CC BY
7
Л. Б. Черннн
К вопросу санитарного нормирования микроклимата жилых и других гражданских зданий массового строительства
Из кафедры строительного производства Львовского политехнического института
Одним из важнейших факторов благоустройства помещений является метеорологический комфорт. Это требует особого внимания к вопросам санитарно-гигиенической и теплотехнической оценки отопительных систем в зависимости от конструкции отопительных устройств, климатической зоны, назначения помещений, длительности пребывания и рода занятий людей, их возраста и других условий. К сожалению, ни в санитарных, ни в строительных нормативах эти вопросы не находят сколько-нибудь детального отражения и решаются в самых общих чертах: нормируется лишь средняя температура помещения «а высоте 1,5 м от пола, температура поверхности нагревательных устройств, теплоемкость и некоторые другие моменты.
Наиболее распространенной системой отопления является печное. Существует много детально разработанных конструкций отопительных печей, но еще больше печей, пожалуй, выкладывается вне всяких типовых решений. ГОСТ 2127-47 («Печи отопительные», нормы проектирования) предусматривает 13 типов с совершенно различным распределением тепла по поверхности печи. При этом ГОСТ не дает никаких рекомендаций по выбору типов в зависимости от назначения помещений. В альбомах типовых проектов («Военпроект», «Управление по делам архитектуры», «Ленинградский институт коммунального хозяйства», «Главстройпроект» и др.) приводятся десятки вариантов каждого типа. Однако ни в этих альбомах, ни в нормах и технических условиях на проектирование строительства 1 мы не встречаем какого-либо санитарно-ги-гиеничеокого и санитарно-технического нормирования конструкций печей. Среди других конструкций чрезвычайно распространена русская печь. В настоящее время, по данным инженера Подгородникова, насчитывается около 20 ООО ООО таких печей.
Различные конструктивные решения отопительных устройств создают значительно отличающиеся условия теплообмена, а отсюда и микроклимата в зоне пребывания людей.
В гигиенической литературе имеется указание о допустимости перепада температуры на уровне 0,05 и 1,5 м от пола в пределах 2—2,5°. Рассмотрим, в какой мере и при каких условиях соблюдается на практике это указание, не касаясь вопроса о том, обосновано ли оно физиологически или является простой констатацией обычно существующих на практике условий распределения тепла, что более вероятно. Так, например, вряд ли снижение температуры с 18° на уровне головы человека до 15,5° в нижней зоне является комфортом, особенно если учесть рост маленьких детей.
На рис. 1 нанесены температурные кривые по литературным данным и нашим исследованиям 2. Кривая 1 (по данным Б. М. Аше) показывает, что при отоплении комнаты с помощью нагретого пола температура воздуха с высотой не меняется. При всех остальных способах отопления температура по мере увеличения высоты повышается. Так, кривая 2 (Аше), выведенная для радиатора центрального отопления, свидетельствует об увеличении температуры с 14,5° (0,05 м от пола) до 18,5°
1 Нормы проектирования жилых зданий (проект), 1948; Технические условия на проектирование гражданских зданий массового строительства, 1946.
2 На рис. 1 представлена совмещенная диаграмма для помещений различной высоты. Высота очерчена горизонтальной полоской.
2* • —-
11
(1,5 м) и 23° (у потолка). При центральном отоплении удается получать колебания температуры менее указанных. Приведенные данные Аше, пожалуй, более характерны для первых этажей, где пол обычно более холодный. Изменение температуры зависит от высоты подвески радиатора и его формы. Значительно отличаются градиенты температуры при печах с верхним и нижним обогревом, что иллюстрируют кривые 3 и 4: при верхнем обогреве температура внизу была 16°, на высоте 1,5 м от пола 21° и у потолка 25°; при нижнем обогреве температура у пола равнялась 14°, на высоте 1,5 м 16,5° и у потолка 18,5°. Большое значение имеет также высота печи: печи небольшой высоты при равной теплоотдаче значительно лучше прогревают нижнюю зону помещений,
5,5
5,0 4,5 и,О 3,5 3,0 2,5
г,О
',5
15
"Ч
-1 ¡3 =3 о?
0 Ъогрегти пол ш П( °чь лг 0. Рс ди ап Юр П. >чь А, г 1 /сс ка Я /• ь
) г) ж! я : 7
г У 1 г / у -5
1 / У / у Г С *
1 / / 4 у А
С V/ / \
V-. ■А ( У ь \ 1 ■Л
го
25
30
35
ЬО°С\
Рис. 1. Изменение температуры по высоте помещения при различных отопительных устройствах
что особенно важно для первых этажей. Специальные исследования, проводившиеся во Львове в 1949—1950 гг. под руководством проф. Мар-тынюка, показали, что в одноэтажных домах разность температуры у пола и на высоте 1,5 ,м нередко достигает 5—6,4°.
