих условиях для обеспечения комфорта жильцов желательна известная тепловая инерция здания. В общем эти температурные скачки пропорциональны суточным колебаниям температуры наружного воздуха, и поэтому в неустойчивом климате даже для условий зимы дом все же должен иметь массивные ограждения.

Тепловая инерция здания может быть обеспечена зимой либо массивностью самого здания (массивные внутренние стены и перекрытия) либо теплоемкими отопительными приборами (например, отопительными панелями, включенными в перекрытия). Можно компенсировать «легкость» здания «тяжестью» отопительных приборов, и наоборот.

Режим отопления влияет на общую тепловую инерцию здания. Так, в больницах температура воздуха должна быть одинакова как днем, так и ночью. Больничные здания следует проектировать массивными. Напротив, в конторских помещениях, на заводах, в школах более экономично практиковать переменную интенсивность отопления. В этом случае здание должно быть легким. Необходимо, чтобы в жилых помещениях режим суточного отопления допускал плавные переходы, т. е. температура помещений была выше днем, чем ночью. Здесь целесообразнее здания средней массивности.

Можно несколько уменьшить слишком большую массивность ограждений, уменьшая теплоемкость внутренних слоев. Можно отделать стены и потолки бетоном с пробкой или попросту их оштукатурить. Влияние массивных полов может быть исправлено при помощи шерстяных Ковров.

С нашим другом Делль‘Оро мы обобщили данные, характеризующие различные условия, определяющие роль и теплозащитные качества конструкций зимой (климатические условия, массивность здания, массивность отопительных установок, способ эксплуатации) и представили результаты проведенной работы в итоговой таблице. Мы использовали как промежуточный фактор кривую охлаждения помещения. Эта кривая может быть построена при помощи чертежа Левека с введением кривых влияния Несси и Низоля. Однако эта таблица неприменима для жаркого периода.

Климатические факторы холодного периода

Рассмотрим последовательно факторы, позволяющие установить мощность отопительных установок, продолжительность отопительного периода и расход топлива.

Мощность установки. Если здание не является легким, в качестве расчетной температуры принимают промежуточную между средней суточных минимумов и абсолютным минимумом самого холодного месяца (температура воздуха в тени под укрытием). Прежде принимали либо среднюю месячных минимумов самого холодного месяца, либо температуру, соответствующую наиболее холодной пятидневке.

Продолжительность отопительного периода. Эта продолжительность зависит от степени комфорта, желательного для жильцов. Продолжительность отопительного периода тем больше, чем холоднее климат. Если необходимо установить эту продолжительность по метеорологическим данным, нужно ввести в расчеты тепловое влияние солнечного освещения в начале и конце холодного периода. Практически даты пуска и включения системы отопления определяются местным обычаем. Для Парижа допускается отопительный период в 197 дней (от 15 октября до 15 апреля). На рис. 28 дана карта продолжительности отопительного песиода во Фоаннии по данным Фуоноля 2.

Рис. 26. Принципиальная схема таблицы Леpy — Делль‘Оро для определения роли теплотехнических качеств конструкций зимой

Максимальный коэффициент G указывается различными французскими нормами. Он колеблется в зависимости от общего объема здания и климата местности. В общем он находится между 2,5 (частные особняки) и 1,3 (многоэтажные здания).

Градусо-день — недавно введенная единица. Он определяется суммированием всех температурных разностей между желательной температурой в помещении и средними суточными температурами воздуха в тени под укрытием в течение отопительного периода. Фурноль учитывает незначительное уменьшение расхода топлива в связи с добавочными калориями за счет солнечного облучения в начале и в конце холодного периода.

Влияние влажности

Это влияние проявляется в воздухе помещения и в ограждениях.

Влажность воздуха. Как мы указали в начале этой работы, чем суше воздух, тем больше человек ощущает прохладу. Зимой относительная влажность воздуха в помещениях должна быть низкой, поскольку в холодную погоду воздух, поступающий извне в помещение, содержит только около 4 г водяного пара на килограмм сухого воздуха, но эксплуатация помещений вносит в воздух значительно больше водяного пара: действующие кухонные газовые плиты, кипящие на огне кастрюли, сушка белья, дыхание жильцов. Вот поэтому можно обнаружить в домах зимой содержание водяного пара в воздухе 12 г/кг и более сухого воздуха.

Летом в наших областях относительная влажность воздуха вне помещения редко опускается в течение суток ниже 60%. Внутри помещений относительная влажность выше из-за понижения температуры воздуха.

Практически у нас влажность воздуха, значительная в жилых помещениях, мало влияет на комфорт людей. И если ограничивают содержание влаги в воздухе, то по другим причинам (см. рис. 6, зона комфорта), в зимних услозиях — во избежание конденсации на стенах. Напротив, в тропических районах, очень жарких и очень влажных, высокая влажность воздуха нарушает комфорт как днем, так и ночью; мы будем говорить об этом дальше при рассмотрении жаркого периода.

