CC BY
9
УДК 371.5 : B97.il
НЕКОТОРЫЕ ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ВЕНТИЛЯЦИИ И ОТОПЛЕНИЯ ШКОЛЬНЫХ ЗДАНИИ
Е. И. Кореневская, В. Е. Константинова, Ф. Л. Кальманович.
Н. И. Володина, О. И. Басова
Институт гигиены детей и подростков АМН СССР и Институт санитарной техники
Госстроя СССР, Москва
Изменения температуры, влажности и химического состава воздуха классных комнат в процессе занятий, обусловленные относительно малым их объемом и недостаточным, неправильно организованным воздухообменом, вызывают у учащихся и педагогов преждевременное утомление и зачастую жалобы их на головную боль и ощущение духоты.
В СССР, как и в ряде других стран, в школьном строительстве до сего времени применяют систему вентиляции с помощью неорганизованного притока неподогретого воздуха при активной вытяжке с естественным или механическим побудителем.
Основной принцип действия этой системы не вызывает возражений Почему же тогда условия воздушной среды в учебных помещениях да леки от оптимальных? Дело, оказывается, в том, что несвежий воздух из классов, как правило, удаляют за счет естественных побудителей Механическое побуждение применяют лишь для удаления такого воздуха из помещений специального назначения (кабинетов физики и хи мии, пищеблока, мастерских, санитарных узлов), причем в большинстве школ вентиляторы по тем или иным причинам бездействуют либо от сутствуют вовсе. При естественном побуждении осенью и зимой эта система может обеспечить в помещении в лучшем случае 1—1,5-крат ный воздухообмен. Этого явно не достаточно.
В новом задании на проектирование общеобразовательных школ и школ-интернатов (1960) и в проекте норм и технических условий их проектирования подчеркнута необходимость создания в учебных помещениях 6-кратного воздухообмена только в перемену. Во время же уроков в классе допускается 1 — 1,5-кратный воздухообмен за счет того же естественного побуждения. Это означает, что по-прежнему в классах уже через 15 мин. после начала занятий при закрытых окнах и фра мугах условия воздушной среды будут явно неблагоприятны.
Эта система вентиляции может давать положительный эффект только при постоянной аэрации учебных помещений. Однако в районах с холодным климатом приток воздуха непосредственно через фрамуги и окна при низких наружных температурах сопровождается охлаждением помещения. Чтобы предотвратить такое охлаждение классных комнат, инженер Г. Г. Шамциян (1962), использовав рекомендации инженеров и гигиенистов 30-х годов (Д. Д. Бекарюков, 1933; Н. А. Самойлов, 1935, и др.), предложила и разработала конструкцию агрегата для децентрализованной местной механической подачи неподогретого наружного воздуха в верхнюю зону помещения. Исследования этой конструкции в школах и детских дошкольных учреждениях показали хорошие результаты: химические и физические свойства воздуха оставались оптимальными на протяжении всего дня (Г. Г. Шамциян, Л. Я. Кельштейн, А. Г. Антонов, 1961). Тем не менее она пока не нашла широкого распространения в практике эксплуатации школьных зданий вследствие ряда технических причин: из-за неправильного устройства фрамуг, плохого качества фрамужных затворов, затрудняющего использование фрамуг во время уроков. Кроме того, агрегат,
предложенный Г. Г. Шамциян, требует установки бесшумных вентиляторов, серийное производство которых до сих пор не налажено.
Ограниченное применение аэрации классов объясняется недостаточным вниманием к этому важному вопросу со стороны педагогов и врачей.
Можно ли с помощью аэрации решить проблему рационального воздухообмена в школах? В климатических поясах с теплым и отчасти умеренным климатом в школах с высотой учебных помещений 3,6 м, т. е. выстроенных по проектам прошлых лет, при устранении недостатков в устройстве фрамуг и широкой пропаганде важности аэрации учебных помещений вопросы гигиены воздушной среды можно решить положительно.
