Книги по строительству и ремонту

Жилище для человека

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Тепловой комфорт требует слаженности между физическими и физиологическими факторами, которые его образуют (температура воздуха и окружающих поверхностей, влажность и скорость воздуха и их распределение в пространстве и во времени с другой стороны —в организме и одежда).

Бытует мнение, что формирование необходимых факторов теплового комфорта в квартирах является делом несложным. Это действительно так в отношении взрослых здоровых людей, а также детей старшего возраста (и то относительно!), которые способны приспособить свою одежду к физическим условиям, а также вырабатывают достаточно внутреннего тепла, что обуславливается, прежде всего, физической активностью. Однако приспособление одежды к температуре помещения возможно в тех случаях, когда этому не препятствуют другие причины (например, принятые условности и т. п.), а также в тех случаях, когда приспособление одежды вообще способно компенсировать недочеты в микроклимате. Затруднения будут возникать у маленьких детей, а также у людей больных или преклонного возраста.

Приспособление выработки тепла к. условиям в помещениях является более j трудным хотя бы потому, что принуж-; дает делать человека то, что исходно' не было в его намерениях. Весьма трудно заниматься научной работой и одновременно физическими упражнениями увеличивать выработку тепла в организме; одинаково трудно заниматься физическим трудом и ограничивать выработку тепла в теле сокращением движений с тем, чтобы привести организм в состояние нормы в условиях перегрева. Можно привести и другие примеры. Как и в предшествующем случае, эти проблемы  особенно  сложны  для  маленьких детей и для старых или больных людей. Современная домашняя одежда, обладающая способностью тепловой изоляции приблизительно в 0,6—0,8 clo (кло) требует температуры в пределах 22—24° С; в случае понижения уровня температуры в процессе обычных домашних видов деятельности — учение, чтение, просмотр телепрограмм — необходимо изменить привычки и начать носить более теплую одежду. Однако это не всегда удобно. Соблюдение физических условий теплового уюта во многом зависит от технических возможностей жилища. В этом отношении дело лучше обстоит для тех домов, которые имеют локальное отопление или отопление отдельных этажей, или же отопление центральное с котельным помещением в подвале своего дома (сельское жилище). Жильцы в общем легко могут приспособить производительность отопительной системы к собственным нуждам, а также внешним условиям. Жильцы, зависимые от централизованного теплоснабжения, вынуждены в некоторых случаях прибегать к вспомогательным источникам тепла, что может являться даже опасным (отопление газовой кухонной духовкой, по-любительски и без должных знаний изготовленные отопительные приборы и т. п.), или вентилировать (проветривать) перегретые квартиры. Это приводит к значительным потерям энергии и, более того, не всегда осуществимо в случае, если пространство, окружающее квартиру, сильно загрязнено или является чрезмерно шумным. Следовательно, повышенные требования легкой регули-\ руемости любой отопительной системы \ в квартире являются полностью оправданными как с точки зрения физиоло-i гической, так и экономической, эколо-] гической и т. д.

Следующим фактором, осложняющим соблюдение подходящих физических условий теплового уюта, является неудовлетворительная тепловая изоляция зданий. С ней мы встречаемся в некоторых панельных домах, в которых не была соблюдена технология производства панелей, причем изоляция является также проблемой некоторых зданий с чрезвычайно большой застекленной поверхностью. В домах данного типа могут возникать проблемы в случае быстрого изменения температуры вне здания, когда стены, обладающие невысокой теплозащитной способностью или имеющие большие окна, данные изменения передадут внутрь здания. В случае, когда отопительная система не является эластичной, исполненная, например, в виде классического потолочного излучающего отопления с отопительными трубами, образующими составную несущей конструкции (а также другие аналогичные системы), возникают проблемы как с перегревом, так и с недостаточным отоплением помещений.

"На недостаточным образом изолированных холодных стенах зимой весьма легко конденсируется вода, на сырой стене, изоляционная способность которой в результате отсырения еще более понижается, растет плесень, некоторые виды которой могут являться для человека патогенными. О вреде, наносимом при этом мебели и другому оборудованию, мы даже не упоминаем.