Влажность ограждений. Влажное ограждение имеет повышенную теплопроводность и может ухудшать тепловой комфорт жильцов. В дальнейшем мы увидим, что влажность ограждений служит одной из важнейших причин, вредно влияющих на здоровье людей. Кроме того, она — одна из главных причин ускоренного старения ограждений. Мы еще вернемся к этой теме подробнее. Напомним различные причины увлажнения ограждений: конденсация на стенах, проникание грунтовой воды, поднимающейся по стенам, косой дождь, увлажняющий фасады, протекание санитарных установок, протекание крыши, заражение материалов нитрифицирующими бактериями, гниение дерева и т. д.

Рис. 27. Количество дней в году с различными температурами и температура наиболее холодной пятидневки в Париже

Рис. 28. Карта продолжительности отопительного периода во Франции

Окна облучаемых солнцем стен — слабое место в теплозащите здания летомОни должны быть закрыты от солнца полностью или частично непрозрачными экранами (шторы, жалюзи, ставни). Но не следует слишком рассчитывать на эту защиту, поскольку экраны сильно нагреваются под воздействием инсоляции в жаркий период.

Нельзя также рассчитывать на применение цветных стекол для устранения теплового воздействия инфракрасных солнечных лучей.

Можно предусмотреть постоянные навесы над оконными проемами, но эти навесы нагревают окружающий воздух, который должен служить для естественной вентиляции помещений. Это только частичный выигрыш. Зимой навесы затемняют помещения, когда небо облачно.

Тем более не следует рассчитывать на непрозрачные экраны внутри помещений за стеклами, поскольку эти стекла образуют «тепловой клапан».

Слишком большие окна — неблагоприятный фактор для хорошей защиты от солнца.

Мы обращаем особое внимание на следующее: защита зданий от инсоляции необходима, но она совершенно недостаточна для обеспечения прохлады в помещениях летом.

Эта защита зависит от солнечного воздействия и, в частности, от ориентации ограждений по отношению к солнцу. Достаточно справиться по кривым графиков фиктивных температур ограждений, освещенных солнцем, чтобы сравнить ориентации в этом отношении. Для северной широты 48°, т.е. широты Парижа, мы распределили ориентации ограждений, начиная с самого теплого, следующим образом: горизонтальное, запад, юго-запад, юг, северо-запад, юго-восток, восток, север. В связи с этим следовало бы указать на один предрассудок, который в настоящее время у нас распространен: предубеждение против северных фасадовЛетом, когда доступ к окнам свободен, это самая приятная ориентация, позволяющая любоваться пейзажем, в то время как проемы окон других фасадов затенены ставнями или жалюзи в течение всего дня. Нужно только тщательно обеспечить непроницаемость окон от ветра зимой.

Следовало бы исключить ошибочное указание наших строительных норм, требующих, чтобы фасады зданий, содержащих более 14 квартир, были освещены солнцем два часа в день в течение 200 дней в году.

Для других широт можно ориентироваться по графикам хода солнца при выборе предпочтительной ориентации зданий с учетом теплового воздействия инсоляции. Так, в тропических областях желательно ориентировать главные фасады на север-или юг.

Поскольку тепловое влияние солнца очень меняется в течение дня, проблема тепловой защиты может быть изучена только при помощи вычислительных методов теплопередачи при нестационарном режиме (кривая влияния Несси и Низоля, график Левека). Ниже мы разовьем эту мысль в параграфе о тепловой стабильности здания.

Об искусственном охлаждении

Искусственное охлаждение есть самое простое решение для получения летом наиболее подходящей тепловой среды в помещениях. Установки для охлаждения воздуха используют разрежение и испарение очень летучих жидкостей, которые затем конденсируются путем сжатия. Стоимость установки для искусственного охлаждения и ее эксплуатации выше, чем аналогичные расходы на отопление. Для снижения расходов необходимо, чтобы помещения были очень хорошо теплоизолированы и полностью закрыты для ограничения воздухообмена до минимума (один раз в час). Поэтому окна должны быть постоянно закрыты. То, что выигрывается в тепловом комфорте, теряется в эстетическом восприятии2.

С другой стороны, функционирование этих установок должно быть достаточно гибким, чтобы можно было учитывать изменения теплового режима помещений в течение суток. Можно было бы возводить здание легким, но в этом случае оно становилось бы непригодным для жилья летом при выходе из строя охладительной установки. Возможно использование этих установок в домах с массивными ограждениями, но тогда программа их эксплуатации становится более сложной3. В наших областях предпочтительнее ориентировать охлаждаемые помещения на север. В силу высокой стоимости искусственное охлаждение применяется у нас только в зданиях, где оно совершенно необходимо: клиниках, родильных домах, детских яслях, некоторых конторских помещениях, некоторых коммерческих предприятиях, зрительных залах.