Крайне резкие колебания температуры отмечаются при отоплении русской печью с необогретым низом (подпечью). Даже в весенние дни мы получали (кривая 5) у пола 15,5°', иа высоте 1,5 м 27° и у потолка 33,5°. В более холодные дни изменения температуры с высотой еще резче. По данным Подгородникова нередко температура у пола опускается ниже 0, вследствие чего сыреют и быстро изнашиваются нижние венцы стен домов.
Условия микроклимата при отоплении русской печью старой конструкции неоднократно привлекали внимание гигиенистов и инженеров. Между тем те же причины — неправильное распределение поверхностей нагрева — характерны для многих других конструкций печей.
На рис. 1 •Ьысота помещения условно распределена на четыре зоны: первая — от пола до 0,5 м (ноги до колен; в эту зону попадают также маленькие дети, сидящие на полу); вторая зона—от пола до 1 м (основная зона детей); третья зона—от пола до 1,5 м (основная зона взрослых) и четвертая — от высоты 1,5 м до потолка. Показанное на рисунке распределение тепла по высоте не соответствует нашим стремлениям: тепло распространяется вверх, излишне прогревая верхнюю зону, что связано с лишним расходом топлива.
ЗОмин.
На распределение температуры по высоте влияют конвекция, лучеиспускание, теплотехнические свойства ограждений, инфильтрация, механическое перемешивание воздуха, расположение мебели и другие причины. Из них следует особо остановиться на теплообмене путем конвекции; этим в значительной степени определяется картина распределения тепла.
Исследовать движение конвективных потоков в реальных условиях очень трудно. Нам удалось осуществить это с помощью метода подобия на тепловых моделях, руководствуясь исследованиями советских теплофизиков школы акад. Кирпичева. Не имея возможности подробно изложить чрезвычайно интересную картину движения воздуха, ограничимся приведением некоторых схем и фотографий конвективных потоков в помещениях
Движение воздуха в помещении при печном отоплении обусловливается наличием тепловых струй у теплоотдающих и холодных поверхностей. Если помещение нагревается только горизонтальной поверхностью (плитой), конвективные потоки возвращаются к началу движения, к поверхности плиты (зона / на рис. 2). В результате, как было установлено еще Кирпичевым и М. А. Михее-вым, происходит резкое выделение температурных зон.
зона зона
M
3,5 3,0 2,5
г,о 1,5 1,0 0,5 О.
- ¿часа 10Mut -- ЬОмин -н t. — ЗОмин. гт
*Hazps6t не Вкл II. / /7
; /
/ г } 7 °
> Высот а теля
Hl ггреоа
«
< •
кВт
Рис. 2. Циркуляция воздуха при Рис. 3. Нагрев горизонтальной плитой
отопительной печи (Чернин) (Кудрявцев)
А — теплоотдающие поверхности
Е. В. Кудрявцев (Энергетический институт Академии наук СССР, 1948) получил весьма характерное температурное поле в условиях комнаты (площадью 2,9 X 3,3 м и высотой 3,5 м), обогреваемой плитой, которая подвешивалась на разных расстояниях от потолка (рис. 3). Исследования полностью подтвердили наблюдения на моделях.
Если обогревать весь пол, то получается совершенно равномерная температура как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Грум-Гржимайло, автор гидравлической теории движения газов, создавший ее на основе механической теории тепла Ломоносова, писал: «Лучшим отопительным устройством является теплый пол». При обогревании помещения только вертикальными поверхностями печи, не доходящими до пола, внизу, шоке начала нагрева, получается «холодная яма» (рис. 2, зона III). Так именно называл и представлял себе циркуляцию воздуха Грум-Гржимайло, критикуя русскую печь как отопительное устройство. Однако этот же закон действует и при других современных конструкциях отопительных печей, когда нагрев происходит не от самого пола, а примерно с уровня колосниковой решетки. «Отопительные приборы, — писал Грум-Гржимайло, — должны брать нагреваемый воздух с уровня пола. Этому условию не удовлетворяют ни печи домашнего отопления, топка коих поднята над . полом на 6—8 вершков, ни радиаторы
1 Л. Б. Чернин, Исследование на моделях конвективных потоков воздуха
и замкнутом контуре и при естественной вентиляции горячих цехов.
парового и водяного отопления, поднятые над полом на 4—8 и более вершков».
Советские техники создали ряд новых конструкций отопительных печей с преимущественным обогревом в нижней части — печи Бордзе-нок, Карабанова и Самарина, Волкова, Семенова, Михина, а также приближающиеся к этим конструкциям печи Всесоюзного теплотехнического института (Ковалевского) и др., а также усовершенствованную конструкцию русских печей (Подгородникова) Влияние печей новых конструкций на микроклимат помещения проверено в исследованиях Подгородникова и др. Указанные конструкции приводятся в ряде альбомов и типовых проектах («Военпроект», Управление по делам архитектуры и др.); они нашли также отражение в ГОСТ 2127-47. К сожалению,
выбор конструкций печей происходит вне какого-либо санитарного и строительного нормирования, и на практике в основном применяются печи с верхним обогревом.
Наши исследования позволили выявить еще один весьма важный фактор в оценке влияния конструкции печей на микроклимат помещений.