Изменение системы остекления и высоты учебных помещений с современными планировочными решениями значительно осложнило проблему вентиляции школ и выдвинуло ее в разряд первоочередных Снижение высоты классных помещений за последние 15—20 лет с 4,6 до 3 м уменьшило кубатуру класса с 270 до 150 м3, т. е. почти в 2 раза. Расчетная кратность воздухообмена (по углекислоте) в новых условиях должна быть увеличена до 8—10 в час, т. е. в класс должно поступать 1200—1500 м3 воздуха в час. Теоретически достичь этого за счет аэрации классов можно. Однако на практике снижение высоты потолка, а следовательно, и фрамуги на 30—40 см изменяет распределение воздушных потоков в помещении, вызывая резкое его охлаждение при использовании фрамуг зимой. Вместе с тем подача таких больших объемов свежего воздуха не требуется. Поэтому норма кратности воздухообмена и определяющие ее физиологические критерии требуют экспериментальной проверки в новых условиях.
Современная структура школьных зданий предусматривает размещение на 1-м этаже в специальных блоках или крыльях объемных помещений общешкольного назначения (гимнастический, актовый и обеденный залы, мастерские). Большинство из них служит источниками пыли и запахов. Как показали исследования В. Е. Константиновой и Г. Г. Шамциян (1962) методом гидравлического моделирования, при обычных системах естественной вытяжной вентиляции в школах подобной планировочной структуры происходит вертикальное перемещение воздуха через лестничные клетки из нижних этажей в верхние. В верхние этажи поступает загрязненный воздух из боковых крыльев и блоков — кухни, мастерских, гимнастических залов и т. д. Этот воздух через рекреации проникает в классы и составляет от '/2 ДО 2/я объема воздуха, поступающего в классы 3 этажей. Очевидно, при нормировании воздухообмена основных школьных помещений следует исходить не только из его количественной стороны (кратности), но и качественной, учитывая в первую очередь количество свежего, незагрязненного воздуха, поступающего или подаваемого непосредственно в учебное по мещение.
Весьма важный вопрос возникает и в связи с новой системой осте кления учебных помещений. Ленточное остекление, создающее более благоприятные условия естественного освещения учебных помещений, при отсутствии солнцезащиты вызывает значительное повышение температуры воздуха в классах не только весной и осенью, но и в солнечные дни зимой.
Расчет подачи тепла в системе центрального отопления сейчас базируют только на температуре наружного воздуха без учета значительных тепловыделений учащихся и влияния солнечной радиации, которая приобретает особое значение при создании школ с ленточным остеклением. Поскольку работоспособность учащихся в первую очередь определяется температурой и влажностью помещений, вентиляцию школьных зданий следует осуществлять с учетом их отопления и солн-
цезащиты, а также тепловыделений учащихся (как это делается на промышленных предприятиях). Необходимо подумать об автоматиче ском регулировании системы отопления в зависимости от температуры воздуха в учебных помещениях. Эти вопросы должны решаться с учетом конкретных природно-климатических условий.
Для проверки и подтверждения сказанного выше мы в 1962— 1963 гг. проводили динамические наблюдения в экспериментальной школе № 15 г. Подольска, выстроенной из железобетонных панелей по проекту архитектора И. П. Саксельцева.
Высота основных помещений школы составляет 3 м. Двустороннее остекленне классных комнат поперечной конфигурации позволяет производить их сквозное про ветривание, школа оборудована системой вытяжной вентиляции с механическим побуждением, благодаря чему в основных помещениях создается 6-кратный воздухооб мен. Удаление воздуха производится непосредственно из учебных помещений. Осевые вентиляторы установлены в вентиляционных каналах, у выхода на крышу. Предусмотрено централизованное их включение. К сожалению, вентиляторы установлены на жестком основании, без амортизации, что вызывает значительный шум и ограничивает возможность их использования во время уроков. Окна классных комнат и рекреаций ленточного типа длиной 5,5 м и высотой 2 м ориентированы на юг и снаб жены верхними и нижними фрамугами (по 4 в каждом окне) размером 0,54 м2 каж
дая. Рабочая площадь фрамуг составляет — площади пола. Кроме того, на
25
внутренней стене, отделяющей класс от рекреации, в верхней части застекленной перегородки имеется по 2 фрамуги размером по 0,96 мг. В каждую рекреацию выходит по 4 класса, в классе имеется по 2 вентиляционных отверстия общей рабочей площадью 0,055 м2.