О движении воздуха в помещениях

Даже без понижения температуры воздуха его движение вызывает ощущение свежести. Это можно легко понять, рассматривая рис. 3—номограмму теплового ощущения человека «при переходе». Если в данной местности наблюдается постоянный ветер, достаточно разместить здание поперек направления этого ветра и держать окна широко открытыми так, чтобы движение воздуха пересекало помещения: это называется «продуваемым домом». Однако к такому решению нельзя прибегать, если летняя температура воздуха чрезмерно высока. Такие здания строятся, в частности, на побережье Западной и Экваториальной Африки. Подобные дома могут быть как «легкими» так и «тяжелыми». Мы даем пример продуваемого дома в Западной Африке.

В наших областях такие дома нецелесообразны, поскольку в жаркие дни воздух спокоен. Однако мы всегда имеем возможность использовать искусственное движение воздуха при помощи электромеханических приборов. Этот недорогой метод должен все же употребляться с осторожностью, чтобы можно было избежать легочных заболеваний; он не заменяет теплового регулирования воздуха в помещении.

В Индии (в Хайдерабаде) нет регулярных ветров. Однако там найден местный вариант продуваемого дома. Каждый такой дом имеет высокую трубу, которая создает тягу. Таким образом, некоторое движение воздуха в помещениях улучшает их тепловой режим.

Использование температурной стабильности помещений

Тепловые условия в помещениях летом относятся к нестационарной теплопередаче, поскольку температура наружного воздуха и облучение ограждений зданий переменны. При отсутствии отопления и искусственного охлаждения температура воздуха внутри помещения изменяется в течение суток. Эти изменения можно представить синусоидальной кривой. В зависимости от теплоизоляции и массивности здания синусоида может быть сглажена и сдвинута по отношению к внешним тепловым колебаниям. Дюпюи называет эту кривую самопроизвольным изменением температуры воздуха в помещении.

Рис. 29. Пример «продуваемого» дома в Западной Африке

Чтобы оценить, приемлем ли тепловой режим в помещении летом, необходимо построить эту кривую. При этом учитываются многочисленные факторы, а именно: температура наружного воздуха, ее колебания; изменение интенсивности облучения ограждений в течение дня; конструкция, размеры, ориентация сплошных ограждений; конструкция, размеры, ориентация и защита проемов; конструкция, вес и размеры внутренних ограждений (перегородки, внутренние стены, полы); воздухообмен в помещении.

Рис. 30. Эскиз помещения, использованного для расчетов изменения температуры внутреннего воздуха

Выше мы показали, как, согласно этим данным, можно построить кривую периодического изменения температуры воздуха в помещении при помощи графика Левека, используя кривые влияния ограждений Несси и Низоля и фиктивные температуры внешних поверхностей освещенных солнцем ограждений на данной широте местности. Можно также построить эту кривую приближенно, используя средневзвешенную температуру внутренней поверхности ограждений помещения, учитывая массивность здания и обновление воздуха в помещении, но этот метод является до некоторой степени эмпирическим.

При помощи графика Левека мы установили различные формы кривой для конкретного помещения в зависимости от изменения конструкции ограждений, ориентации, вентиляции, вида помещения (с чердаком или без него).

При рассмотрении этих рисунков легко отличить примеры, отвечающие требованиям теплового комфорта. Вот некоторые замечания.

Помещения отвечают предъявляемым требованиям, когда их температурный режим не выходит из зоны комфорта.

Бесчердачные помещения находятся в гораздо более неблагоприятном положении, чем имеющие чердак. Летом такие помещения могут при десятикратном воздухообмене Ориентация — север. Перекрытие, перегородки и наружная стена эквивалентны сплошным кирпичным толщиной 0,06 м без штукатурки. Увеличение вентиляции улучшает термические условия в помещении с легкой и малотеплоемкой крышей, облучаемой летним солнцем. Увеличение воздухообмена неблагоприятно для термических условий в помещении с массивной теплой крышей, облученной солнцем.

Рис. 31. Графики изменения температуры воздуха в помещении верхнего этажа летом под действием радиации. Изменение кратности воздухообмена быть непригодны для жилья, если они легкого тцпа и бесчердачное покрытие не обладает достаточной степенью теплоизоляции. Если это бесчердачное покрытие легкое, его коэффициент теплопередачи К при постоянном режиме должен быть в два или три раза меньше, чем коэффициент теплопередачи массивного ограждения.

Массивные внутренние ограждения улучшают помещения всех видов (чердачные и бесчердачные).

Активная непрерывная вентиляция может ухудшить условия в помещениях, отвечающих требованиям комфорта. В этом случае наилучшим решением является включение вентиляции ночью и выключение ее днем во время жаркого солнечного периода.