В данном положении жилец квартиры может сделать очень немногое. Мероприятия по исправлению положения, например, улучшение тепловой изоляции стен — возможно, однако, дорогостоящи; дополнительное отопление энергетически не  всегда эффективно.

В теплый период года соблюдение физических условий теплового комфорта также иногда весьма сложно. В нашей стране еще не стало привычным оборудование жилых домов кондиционерами воздуха. В умеренном климатическом поясе строительными нормами квартиры предусматривается, по возможности, обращать к солнцу. В случае, если застекленная поверхность является чрезмерно большой и тепловая изоляция стен неэффективна, довольно легко возникают температуры свыше 30° С даже в переходные периоды года. Оптимизация здесь заключается лишь в проветривании, в случае, если оно возможно (с точки зрения загрязнения воздуха вне здания и с учетом наружного шума).

Необходимо упомянуть о проветривании квартир. В массе оно решается, прежде всего, через окна, а в помещениях, не имеющих прямого освещения,. обычно через вентиляционные шахты. Вместе с тем, вентилируются и кухни. Вентиляционные шахты обычно устраиваются общими для туалета и ванной комнаты, шахта для кухни является самостоятельной. Обе шахты, разумеется, являются общими для одного «стояка», причем воздух из отдельных помещений должен удаляться так, чтобы, по возможности, предупредить загрязнения вентилируемых пространств эмиссиями из других этажей. Очевидно, необходимо всю систему отрегулировать так, чтобы предотвратить воздействие «трубного эффекта». Обычно вытяжные вентиляторы в целях сбережения энергии нередко отключаются или недостаточно налажен уход за ними.

Индивидуальные вентиляторы являются более эффективными. Проблемой здесь, однако, может явиться неудовлетворительное решение обратной заслонки, которая в случае отключения вентилятора должна закрыть вход в шахту. В случае, когда она не работает, в вышерасположенные этажи зачастую проникает  воздух  с  нижних   этажей.

Как обстоит дело с влажностью воздуха? При отсутствии неправильной эксплуатации квартиры (стирка белья в кухне, кипячение пеленок и т. п.) и достаточной тепловой изоляции стен, проблемы возникают обычно из-за пониженной влажности. Зимой она в квартирах бывает зачастую даже ниже 20%, что хотя и не мешает здоровым лицам, однако, оказывает плохое действие на людей, страдающих заболеваниями дыхательных путей. Решение данного вопроса состоит в увлажнении воздуха каким-нибудь путем, а также в содержании радиаторов центрального отопления в чистоте и на уровнях температуры ниже 80° С (лучше — даже ниже 60° С), что тоже ведет к снижению жалоб на «сухой воздух».

Стабильный микроклимат ведет к «изнеженности», результатом которой является предрасположенность к простудным болезням как зимой, так и летом.

Чрезмерно высокие температуры летом при условии, что они держатся более длительный период, являются опасными для всех больных, страдающих расстройствами сердечной деятельности, гипертонической болезнью и т. п. В квартирах средней полосы мы не предполагаем возможности возникновения перегрева, исключение могут представлять лишь маленькие дети до одного года, у которых возможен перегрев с трагическим исходом (в данном  случае даже в  зимний период).

В зимний и в переходный период мы не ожидаем случаев серьезного охлаждения организма в городских квартирах у здоровых людей. Однако следует уделять внимание одиноким лицам преклонного возраста в домах с местным отоплением, у которых в случае их заболевания могло бы возникнуть опасное переохлаждение. Слишком холодные и сырые квартиры связывают с более часто повторяющимися атаками ревматизма, в холодных квартирах более часто встречаются жалобы «ревматического типа» — суставные и мышечные боли и т. п. Дискомфортные холодные условия жилища нежелательны для лиц, подверженных простудным заболеваниям и ослабленным. Холод не благоприятствует также лицам, страдающим гипертонией, поскольку он приводит к сужению сосудов, которое и без этого у таких больных является чрезмерным.

