CC BY
11
А. А. ЛЕТАВЕТ, А. Е. МАЛЫШЕВА, С. А. КЛЮГИН
Гигиенические нормативы вентиляции зрительных залов при подаче воздуха в зону пребывания человека1
Из Института гигиены труда и профзаболеваний Академии чедицинских наук СССР
Вопрос о наиболее целесообразных принципах и оистемах вентиляции зрительных залов большого объема с целью обеспечения в них максимально-комфортных метеорологических условий подвергался неоднократно дискуссии как у нас, так и за рубежом. Наиболее спорным являлся и является до сих пор вопрос о зонах подачи приточного воздуха: а) в верхнюю зону — под потолком (принцип «сверху вниз») и б) в нижнюю зону — в зону пребывания людей (принцип «снизу вверх»).
Наиболее распространена в настоящее время система подачи приточного воздуха в Еерхнюю зону (сверху вниз). В США подача воздуха в верхнюю зону осуществлена в наиболее крупных залах (Спортзал, Madison Garden, зал здания общественных учреждений в Сан-Луи, театр Радио-Сити и др.). При этом способе подачи воздуха широко применяется рециркуляция в объеме 70—75% общего притока. Хотя объем подаваемого приточного воздуха обычно составляет 32—42 м3 на одного зрителя, результаты вентиляции, судя по опубликованным материалам, получаются хорошие. Однако эти положительные отзывы не могут считаться вполне убедительными, так как они большей частью печатаются в американских журналах, издаваемых заинтересованными фирмами.
Взгляды на систему подачи вентиляционного воздуха в зону пребывания человека (подача снизу вверх) весьма противоречивы. Этот принцип в американской литератур« встречает большей частью отрицательную оценку, причем указывается на охлаждение ног, вызываемое движением воздуха, трудность регулирования и технико-экономические причины.
Вместе с тем с гигиенических позиций принцип подачи воздуха в верхнюю зону нельзя считать вполне безупречным: даже при подаче в верхнюю зону целиком свежего воздуха к зрителям поступает смесь с его незначительным содержанием. Смешение свежего воздуха и воздуха зала происходит при длительном движении воздушной струи навстречу поднимающимся потокам.
В гигиеническом отношении система подачи вентиляционного1 воздуха снизу вверх имеет несомненные преимущества, так как при этой системе свежий воздух подается непосредственно в зону пребывания человека, затем, ассимилировав тепло и прочие выделения человека, удаляется через верхнюю зону. Загрязнение воздуха в зоне дыхания за счет смешения не происходит, так как воздушный поток совпадает с направлением естественных конвекционных токов. При таких условиях создается индивидуальный микроклимат для каждого зрителя.
В настоящее время мы не располагаем достаточным практическим опытом эксплоатации вентиляционных систем, работающих по этому принципу. Вентиляционная система концертного зала им. Чайковского в Москве, выполненная по принципу подачи воздуха в зону пребывания человека (через спинки кресел), до сих пор не подвергалась детальному испытанию. I
В экспериментальной климатической камере Института гигиены труда и профзаболеваний Академии медицинских наук в течение ряда лет
1 В работе принимали участие Э. Я. 3»к, Б. М. Тверская, Н. Ю. Тарасеико.
3* ___
19
(1939—1940 и 1946—1947 гг.) нами изучались гигиенические условия при подаче воздуха в зону пребывания человека. Исследования этч проводились по заданию Управления строительства Дворца советов с целью разработки гигиенических норм комфорта (температура воздуха, направления и скорости воздушного потока, необходимый объем воздуха).
В климатической камере была построена специальная экспериментальная установка из девяти кресел, расположенных в три ряда. Ряды кресел возвышались один над другим на 33 см в соответствии с высотой ступеней стенда, на котором они были установлены. Из кондиционера воздух заданных параметров подавался под стенд. Количество воздуха устанавливалось в зависимости от задачи опыта.
Испытаны были три варианта подачи воздуха: 1) под сиденье кресел, 2) через спинки кресел и 3) комбинированная' (одновременно под сиденье и через спинки кресел). Испытание этих вариантов подачи воздуха производилось при расстоянии между рядами кресел в 85 и 100 см. Опыты проводились при температурах подаваемого воздуха от 16 до 27°, относительной влажности от 40 до 60% и объемах подаваемого воздуха от 10 до 150 м3 на каждое кресло.