Рис. 32. Графики изменения температуры воздуха в помещении верхнего этажа под действием радиации.” Изменение ориентации 1 — при северной ориентации; 7 —при юго-Западной ориентации Перекрытие, перегородки и наружная стена эквивалентны сплошным кирпичным неоштукатуренным толщиной 0,06 м. Устанавливаем чрезмерную температуру воздуха в помещении (кривая 7). Это результат влияния легких ограждений помещения (типа мансардного).

Рис. 33. Графики изменения температуры воздуха в помещении верхнего этажа летом под действием радиации. Влияние массивности внутренних ограждений 1 — с перегородками и перекрытиями, эквивалентными сплошным кирпичным толщиной 0,06 м; 8 — то же, толщиной 0,22 м Воздухообмен однократный. Крыша и наружная стена эквивалентны сплошным кирпичным толщиной 0,06 м. Ориентация — север. Увеличение веса внутренних ограждений помещения улучшает термические условия летом. 2 —с бесчердачной крышей; 9 — с чердачной крышей Воздухообмен однократный. Ограждения эквивалентны сплошным кирпичным неоштукатуренным толщиной 0,06 м. Чрезмерно высокая температура воздуха в помещении 7 объясняется конструкциями этого помещения (мансардного типа). Сравнение показывает, что чердачные крыши всегда предпочтительнее бесчердачных. (Прим. ред.) 9 — при юго-западной ориентации; 10 — при северной ориентации Солнечный летний день. Само собой разумеется, что освещенное солнцем летом помещение в термическом отношении неблагоприятно. Положение меняется, когда помещение не освещено солнцем (северная ориентация).

Очевидно, что проемы надо защищать от солнца шторами или жалюзи, но, чтобы добиться необходимых условий в плохо построенном помещении, не следует рассчитывать на одну эту защиту.

Помещения, предназначенные для детей младшего возраста, должны иметь в наших областях в жаркий период:
— чердачную крышу; северную ориентацию; окна небольших размеров; массивные внутренние ограждения (в частности, перекрытия);
— ночную вентиляцию (на день окна должны закрываться).

В семейной квартире должно быть помещение, отвечающее этим требованиям, независимо от того, служит ли оно детской комнатой или нет; эти требования (увы!) не выполняются в существующих детских яслях и родильных домах.

Рис. 34. Графики изменения температуры воздуха в помещении (сравнение бесчердачного помещения с помещением, имеющим чердак. Ориентация — юго-запад, солнечный летний день)

Рис. 35. Графики изменения температуры воздуха в помещении с чердачной крышей.

Изменение ориентации

Нормы для муниципальных домов Министерства строительства дают много аналогичных указаний. Они ценны (хорошо уже то, что они существуют), но могут быть еще улучшены.

Из всего этого следует, что в наших областях можно строить жилые здания, отвечающие термическим требованиям летом, не применяя при этом дорогостоящего и сложного искусственного охлаждения. Термическая стабильность здания достигается применением традиционных конструкций, а не определенных модных решений, рассчитанных на внешний эффект.

Об осушении воздуха в помещении

В некоторых жарких и очень влажных областях (например, в Экваториальной Африке и Индокитае) можно улучшить тепловую среду помещения, воздействуя только на влажность внутреннего воздуха. Действительно, мы уже отметили, что при одной и той же температуре человек тем явственнее ощущает прохладу, чем суше воздух. В таких областях, где температура наружного воздуха не чрезмерна, для улучшения теплового комфорта в помещениях достаточно снизить относительную влажность воздуха до уровня от 90 до 60%.

Чтобы убедиться в необходимости этого, следует построить климограмму суточных тепловлажностных изменений по методу Креспи.

Воздух в помещении осушается при помощи приборов искусственного охлаждения. Эти два процесса комбинируются под названием кондиционирование воздуха. Чтобы осуществить такое осушение, помещения должны быть герметизированы, а обновление воздуха надо ограничить строго необходимым (один обмен в час.). Нельзя осушить воздух-в продуваемом доме. Необходимо предусмотреть прямое удаление конденсационной воды из каждого прибора.

Во Франции осушение воздуха в жилых помещениях желательно только в течение нескольких грозовых дней летом. Напротив, в зрительных залах, где количество водяного пара, выделяемого зрителями, очень значительно (порядка 60 г/ч на человека), в жаркий период необходимо осушать воздух (кондиционирование).

Об увлажнении воздуха в помещениях

В очень жарких и очень сухих областях (Сахара, центральные районы Австралии), где относительная влажность воздуха ниже 30%, понижают температуру воздуха путем испарения воды. Количество поглощенного тепла при испарении 1 кг воды составляет около 500 калорий. Благодаря этому температура окружающей воздушной среды понижается, но одновременно повышается ее влажность.