Воздушную среду и воздухообмен в учебных помещениях мы исследовали в отопительный сезон в марте—апреле 1962 г. и при выключенном отоплении в октябре 1962 г. и марте—апреле 1963 г.Наблюдения велись в общем в течение 39 дней. Температуру и влажность помещений регистрировали с помощью самописцев и психрометров в 6 точках помещения (3 по горизонтали и 2 по вертикали), подвижность воздуха — с помощью кататермометра. При различных метеорологических условиях атмосферного воздуха и режимах вентиляции помещений исследовали содержание к воздухе СОз (в отдельные дни определяли также окисляемость воздуха), скорость я направление воздушных потоков в просветах наружных и внутренних фрамуг, вен тиляционных каналов и дверей основных помещений.
В марте—апреле 1963 г. исследовали также тепловое состояние детей путем регистрации температуры кожи и теплоощущения. Исследования вели в 1—2 классах и в рекреациях 3-го этажа, находящихся в наименее благоприятных условиях воздухообмена и отопления. Отдельные исследования воздушной среды проводили на 1-м и 2-м этажах. Параллельно регистрировали метеорологические факторы атмосферного воздуха — его температуру, влажность, скорость и направление ветра. Исследования проводились при аэрации классов во время уроков, при аэрации рекреаций и открытых фрамугах во внутренней стене класса, при дополнительном включении механиче ской вентиляции во время урока — на 10 мин. в середине урока и по 5 мин. на 15-й и 30-й минутах урока. Контролем служила обычная общепринятая в школах система вентиляции — естественная вытяжка во время уроков и нерегулярное провет ривание класса на переменах с помощью 1—2 фрамуг.
Исследования показали, что при наличии фрамуг со спаренными переплетами размером 0,54 м2, расположенными на высоте 2,5 м от пола (нижний край) и высоте потолка 3 м, возможность аэрации классов в присутствии учащихся во время уроков практически исключена . даже при температуре атмосферного воздуха —-4—5°. Так, в один из дней, когда она составляла —4,2°, в результате 2-минутного проветривания класса одной верхней фрамугой температура воздуха на рабочих местах учащихся в первом ряду парт, отстоявших от окон на 1 м, упала с 18 до 12°. В другой день, когда температура воздуха составляла —12°, за 1'/г мин. проветривания класса она снизилась с 21 до 11° Это вызвало жалобы со стороны учащихся и педагога.
Глубина распространения потока холодного воздуха оказалась незначительной. В центре помещения температура снизилась лишь у пола
1 Система отопления школы в марте 1963 г. не действовала в связи с перегруз
кой котельной микрорайона.
на 3°, а на уровне парт, как и у внутренней стены, продолжала расти Не дала значительных результатов и попытка проветривания классов за счет аэрации рекреаций при открытых фрамугах во внутренней стене класса.
При температуре атмосферного воздуха —6,5—7,4° и скорости ветра 6 м/сек восточного — северо-восточного направления в результате аэрации рекреций с помощью верхних и нижних фрамуг в течение всего урока температура воздуха понижалась до 10—8°. При этом вследствие поступления воздуха из нижних этажей и классов 3-го этажа концентрация С02 в коридоре оставалась высокой — 0,08—0,11 об.% (на 1-м этаже 0,08 об.%). Температура воздуха в классе 3-го этажа к концу урока была 21,8—23,0°, концентрация С02 0,09—0,11 об.%. окисляемость 10,0—11,0 мг 02 на 1 м3 воздуха. Во время перемены содержание в воздухе С02 снижалось до 0,04—0,06 об.% за счет проветривания класса с помощью 2 нижних фрамуг и дополнительного включения механической вытяжной вентиляции.
Значительная разность температур воздуха класса и рекреации (12—15°) вызывала усиленный ток воздуха из класса в рекреацию через верхние фрамуги. Холодный воздух из рекреации в класс поступал через щель под дверью, создавая значительные скорости движения холодного воздуха в нижней зоне помещения (0,3—0,6 м/сек.).