Для оценки комфортности среды служили: теплоощущение испытуемых (очень холодно, холодно, приятно прохладно, комфортно, приятно, тепло, жарко), динамическое измерение температуры кожи и одежды, а также температуры воздуха в окружении человека. Длительность большинства опытов была 2—3 часа; каждые 30 минут регистрировались теплоошущения испытуемых на специальной карте и термоэлектрическим методом. Движение воздуха определялось при помощи термоэлектрического анемометра.
Зоной комфорта мы считали такие метеорологические условия, при которых более 50% испытуемых чувствовали себя комфортабельно и только 2—5% дискомфортно (холодно или жарко). При оптимальных условиях, оценки теплоощущений «тепло» или «прохладно» должны распределяться по шкале равномерно и составлять не больше 1/3 всех ответов. Жалобы на подвижность воздуха, запахи или другие неприятные ощущения должны отсутствовать или поступать не больше чем от 10% испытуемых.
В опыте одновременно участвовало 9 человек. Всего было проведено 450 опытов на 120 испытуемых и получено около 17 000 оценок тепло-ощущений и примерно такое же количество измерений температуры кожи, одежды и воздуха.
Экспериментально были установлены как зимние, так и лэтнио зоны •комфорта. Приводим данные для зимьего и переходного периода.
Наши исследования 1939—1940 гг. показали 1, что при подача воздуха через отверстия в спинке кресел (размер отверстий 45 X 4 см, на уровне 57 см от пола, воздушный факел под углом в 50° в зону лица) зона комфорта находилась в пределах 18—23э. Подаижн:1сть воздуха при этом была на уровне лица 0,15 м/сек при объемах подаваемого воздуха 20 м3/час и 0,07 м/сек при подаче 15 м3/час на человека.
Оптимальная температура 21°. Теплоощущения испытуемых при этой температуре распределялись следующим образом: комфортабельно— 71°/о, прохладно—19%, тепло—10%.
В опытах 1946—1947 гг. воздух подавался также через спинки кресел; отверстия размером 40 X Ю см располагались на высоте 37 см от пола, т. е. на 20 см ниже, чем в опытах 1939—1940 гг.
Воздушных факел был более широк и охватывал не только верхнюю часть туловища, так как в результате завихренйй создавалась незначи-
1 Гигиена и санитария, № 12, 1940. #
тельная подвижность в области ног. Опыты проводились при объемах подаваемого воздуха 20 и 40 м3 на человека.
Скорость движения воздуха
при 40 мз при 20 м3 на человека на человека
У выхода................. 0,206 м/сек 0,106 м/сек
В зоне лица................ 0,076 •. 0.05
. туловища .............0,106 . 0,07
. колен...............0,10(5 , 0,07
Зона комфорта находилась в пределах 20—23°. Оптимальные условия соответствуют 21° при 20 м3/час и 22°—при 40 м3/час. Теплоощу-щения испытуемых распределялись равномерно. Температура кожи лба в большинстве случаев к концу опыта повышалась до 0,5°, Температура
кожи кисти рук снижалась до 2°, а голени—до 1°. Жалобы на беспокоящую подвижность воздуха имели место в исключительно редких случаях. Жалобы на присутствие неприятных запахов или духоту отсутствовали.
Несмотря на то, что первая группа опытов проведена в 1939— 1940 гг., а вторая — в 1946—1947 гг. на других испытуемых и на несколько отличной конструкции кресел, данные оценок теплоощущеннй в первой и второй группе опытов (рис. 1) совпадали.
Во второй серии опытов подача приточного воздуха производилась из-под сиденья кресел в область ног.
Опита 1939г. Опыть/ /947г
% Скорость у лика О./гм/сСпорость у лица 0.076м/с НО
90 10 70 00 Л,в 40 90 20 Ю 0
Холодно I \ Комфортабельно
Х.////Л Приятно прохладно ^^^ Приятно тепло
Рис. 1
В опытах 1946 г. воздушный факел занимал все пространство между креслами (85 см) и поднимался вертикально, минуя зону дыхания. При такой системе подачи скорость движения воздуха была в зоне ног 0,04 м/сек, в зоне груди 0,03 м/сек, в зоне лица 0,03 м/сек при объеме подаваемого воздуха 20 м3 на человека.