Воздух увлажняется при помощи испарителей, работающих на сжатом воздухе. Это недорогой способ. Однако в очень жарких областях его применение затруднено недостатком или плохим качеством воды. Недавние опыты в Сахаре были в достаточной степени разочаровывающими.

Во Франции воздух летом никогда не бывает настолько сухим, чтобы требовалось его увлажнение в помещениях. Однако увлажнение воздуха применяется на некоторых промышленных предприятиях, например текстильном и бумажном.

Заключение об обеспечении теплового покоя в жилых помещениях

Практически необходимо достигнуть двух целей: создать условия для нормального протекания анаболического процесса человека и получения приятных ощущений в результате теплового комфорта. Очевидно, что достижение первой цели крайне необходимо; без этого дом не пригоден для жилья. Что касается второй, она менее важна: необходимо избегать только неприятных ощущений; остальное может рассматриваться как роскошь

Тепловой покой имеет две различные формы для двух крайних времен года: зимы и лета. Во Франции зимой дом пригоден для жилья только при отоплении, обеспечивающем желаемую температуру в помещении. Это минимальное условие выполнимо при соответствующих ограждениях и перекрытиях. Но задача строителя не выполнена, если в здании существуют сквозняки и холодные излучения. Кроме того, при неправильной работе отопления могут быть и внезапные температурные скачки. Определенная массивность конструкций необходима. Все это требует внимательного проектирования как деталей (окна), так и основных элементов здания (тяжелые перекрытия и внутренние стены).

Летом (речь по-прежнему идет о Франции) для того, чтобы дом •был пригоден для жилья без устройства искусственного охлаждения, надо обеспечить солнцезащиту здания и придать соответствующую мае» сивность всем его конструкциям. При помощи этих двух мероприятий достигается одна и та же цель.

Наконец, разумное расположение здания на участке может в известной мере облегчить обеспечение теплового покоя в жилых помещениях, но такое расположение, благоприятное для зимы, может быть противопоказано для лета. Поэтому часто приходится идти на компромисс.

Об обеспечении звукового покоя

Введение. Дополнительные сведения

Прежде чем приступить к изучению звукового покоя, нам представляется полезным напомнить вкратце о количественной оценке шумов и их ослаблении.

Замечания о количественной оценке шумов

Фоны и децибелы. Звуковые уровни шумов выражаются двумя способами: либо в «фонах», что характеризует субъективное восприятие звука человеческим ухом, либо в «децибелах» при объективной физической характеристике звука. Существует соответствие между фонами и децибелами для шумов, имеющих частоту 1000 гц. При одном и том же уровне давления шумы на высоких тонах воспринимаются ухом как более громкие. Диаграмма Флетчера и Мартона1 позволяет сравнить фоны и децибелы.

Изменение громкости звука ощущается пропорционально логарифму затраченной энергии. Поэтому децибелы представлены в логарифмической форме. С другой стороны, фоны уподобляются децибелам независимо от того, находимся ли мы в области низких или высоких тонов. Это- ведет к упрощению расчетов звуко-передачи. Действительно, для этого достаточно вычесть из общего количества децибел шума количество децибел, соответствующих пропускной способности экрана, участвующего в передаче звука.

Мы предположим в дальнейшем изложении, что речь будет идти об обычных звуках, а не о специальных.

Рис. 36. Диаграмма Флетчера и Мартона. Сравнение фонов и децибелов

Обычные шумы находятся между частотами 100 и 3000 гц. Можно установить, что в зоне 600—2000 гц. фоны незначительно отличаются от децибелов. В этом случае возможна замена децибелов фонами

О передаче шумов

В 1961 г. издано правительственное распоряжение об ограничении шумов, производимых автомашинами, 83 дб.

Передача шумов в здании происходит двумя путями: а) через воздух; б) через твердые тела.

О передаче шумов через воздух

Передача звука по воздуху может быть смягчена или погашена при помощи экранов. Необходимо рассмотреть два типа экранов: а) сплошные однородные экраны; б) слоистые экраны с воздушными прослойками или без них.

Эти цифры получены в результате лабораторных исследований. В действительности они должны быть уменьшены на 10—20% из-за различных дефектов выполнения в натуре.

Когда экран имеет отверстие, например закрытую дверь, расчет звукоизоляции должен относиться к этой двери. Можно уменьшить ее звукопроводность, уплотняя притворы двери или обивая ее войлоком. Если дверь открыта, звукоизоляция экрана практически сводится на нет.

Слоистые экраны. При помощи слоистых ограждений можно получить хорошую звукоизоляцию между смежными помещениями, выигрывая в весе по сравнению с аналогичными однородными ограждениями. Однако выполнение таких ограждений требует большой тщатель-

ности. Применение фольги в этих ограждениях значительно увеличивает их эффективность.

Случаи несмежных помещений. Звукоизоляция зависит от суммы весов однородных изолирующих экранов, увеличенной в некоторой мере в силу отсутствия контактов между экранами и удаленности щеточника звука.