Аналогичные данные были получены в исследованиях при штилевой погоде и южном — юго-восточном направлении ветра. Наихудшие условия вентиляции классов и рекреаций при данном режиме проветривания создавались при отсутствии ветра.
Факт поступления в рекреации 3-го этажа загрязненного воздуха первых двух этажей подтверждается данными исследования воздуха в рекреациях и на лестничных клетках 1, 2 и 3-го этажей. Концентрация С02 на лестничной площадке 1-го этажа равнялась 0,04 об.%, 2-го этажа — 0,06 об. % и 3-го этажа — 0,09 об. %.
Концентрации С02 и температура воздуха нарастали при подъеме с этажа на этаж. Даже при интенсивной аэрации помещений концентрация С02 и температура воздуха оставались высокими, так как через дверной проем лестничной клетки 3-го этажа за 1 час из нижних этажей поступало от 10 000 до 16 000 ма воздуха.
Несмотря на большую площадь сечения вентиляционных каналов, создающих 2-кратный воздухообмен в классе, ленточное остекление с довольно большой площадью щелей у фрамуг и окон, аэрацию рекреаций во время урока и проветривание классов в перемену с помощью 4 фрамуг, в исследуемой нами школе, как и во всех остальных школах, на 15-й минуте урока содержание С02 в воздухе учебного помещения достигало предельно допустимого. К концу урока при таком режиме вентиляции концентрация С02 колебалась от 0,11 до 0,17 об.%. а к концу смены — от 0,12 до 0,23 об.%.
Включение механической вытяжной вентиляции в перемену в любое время года дополнительно к аэрации коридоров во время урока и проветриванию класса в перемену ускоряло процесс проветривания здания, снижало концентрацию СОг в классах.
Дополнительное включение механической вентиляции на 10 мин. в середине урока или 2 раза по 5 мин. на 15-й и 30-й минуте значительно улучшало воздушный режим помещения. За 10 мин. работы вентилятора удалялось из класса от 290 до 320 м3 несвежего воздуха, концентрация углекислоты снижалась в зависимости от исходной на 0,05—0,07 об.%, оставаясь в большинстве случаев на протяжении всего урока в пределах 0,05—0,09 об.%.
Следует отметить, что ни аэрация классных комнат, ни дополнительное включение механической вентиляции не в состоянии при плюсовых температурах атмосферного воздуха снизить до оптимальной
температуру воздуха в классах. Так, когда на улице было 4—6° тепла, температура воздуха в классе возрастала к концу урока до 23—24°, а в солнечные дни — даже до 26—28°. Поддержать "оптимальные условия микроклимата в классе даже в пасмурные дни удавалось только путем выключения системы отопления. При выключенном отоплении и температурах наружного воздуха, близких нулю (—1+2), только за счет тепловыделений учащихся уже в конце первого урока в классе поднималась температура с 13—14 до 16—17°, а в солнечные дни за счет интенсивного (солнечного) излучения — до 22—23°. В апрельские солнечные дни учащиеся не в состоянии были заниматься в первом ряду парт. Эти парты сдвигались в глубину класса на расстояние 1,5—2 м от окна, что значительно сокращало проходы между рядами. У некоторых учащихся, занимавшихся в шерстяной форме, наблюдались явления перегревания. Температура кожи груди достигала 34—34,6°, наблюдалось усиленное потоотделение.
Важен вопрос о роли нижних фрамуг в вентиляции здания. Непригодные для аэрации классов при минусовых температурах атмосферного воздуха, они оказывают огромное влияние на проветривание учебных помещений на переменах в любой период года и аэрацию классов во время уроков весной.
Исследования показали, что при расположении фрамуг в двух уровнях в штилевую погоду (при наименее благоприятных условиях проветривания) поступление воздуха в класс возрастает весьма значительно по сравнению с использованием одних нижних фрамуг: с 315 до 1820 м3/час в классе 3-го этажа и с 0 до 1850 м3/час в классе 2-го этажа.