При этой системе подачи воздуха установить зону комфорта не удалось. Оценки теплоощущений испытуемых при разных режимах распределялись неравномерно. При температуре 22° свыше 50% оценок относятся к комфортабельным. Однако больше 40% оценок признавали эти условия дискомфортными — прохладными. Почти все испытуемые отмечали неприятное ощущение в области ног от подвижности воздуха («дует в ноги», «холодно ногам», «хочется куда-нибудь убрать ноли» и т. д.). В то время ¡как температура кожи голени снижалась на 2,0— 2,5°, температура кожи груди повышалась в пределах 1,0°, так как воздушный поток обмывал преимущественно нижнюю часть туловища.
При увеличении пространства между креслами с 85 см до 100 см структура воздушного потока не изменялась.
В этих условиях, несмотря на несколько большие скорости движения воздуха в области ног, в этой группе опытов при той же самой температуре приточного воздуха испытуемые чувствовали себя более комфортабельно (рис. 2). При температуре приточного воздуха 22° оценки теплоощущений испытуемых распределяются следующим образом: комфортабельно—53%, прохладно—17%, тепло — 22% и жарко — 8%. Лучшее самочувствие испытуемых объясняется тем, что при более широком проходе между креслами (100 см) они имели возможность сидеть так, чтобы ноги не подвергались действию направленного потока. Температура кожи лба в этой группе опытов оставалась в большинстве случаев без изменений, температура кожи кисти рук снижалась до 1,5° и кожи голени — до 2,7°. Жалобы испытуемых на неприятную подвижность воздуха в области ног снизились до 19%.
В третьей серии опытов приточный воздух подавался одновременно через отверстия в верхней части спинки кресел и под сиденье. Достаточно широкий воздушный факел обмывал большую часть поверхности тела человека. При 40 м* воздуха, подаваемого на человека, скорость движения воздуха была в зоне лица 0,04 м/сек, в зоне туловища 0,03 м/сек и в зоне ног 0,120 м/сек. Зона комфорта находилась в пределах 21—23° (рис. 2). Теплоощущения при этой температуре распределяются следующим образом: комфортабельно —67%, прохладно— 14%, тепло— 19%. Температура кожи лба оставалась без изменений. Температура кожи кисти руки и голени в большинстве опытов снижалась одинаково в пределах 1,5°. Жалобы испытуемых на неприятную подвижность воздуха встречались в редких случаях. Таким образом, при испытании комбинированной подачи воздуха получены достаточно удовлетворительные з гигиеническом отношении результаты.
В летнее время зоны комфорта выше зимних на 1,5—2,0°.
Одновременно с этим эксперименты подтвердили, что в жаркие дни (при наружной температуре 24—30°) при подаче воздуха в количестве 20 и 40 м3/час на каждое кресло не удается создать комфортных условий. Даже увлажнение воздуха не может обеспечить необходимых с гигиенической точки зрения зон комфорта.
Скорость движения воздуха
при 40 м:| при 20 м:> на человека на человека
У выхода В зоне ног
0,170 м/сек 0,084 м'сек
0,126 . 0,075 „
0,025 . 0.020 .
0,033 , 0.024 .
груди лица
Сооружение специальной холодильной установки сопряжено с «замораживанием» значительных средств, так как практически в течение года холодильная установка будет работать не больше 8—12 дней.
Более целесообразным поэтому мы считали устройство такой системы, при которой включение запасных вентиляторов могло бы создать значительное увеличение мощности притока, в результате которого лица, сидящие на креслах, оказались бы в зоне действия воздушного душа. *
вариант / вариант <? Вариант д
ШШЗ Холодно У///Л приятно прохладно | | Комфортабельно Приятно тепло
Рис. 2
Жарко
Граница зо» раЙньгх ощуще ни и при подаче 20в с на кресло
Томе при подале 40м3/час "а кресло
Исходя из этих соображений, мы провели группу опытов с подачей 100 и 150 м3/час воздуха на каждого человека.
Созданные при этом скорости движения воздуха в зоне пребывания были:
при 100 м3 при 150 м3
В :оне лица................0,225 м/сек 0,290 м/сек
. туловища.............. 0,160 . 0,230 .