Снижение шума в помещениях. Часто бывает необходимо снизить шум в каком-либо помещении здания, например в машинописных бюро. Для этого принимают меры к тому, чтобы энергия звуковых волн по возможности поглощалась поверхностями ограждений. Это достигается отделкой поверхностей ограждений помещения звукопоглощающими материалами. Практически шум уменьшается мало, но в значительной степени устраняется эхо вследствие сокращения времени реверберации помещения. Поэтому, несмотря на шум, легче вести разговор. Декрет от 29 ноября 1955 г. предписывает снижение шума в помещениях в зависимости от наличия в них мебели.

Передача звука через твердые тела

Передача звука через твердые тела относится в одинаковой степени к звуковым колебаниям, т. е. к шумам в собственном смысле слова и к инфразвуковым колебаниям, называемым вибрациями1.

Когда звук, передающийся по воздуху, встречает на своем пути ограждение, часть его энергии передается каркасу; но не только в этой форме проявляется энергия звука, передаваемая через твердые тела. Перечислим различные источники шумов: хождение соседей наверху, пе-редвигание стульев, гидравлические удары кранов, колебания трубопроводов, действие промывных уборных и насосов, нагнетающих воду, насосов центрального отопления, плохо устроенных лифтов, хлопание дверей, скрип деревянных балок плохого качества, бульканье сифонов санитарных приборов и т. д.

Однородные твердые тела (металлические трубы и балки, армированный бетон) служат хорошими проводниками звука. Воспрепятствовать этой звукопередаче может только нарушение непрерывности этих элементов, как это и делалось в разнородных конструкциях в прошлом. В настоящее время в монолитных конструкциях необходимо систематически создавать разрывы: пластические соединения в трубопроводах, плавающие плиты пола и т. д.

Другое действенное средство борьбы с шумом — устранение самих причин возникновения шумов. Назовем некоторые практические меры: покрытие полов коврами или резиной, или же пластиком с подстилкой из пористого каучука и т. д., снижающими шум шагов в помещениях; монтаж некоторых механизмов на резиновых амортизаторах (лифт); использование приборов с бесшумным ходом (насосы нагнетания и циркуляции); снабжение притворов дверей резиновыми упорами; устранение возможности резонансных явлений в каркасе под воздействием различных колебаний.

Замечания о звукоизоляции жилых помещений

При строительстве жилых зданий возникают особые проблемы звукоизоляции в зависимости от того, где находится источник звука: вне или внутри помещений, происходит ли это днем или ночью. Мы рассмотрим эти различные случаи.

Защита от шумов в помещениях ночью

Для того чтобы сон человека не нарушался в ночное время, уровень шума должен быть очень низким. Было бы трудно и дорого построить дом с полной звукоизоляцией, если бы уличные шумы и шумы, возникающие у соседей, не прекращались. Регламентация ночных городских шумов становится все более и более суровой. Но что бы ни предпринималось, невозможно устранить шум полностью. Защита жилых помещений от ночных шумов направлена на снижение тех из них, которые невозможно устранить полностью. Напомним, что ночью шум нетерпим.

Ночные внешние шумы

Если дом находится на красной линии улицы с большим движением (хотя оно и уменьшается ночью), предпочтительно размещать спальни по фасаду, выходящему во двор. Если их необходимо разместить со стороны улицы, приходится примириться с тем, чтобы окна ночью были затворены. В таком случае Наружные стены делаются массивными, а окна — малых размеров.

Что касается самой улицы, ее покрытие должно быть по возможности гладким (асфальт или бетон, предпочтительно из крупных плит). Недавние нормы способствовали уменьшению шума от мопедов, уровень громкости которых достигал 90 фон, но он остается еще довольно ощутимым. Хлопание дверцами автомашин является одним из видов шума, который необходимо устранить1.

В настоящее время избегают размещать новые здания по- красной линии. В просторных кварталах их отодвигают далеко вглубь или размещают торцом к улице. Впрочем в Париже есть еще много- улиц очень спокойных ночью. В подобных случаях наружные стены могут быть из-навесных панелей.

Ночные внутренние шумы

Предположим, что после 22 ч жильцы стараются не шуметь. В этом случае существующие шумы происходят от действия устройств и приборов механических или немеханических, которые в настоящее время в доме достаточно многочисленны: лифт, насосы подъема и циркуляции воды и отопления, промывные уборные, трубы отопления, канализация, сифоны санитарных аппаратов, примусы и т. д.