При открывании нижних фрамуг наблюдалась наибольшая производительность вытяжной вентиляции. При открытых нижних фрамугах через вытяжные решетки проходило 173 м3 (2-й этаж) — 245 м3 (3-й этаж) воздуха в час, тогда как при открытых верхних фрамугах — соответственно 138 и 156 м3 в час. Это свидетельствует о том, что проветривание класса через нижние фрамуги более эффективно, чем через верхние фрамуги. При открывании только верхних фрамуг происходит усиленное поступление воздуха в класс из смежных помещений с выходом его через верхние фрамуги.
При ветре поступление воздуха через фрамуги зависит, как показали исследования, в основном от его скорости и направления; однако и в этом случае аэрация класса с помощью нижних фрамуг дает больший эффект (см. таблицу).
В рекреационных залах расположение фрамуг в двух уровнях не имеет существенного значения даже в безветренную погоду.
Не менее существенным является влияние на воздушную среду учебных помещений близко расположенной котельной. По предварительным данным, от этого не только возрастает содержание СО, но и С02 в воздухе. При любых режимах проветривания содержание С02 в помещениях школ в отопительный сезон было выше, чем в период, когда отопление не производилось.
Как показали наблюдения, при снижении высоты учебных помещений требуется увеличить сечение вентиляционных каналов и их количество. Следует отказаться вовсе о г регулирующих клапанов вентиляционных решеток, создающих дополнительное сопротивление проходу воздуха и абсолютно не нужных даже при температуре атмосферного воздуха —20°.
Гигиенические вопросы вентиляции и отопления школьных зданий ждут дальнейшего уточнения и обоснования, но уже сейчас ясно одно: новые нормы проектирования и новая планировка школьных зданий требуют иного подхода к решению этих вопросов. В гигиенической оценке в условиях лаборатории и естественного эксперимента в различ-
3 Гигиена и санитария. № 1
33
Концентрация С02 в учебных помещениях при поступлении воздуха через верхние и нижние фрамуги (температура наружного воздуха 25,8—26,2°, ветер 1,4—2,9 м/сек, южный)
Место взятия проб воздуха Концентрация С02 (в;мг%)
начало I урока конец I урока начало III урока конец III урока
Учебное помещение № 42, 3-й этаж, открыты 2 верхние фрамуги: 0,05 0,07 0,07 0,1
у внутренней стены ........... 0,03 0,07 0,09 0,09
Учебное помещение № 41, 3-й этаж, открыты 2 нижние фрамуги: центр помещения............ 0,04 0,07 0,03 0,04
0,03 0,07 0,07 0,04
ных климатических поясах Советского Союза нуждаются новые системы отопления и вентиляции школ (лучистое отопление, воздушное,, совмещенное с приточной вентиляцией и др.).
ЛИТЕРАТУРА
Бекарюкова Д. Д. Охр. здоровья детей и подростков, 1933, № 4, стр. 9.— Кельштейн Л. Я., Антонов А. Г., Шамциян Г. Г. Гиг. и сан., 1961, № 3, стр. 39. — Константинова В. Е., Шамциян Г. Г. Там же, 1962, № 11к стр. 31. — С а м о й л о в Н. А. Сов. педиат., 1935, № 5, стр. 22.
Поступила 25/VII 1963 г
CERTAIN HYGIENIC ISSUES OF VENTILATING AND HEATING IN SCHOOL
BUILDINGS
E. /. Korenevskaia, V. E. Konstantinova, F. L. Kalmanovich, N. I. Volodina,.
O. /. Basova
The ventilation standards used in projecting school buildings and providing for exa-ust ventilation aided by the natural draught factor enabling the 6-fold increase in the air exchange during recess hours are effective provided the school premises are continuosly aerated; this is feasible if study rooms are 3 m high, and the external air temperature exceeds 0°C.
In many-storeyed school buildings with the exaust ventilation system there occurs a continuous leakage of air throughout all the storeys from room to room via the recreation halls and stair-case shafts.
The standartization of school buildings ventilation as based on the air exchange multiplicity factor is wrong in principle, since the state of air in class-rooms depends not only on the quantity, but on the quality of the incoming air as well. Hence, the forced ventilation system should be regarded as the most satisfactory system for school premises. To aerate the upper-storey rooms transoms are necessary that should be installed at two. levels of window openings.