*   *   *

Для правильного понимания процессов, имеющих место в системе «человек—среда», обратимся к теории вопроса и рассмотрим термодинамику процессов жизнедеятельности и условия обеспечения теплового комфорта человека.

Поскольку тепловой комфорт человека в помещении определяется как работой его собственной системы терморегуляции, так и эффективностью работы систем кондиционирования микроклимата, то, очевидно, подход в данном случае должен быть комплексным: с одной стороны, необходимо рассмотрение биофизического, а с другой стороны — инженерно-гигиенического аспекта этой проблемы.

Изучение термодинамики неживых систем базируется на некоторых общих принципах, важнейшим среди которых является первый закон термодинамики. Он представляет собой закон сохранения энергии и гласит о том, что в изолированной системе, в которой протекают любые (механические, электрические, тепловые или химические) процессы, нельзя изменить общий уровень энергии без подвода энергии извне. Увеличение энергии такой системы равно суммарной энергии, подведенной извне в виде тепла и работы.

Закон сохранения энергии справедлив также и для живых организмов. С помощью дыхательного калориметра системы Этуотера-Роза-Бенедикта установлено равенство между воспринимаемой и отдаваемой организмом энергией. При окислении пищевых веществ в организме практически образуется то же количество тепла, что и при сжигании их в калориметрической бомбе. Разница заключается в том, что в живых системах непрерывно протекают необратимые реакции, тогда как термодинамика неживых систем имеет дело только с обратимыми реакциями (Байер).

Выделение тепла в живых системах связано с теми реакциями, которые протекают на промежуточных этапах общей цепи биохимических процессов. Важнейшей реакцией, в результате которой в живой системе выделяется тепло, является реакция окисления, протекающая в такой системе необратимо.

Общий закон, которому подчиняются химические процессы, связанные с выделением тепла, был сформулирован Гессом. Закон Гесса гласит, что количество теплоты, поглощенное или выделенное при данной реакции, постоянно и не зависит от пути реакции. Закон Гесса позволяет вычислить количество теплоты, выделяемое в организме человека при усвоении пищи, на основе определения количества теплоты, выделяемого при окислении такого же количества пищи. По существу этот закон представляет собой одно из следствий первого закона термодинамики.

Химические реакции, протекающие в процессе обмена веществ, служат источниками энергии, обеспечивающей протекание физических процессов в живом организме. Эта свободная энергия идет на покрытие энергетических расходов клетки. Важнейшими источниками свободной энергии служат реакции брожения и окисления. При протекании этих реакций происходит постепенное расщепление содержащихся в клетке питательных веществ, которые служат, так сказать, «горючим» клетки. Этот процесс, проходящий через ряд промежуточных стадий, можно назвать процессом непрямого горения.

Для нас важно отметить, что температурная характеристика внешней среды далеко не безразлична для интенсивности энергетических процессов, происходящих   в   живом   организме.

Важнейшим моментом в развитии исследований по влиянию температуры на скорость биологических процессов явилось суждение Сванте Аррениуса о том, что основные законы физической химии приложимы к биохимическим реакциям, протекающим в живых системах. Вант-Гофф установил, что с возрастанием температуры на 10° скорость реакции обычно повышается в 2—3 раза. Аррениусом и Вант-Гоффом показано, что установленная ими зависимость применима для количественной оценки изменения скоростей биологических процессов, однако действие ее ограничивается областью определенных (биокинетических) температур, за пределами которой ускоряющее влияние температуры снижается.

Человеческий организм может рассматриваться как термостатированная система    с    внутренним    источником тепла, а одежда — как тепловой барьер между поверхностью кожи и внешней средой. Энергетический баланс человека отсюда должен рассматриваться с учетом как процессов, происходящих внутри организма, так и теплообмена между телом и внешней средой. Тепло, выделяющееся при экзотермических химических реакциях, протекающих главным образом в скелетных мышцах и внутренних органах, представляет собой ту переменную величину, которая используется гомойотермным (теплокровным) организмом для регулирования внутренней температуры тела. В теле гомойотермных животных существует крайне сложное пространственное температурное поле, несколько изменяющееся также и во времени.