. . ног..............• ... 0,180 . 0,240 ,
В том и другом случае зона комфорта находилась в пределах 23— 25°. При этих условиях свыше 72% испытуемых чувствовали себя комфортабельно. Жалобы на чрезмерную подвижность воздуха отсутствовали.
Оптимальные условия комфорта определяются, однако, не только температурой и подвижностью воздуха, но в значительной мере и направлением воздушного потока.
Как показали наши исследования, строго направленный воздушный поток даже в пределах зоны комфорта вызывает у испытуемых неприятное ощущение.
Подача вентиляционного воздуха под сиденье кресел, когда воздушный факел был строго направлен в область ног, вызывала у испытуемых неприятные субъективные ощущения даже при скорости движения воздуха в 0,1 м/сек.
На основании проведенных опытов следует считать наиболее рациональной подачу приточного воздуха широким потоком, охватывающим большую часть поверхности тела.
Специальные наблюдения по установлению оптимальных объемов подаваемого воздуха показали, что при всех трех системах подачи воздуха е зону пребывания человека комфортные условия были получены при объемах подаваемого воздуха 20 и 40 м3/час на человека при температуре подаваемого воздуха 21—22°. При этом создавались скорости движения воздуха, не превышающие 0,1 м/сек для зимнего периода и 0,3 м/сек для летнего периода при перепаде в 2° между подаваемым воздухом и воздухом вблизи человека (воздушная одежда).
Воздух, подаваемый в зону пребывания человека, ассимилирует преимущественно конвекционные тепловыделения. Радиационные тепло-потери поглощаются ограждениями. Так, температура стен в наших опытах повышалась в пределах Г". Температура спинок кресел при неподвижном воздухе за 30 минут повышалась, в зависимости от температуры воздуха в камере, на 1,5—3,8°. В опытах с подвижным воздухом температура спинки кресел повышалась в пределах 1°. В последнем случае влияние кресел на охлаждение испытуемых было значительно больше, так как все время сохранялась относительно высокая разность температуры между креслом и человеком. Охлаждение кресел при наших опытах происходило за счет протекающего в них приточного воздуха.
Таким образом, помимо изменения температуры воздушной одежды, необходимо учитывать изменение температуры ограждений, в первую очередь температуру спинки кресел и стен.
Помимо этого, нами были проведены исследования на содержание 602 в воздухе в зоне пребывания испытуемых и в воздухе, удаляемом из камеры. При среднем содержании С02 в подаваемом воздухе 0,04°/о в зоне пребывания людей были найдены следующие концентрации СО>.
При подаче 20 м3 на 1 человека................0,046%
15 мз . 1 „ ................ 0,064%
10 мз , 1 . ................. 0,069%
Следовательно, даже при минимальных объемах подаваемого в зону пребывания человека свежего воздуха (10 м3) содержание СОа в воздухе в зоне дыхания не выходит за пределы принятых гигиенических норм.
В воздухе, удаляемом из камеры, концентрации СО> достигали 0,08—0,14%, что также не превышает принятых норм.
Можно было предполагать, что при комбинированной системе подачи воздуха (под сиденье и из спинки кресел) воздушный поток будет поднимать пыль с поверхности пола. Было произведено исследование на запыленность воздуха. Пыль (ликоподий) перед началом опыта в значительном количестве рассыпалась на полу в проходах между рядами кресел. Результаты исследований приведены в следующей таблице. ч
Объем приточного Движение воздуха в м/сек Число Количество пылинок в 1 см3
во .¡духа в м3/час наблюдений минимум максимум среднее
0 0 6 829 1067 976
40 0,03 11 225 267 247
100 0,19 11 162 248 205
Количество пылинок в 1 см3 при подвижном воздухе оказалось во много раз меньше, чем при неподвижном воздухе. Эти данные указывают, что подача воздуха под сиденье кресел не только не увеличивает запыленности воздуха, но, наоборот, уменьшает ее.
Частицы пыли, которые поднимаются в воздух при передвижении людей между рядами, в неподвижном воздухе оседают крайне медленно; при наличии же притока воздуха они уносятся из зоны нахождения людей. В то же время частицы пыли, осевшие на пол, не сдуваются воздухом, вследствие небольших скоростей движения воздуха.
Материалы оценок теплоощущений мужчин и женщин были разработаны раздельно.