При изучении циркуляции воздуха в помещении с одновременными горизонтальными и вертикальными поверхностями нагрева (рис. 2) были обнаружены три зоны — одна холодная внизу, до начала вертикальных поверхностей, и две зоны циркуляции теплого воздуха — одна над горизонтальной поверхностью и вторая от нижней точки прогрева вертикальных поверхностей вверх. Наиболее интенсивная циркуляция была над горизонтальной плитой (рис. 4), хотя печь нагревалась также с боков, начиная от уровня пола. Это также привело к резким выделениям температурных зон, что видно из рис. 2.
Таким образом, значительное поступление тепла вверх объясняется не только холодной подпечью, но и наличием развитой .горизонтальной поверхности нагрева. К сожалению, ГОСТ 2127-47 допускает применение активных горизонтальных поверхностей теплоотдачи при условии, что эти поверхности должны быть расположены ниже 2,1 м. Между тем горизонтальные поверхности не дают нужного распределения тепла и при этом условии. При выкладывании печи необходимо следить, чтобы верх печи был холодным (температура поверхности должна быть близкой к температуре воздуха).
Выше мы рассматривали явления с точки зрения теплообмена путем конвекции, однако наличие передачи тепла лучеиспусканием не только не снижает, но делает еще более необходимым соблюдение всех предъявленных требований к распределению теплоотдачи поверхностями отопительных печей.
Отсутствие какого-либо санитарного нормирования и контроля привело к тому, что фактически выбор типа печей при проектировании и строительстве зависит преимущественно от местных традиций, вкусов, а то и просто от желания и умения лиц, возводящих печь. Наиболее распространенными являются печи наименее рациональные с санитарно-гигиенической точки зрения, а именно с верхним прогревом (альбом Ленинградского института коммунального хозяйства и др.). В типовых
1 Эта конструкция сохраняет все высокие качества русской печи как пекарно-варочного агрегата.
Рис. 4. Циркуляция воздуха при отопительной печи (Чернин)
проектах жилых и других зданий массового строительства (детские сады, ясли, школы и др.) авторы нередко не касаются вопроса о требованиях, которыми следует руководствоваться при выборе типа печей (ряд типовых проектов Главстройпроекта и др.). Нередко имеющиеся указания носят противоречивый характер. Так, московские государственные архитектурные мастерские широко применяют в своих типовых проектах одноэтажных зданий печи с преимущественно нижним обогревом, а Ленинградский институт коммунального хозяйства рекомендует в основном печи с верхним обогревом (альбом 1947 г.). Нередки противоречия и в отдельных выпусках одного и того же издания (например, Главстройпро-екта). Встречается неправильное решение конструкций и для двухъярусных печей: печи второго этажа делаются с нижним обогревом, а первого этажа, где пол холодный и тяга лучше, с верхним обогревом.
В ы в о д ы
1. Необходимо разработать классификацию типовых конструкций отопительных печей и установить область их применения, в частности:
а) в групповых (игровых) комнатах яслей, детских садов, а также в ванных комнатах водолечебниц и аналогичных помещениях в климатических зонах I, II, III и IV Б должны применяться печи с нижним обогревом;
б) во всех жилых помещениях, яслях, детских садах и палатах больниц в зоне первого климатического пояса следует применять печи с нижним обогревом;
в) рекомендуется применение печей с нижним обогревом в жилых помещениях климатических зон I, II, III и IV Б при наличии холодного пола (первые этажи);
г) при использовании помещения кухни как жилой комнаты следует запретить строительство русских печей старой конструкции как единственного отопительного устройства в климатических зонах I, II, III и IV Б. Рекомендуются усовершенствованные русские печи типа Подго-родникова или русские печи старой конструкции со щитками, нагревающимися до низа.
2. Необходимо регламентировать высоту над полом, на которой должна быть обеспечена температура, указанная в ГОСТ 90008-39, в зависимости от назначения помещений, а именно:
а) для групповых (игровых) комнат яслей и аналогичных помещений, где дети могут находиться на полу сидя, высота 0,5 м;
б) в комнатах детских учреждений и школах высота 1 м и т. д.
3. Необходимо регламентировать допустимые колебания температуры по высоте.
4. Выбор 'конструкции отопительных печей необходимо согласовывать с санитарными органами.
5. При конструировании отопительных печей следует учесть, что горизонтальные поверхности не должны служить источником нагрева помещений; необходимо обеспечить их теплоизоляцию. Высота печей не должна превышать 1,5—2 м.
6. Не следует допускать увеличения расчетной температуры поверхности печи с 90° до 120°, как рекомендуют некоторые авторы, так как это повлечет за собой, кроме ухудшения гигиенических качеств поверхности, увеличение конвекции в верхнюю зону помещения.
7. Следует широко изучать влияние высоты и формы нагревательных приборов при центральном отоплении.
8. Необходимо широко рекомендовать метод теплового моделирования при изучении вопросов микроклимата помещений.
Ъ -к -йг