Рис. 37. Пример звуковой интенсивности в помещениях от движения мопеда, производящего шум в 90 фон (окна открыты, внутренние двери закрыты, дом традиционный) /—VII— этажи

Рис. 38. Пример звуковой интенсивности в помещениях от движения мопеда, производящего шум в 90 фон при закрытых окнах /—VII — этажи

Эти источники шума, особенно характерные для многоэтажных зданий, могут быть в значительной мере устранены. Для этого рекомендуется следующее: а) монтаж механизма лифтов на резиновых подкладках; б) бесшумные моторы различного назначения; в) створки дверей лифтов с каучуковыми прокладками; г) водопроводные трубы большого диаметра; д) канализация, снабженная первичной, а если возможно, то и вторичной вентиляцией; е) резиновые прокладки в креплении труб отопления; ж) промывные уборные, удаленные от спален.

Защита от шумов в помещениях днем

Звуковой фон небольшой интенсивности днем не следует устранять: он делает жизнь в доме менее монотонной, а защита помещения от шумов значительно облегчается.

Как мы уже видели, нужно скорее заботиться о защите жильцов от утомления, вызываемого повторением шумов определенной интенсивности, чем о защите от интенсивных, но редких шумов. Важно также учитывать вмешательство соседей. Беседа жильцов не должна быть нарушена ни шумами от соседей, ни внешними шумами. Необходимо рассмотреть различные точки зрения на степень звукоизоляции, которые вынуждают иногда принимать более высокий процент ослабления звуков, чем обычно. Мы рассмотрим этот вопрос с двух сторон: шумы внешние и шумы внутренние.

Внешние шумы

Когда здание выходит фасадом на улицу, желательно, чтобы общая комната была расположена на этом фасаде. Если эта улица с большим движением, напомним, что наружные -стены должны быть массивными, а окна — небольших размеров. В часы интенсивного движения окна следует затворять. Иногда полезно ставить в оконные переплеты толстые или двойные стекла; в противном случае беседа в комнате становится утомительной. Верхние этажи в этом отношении находятся в лучшем положении, чем нижние.

Другое неудобство для помещений, выходящих на магистральную улицу: инфразвуковые колебания, вызываемые движением транспорта, могут превращаться в звуковые колебания, например в окнах. Разумно расположенные резиновые прокладки могут устранить это неудобство, которое к тому же незначительно.

Современное размещение новых зданий, как уже отмечалось, заключается в удалении их от улиц или в расположении торцами по отношению к ним. Нужно ли напоминать, что особо шумные производства (листовой металл) должны быть удалены от жилой зоны?

Можно установить, что защита здания от внешних дневных шумов основана на тех же принципах, что и защита от шумов ночью. Борьба против звукового утомления в значительной части направлена на устранение внешних шумов.

Внутренние шумы

Защита против внутренних шумов должна в большей степени обеспечивать изоляцию от соседей, чем устранять звуковое утомление. При наличии дневного шумового фона шумы от механических аппаратов и санитарных приборов доставляют меньше неудобств. Понятно, что защита от внутренних шумов значительно важнее в многоквартирных, чем в одноквартирных жилых зданиях. Шум, создаваемый в одной и той же семье в одноквартирном доме, не так уж важен. Напротив, он может стать серьезным источником беспокойства, если возникает в соседней квартире многоквартирного дома. Недостаточно, чтобы шумы от соседей были мало слышны, они должны быть неразборчивы.

Отсюда следует, что перегородки, разделяющие помещения одной и той же квартиры, могут быть тонкими и легкими, но стены или перегородки, разделяющие две различные квартиры, должны обладать значительной звукоизолирующей способностью.

Часто выбирают массивные конструкции: прежде это были стены из сплошного кирпича в 22 см толщиной, в настоящее время — стены из монолитного бетона от 17 до 20 см*. Декрет министерства по восстановлению и строительству квартир от 29 ноября 1955 г. предусматривает среднюю звукоизоляцию, равную 45 дб в полосе частот 500— 1000 гц.

Шум от шагов соседей наверху в многоквартирных домах особенно раздражает. Звукоизоляция полов выполняется двумя способами: либо полы покрываются шерстяными, резиновыми или из другого соответствующего материала коврами, либо устраиваются «плавающие» полы (это дорогостоящий способ).

Шум может также передаваться по вертикальным каналам. Декрет от 29 ноября 1955 г. указывает различные мероприятия для предотвращения этих неудобств.

Заключение

Для обеспечения звукового покоя в жилых помещениях нужно-больше внимания уделять решению строительных задач. Разумное расположение здания на участке и хорошее дорожное покрытие улучшают звукоизоляцию. Во всяком случае полная звукоизоляция помещения является необходимой.

Надо отметить, что дом прежних времен с его массивными ограждениями (наружные и внутренние стены, перекрытия), небольшими окнами больше отвечал требованиям звукоизоляции, чем многие современные здания.

Об обеспечении зрительного покоя

Следует рассмотреть два периода суток: время сна и время бодрствования.