В зимнее время мужчины были одеты в шерстяные костюмы, а женщины — в шерстяные платья и шерстяные кофточки. В летнее время мужчины были одеты в рубашки, а женщины — в летние платья. В пределах зоны комфорта как в подвижном, так и в неподвижном воздухе нет различия в оценке теплоощущений у мужчин и женщин. При температуре же воздуха ниже 20°, а также выше 23° как в подвижном, так и в неподвижном воздухе имеются незначительные различия: женщины оценивают одни и те же метеорологические условия как более прохладные по сравнению с мужчинами. Так, например, при температуре приточного воздуха в 25° теплоощущения испытуемых распределяются следующим образом:
Жарко Тепло "Т^п Прохладно
табельно
Мужчин..... 15% 55% 23% 7%
Женщин .... 13«/, 39% 43% 5%
Небольшая разница в теплоощущениях мужчин и женщин объясняется, повидимому, особенностями женской одежды.
Все изложенное позволяет считать, что при подаче воздуха снизу вверх могут быть созданы вполне удовлетворительные гигиенические условия.
Несколько неудачных попыток применить нижнюю подачу в зрительные залы не является основанием для вывода о непригодности этого метода вентиляции.
Общая причина неудач заключалась в том, что вентиляционные системы строились на-глазок, без каких-либо предварительных экспериментов. При нижней подаче человек обдувается воздухом непосредственно после его впуска, и поэтому ошибки .при расчете и конструировании системы сказываются особенно резко.
Авторы проектов систем вентиляции с нижней подачей воздуха показали, что подаваемый воздух ассимилирует все тепловыделение людей. При этом, стремясь уменьшить общий расход воздуха, проектиров-
4 Гигиена и санитария, № 11
щики принимали значительные перепады между температурой притока и температурой воздуха в зоне пребывания людей. Впуск воздуха производился не у каждого кресла, а горизонтальными струями или фонтанчиками, обслуживающими несколько кресел, без учета фактора скорости воздушного потока.
Проведенные нами опыты обнаружили значение фактора скорости воздушного потока и показали, что перепад температур не должен превышать 2°. Кроме того, при проектировании систем вентиляции для больших зрительных зал следует вести расчет на поглощение конвекционного тепла, ибо лучистое тепло воспринимается стенами зала, а скрытое не повышает температуры воздуха и влияет только на относительную влажность. Далее выяснилось влияние температуры стен на теплоощущение испытуемых.
Наконец, при проектировании вентиляционных систем для помещений, периодически заполняемых людьми, необходимо учитывать влияние первоначального объема чистого воздуха и теплоемкость самого зала.
Выводы
Комфортные условия для зрителей при системе подачи вентиляционного воздуха в зону пребывания людей (снизу вверх) могут быть получены при соблюдении следующих гигиенических требований.
1. Воздушный факел должен быть достаточно широк и охватывать значительную поверхность тела человека. Из различных систем подачи приточного воздуха наиболее благоприятные результаты получены при системе комбинированной подачи приточного воздуха через отверстия в спинке кресла и под сиденье кресла, а также через отверстие в спинке кресла в зону лица и груди человека. Неблагоприятные результаты получены при системе подачи приточного воздуха в виде строго направленного воздушного факела в область ног (под сиденье кресла).
2. Оптимальные скорости приточного воздуха (при соответствующей температуре) в зоне пребывания человека не должны превышать 0,1 м/сек в зимний и переходный период года и 0,3 м/сек — в летний период.
3. Указанные скорости приточного воздуха в зоне пребывания человека могут быть обеспечены при подаче приточного воздуха в объеме 20 и даже 40 м3/час на человека.
4. Оптимальная температура приточного воздуха в зимний и переходный период соответствует 21° при подаче 20 м3/час на человека м 22° при подаче 40 м7час на человека. Летом температура приточного воздуха для создания зоны комфорта должна быть на 2° выше.
5. При учете теплопотерь человека при данной системе вентиляции необходимо учитывать изменение температуры поверхности кресел. Повышение температуры кресел происходит за счет радиационных тепло-потерь человека, а также за счет непосредственной теплоотдачи путем теплопроведения. Температура стен в зрительных залах имеет практическое значение только для лиц, сидящих близко от поверхности стен.