Зрительный покой во время сна

Для сна желательна полная темнота. Поскольку спят обычно-ночью, это условие оказывается автоматически выполненным в течение остекления; г) отделку окна (занавески тюлевые или кружевные); д) обработку обрамления окна (наличники, откосы, наличие коробок для внутренних штор и т. д.); е) цвет окружения окна; ж) отсутствие затенений с внешней стороны окна (важнейший фактор, поскольку при наличии внешних затенений все прочие факторы сводятся на нет).

Ниже мы даем результативную таблицу, иллюстрирующую этот метод, который служит скорее для качественной оценки освещенности. Если желательно иметь более точные цифры, можно обратиться к методу Кадьерга.

Существует минимальная площадь окон, при которой естественное освещение помещений можно считать достаточным. Правда, всегда имеется возможность расширить площадь окон, освободив их от занавесок и жалюзи, но это противоречит потребностям теплового покоя зимой и летом.

Нормы естественного освещения помещений

Часть окна, расположенная ниже уровня 0,5 м над полом, не принимается во внимание. Необходимо принять поправку к площади помещения, когда имеется выступ более чем на 70 см над окнами или если оконная перемычка расположена ниже чем на 2,30 м от пола помещения. Исключение составляют окна второго света. Глубина помещения должна быть не более 2,5 высоты от пола до нижней поверхности оконной перемычки.

Когда противоположная окнам стена служит для расстановки мебели, глубина помещения может быть увеличена на 80 см.

Защита проемов от солнца. На всех этажах следует предусмотреть солнцезащиту для всех фасадов, обращенных на запад и юг, для общих комнат и приспособление для полного затемнения для спален, какова бы ни была их ориентация.

Ограничение затемнения фасадов. Здания, расположенные научастке, принадлежащем одному владельцу (не включенные в ансамбль). Освещенные проемы жилых комнат не должны заслоняться частью здания, которая с подоконника этих проемов была бы видна под углом более 45° над горизонтальной плоскостью. Для наименее освещенных фасадов этот угол может быть увеличен до 60° при условии, что только половина жилых комнат выходит на этот фасад. Минимальный разрыв 4 м.

Ансамбли жилых домов (здания более чем 15-квартир-ные). Половина фасадов должна быть освещена прямыми лучами солнца по меньшей мере 2 ч в день в течение 200 дней в году. У другой половины угол видимости составляет наклонная плоскость в 60°*.

Здания, выходящие на улицу: предписания требуют, чтобы наклонная плоскость видимости соответствовала примерно 45°. Исключение составляют поселки до 2000 жителей.

Примечание. Практическое решение естественного освещения помещений было найдено одновременно с созданием остекленных окон больших размеров еще в конце эпохи Возрождения.

Общая проверка естественного освещения помещений

Здесь приводится таблица общей проверки естественного освещения помещений. Речь идет только о том, чтобы удостовериться, будет ли запроектированное помещение светлым, средней освещенности или темным.

Нижний предел наружной освещенности при пасмурном небе для парижского района равен приблизительно 4000 лк.

Предполагается, что воздух помещения не запылен, стекла простые и на окнах нет коробов для оконных штор; значения коэффициентов приближенные; промежуточные значения получают интерполяцией.

Расчет упрощается при помощи трехзначных десятичных логарифмов.

Об обеспечении пассивного отдыха

Для обеспечения пассивного отдыха, что является дополнительным требованием к жилищу, не нужно особого закрытого помещения. Однако физическое утомление может снизить эффективность различных видов покоя, а обеспечение этих видов покоя — по существу основная цель современного жилищного строительства. Ниже мы кратко перечислим различные мероприятия, которые необходимо предусмотреть в доме в целях создания условий для пассивного отдыха (в дальнейшем мы вернемся к этому при рассмотрении темы в 2,12).

Расположение квартир в одном уровне предпочтительнее построенных в последние годы под названием «дуплекс» (два уровня, связанные маленькой внутренней лестницей);
— устройство лифта обязательно в зданиях свыше шести этажей1; планировка кухни должна исключить чрезмерное утомление домохозяйки;
— для приготовления пищи должен быть использован городской газ или электричество, чтобы избежать переноски угля вручную;
— питьевую воду надо подавать в квартиру (часто это отсутствует в сельских домах);
— квартиру следует оборудовать установкой центрального отопления, чтобы не было печей в комнатах;
— квартиры должны быть оборудованы соответствующей электропроводкой для использования различных электробытовых приборов;
— окна необходимо снабжать противомоскитными сетками, если местность изобилует комарами.

В многоэтажных многоквартирных жилых домах следует предусматривать управление входной дверью из квартир. Внутренний телефон должен давать возможность посетителям разговаривать с жильцами, находящимися в квартирах.



Экология человека - Конструктивные мероприятия, обеспечивающие нормальные физиологические условия в помещениях

Разделы

Содержание блога

Содержание сайта.


Другое

Статьи по теме "Экология человека"