Весьма сложное распределение температуры в теле обусловлено неодинаковым теплообразованием в отдельных органах, их сложной геометрической формой, а также различной теплоизоляцией: различными условиями испарения, конвективного теплообмена и переноса тепла кровью. Поэтому представляется целесообразным при изучении терморегуляции различать внутреннюю — гомойотермную — часть тела («сердцевину») и поверхностную часть («оболочку»), температура которой в той или иной степени зависит от колебаний температуры внешней среды. Резко разграничить обе эти части не представляется возможным. У гомойотермных животных к «сердцевине» тела относятся внутренности грудной и брюшной полостей, мозг и часть скелетных мышц. Вес «оболочки» тела у человека при умеренных колебаниях температуры окружающей среды составляет по одним данным 20%, по другим 35% всего тела. При сильном переохлаждении вес «оболочки» может доходить до 50% веса тела, что соответствует средней толщине поверхностного слоя 2,5 см и хорошо согласуется с прямыми измерениями температуры.

При стационарном состоянии теплового потока (когда температурные градиенты внутри тела постоянны во времени) количество тепла, образуемое в единицу времени в организме, равно количеству тепла, отдаваемому в единицу времени в окружающую среду с поверхности тела. Это положение применительно к гомойотермному организму справедливо лишь по отношению к интегральным величинам теплообразования и теплоотдачи, взятым за достаточно большой промежуток времени. Мгновенные же значения теплообразования и теплоотдачи в чрезвычайно редких случаях оказываются равными между собой. Обычно теплосодержание тела заметно колеблется вследствие неравенства теплообразования и теплоотдачи и изменений температурного поля. При средней удельной теплоемкости человеческого тела 3,47 кДж изменения теплосодержания могут достигать нескольких  сот килокалорий.

Образующееся в организме тепло проводится к наружным кожным покровам частично за счет теплопроводности тканей, частично за счет конвекции с потоком крови. В лишенном кровеносных сосудов эпидермисе тепло передается только путем проведения.

Вследствие относительно плохой теплопроводности тканей роль первого пути передачи тепла в организме очень невелика по сравнению с конвективной теплопередачей, осуществляемой потоком крови и отдачей (получением) тепла излучением.

Система кровообращения действует в организме как универсальный теплообменник. Кровь, выталкиваемая из левого желудочка сердца, отдает большую часть своего тепла поверхностной части тела («оболочке») и, охлажденная, течет обратно к сердцу. Подогрев крови происходит преимущественно в скелетных мышцах при совершении ими работы и во внутренних органах (печень и др.) за счет химического превращения пищи. Теплообмен между артериями и венами осуществляется по принципу действия теплообменника с противотоком, причем артерии отдают тепло, а вены получают его.

При нормальных условиях устанавливается стационарное состояние системы, при котором поток тепла из «сердцевины» в «оболочку» равен потоку тепла из «оболочки» во внешнюю среду. Человек отдает в окружающую

среду тепло пятью основными спосо

бами: молекулярной теплопроводно

стью; турбулентной теплопроводно

стью; длинноволновым (инфракрас

ным) излучением; потерей тепла, свя

занной с дыханием, и испарением пота.

Передача тепла путем молекулярной

теплопроводности происходит при не

посредственном       соприкосновении

двух тел. Величина отдачи тепла путем

молекулярной теплопроводности про

порциональна разности температур и

площади соприкасающихся поверхно

стей. У человека этот вид теплообмена

ограничивается небольшими участками

соприкосновения обуви с поверхно

стью земли или полом, ягодиц со сту

лом. Если изучается теплообмен для

человека в положении лежа, то моле

кулярная теплопроводность, естествен

но, играет важную роль.

В условиях, когда поверхность тела человека теплее окружающего воздуха, турбулентный теплообмен является одним из основных путей передачи тепла от организма во внешнюю среду. Он связан с непрерывным нагреванием организмом близлежащих слоев воздуха, причем нагретый воздух постоянно обменивается на более холодный. Потеря тепла конвекцией зависит от температуры воздуха, скорости движения, площади нагретого тела, теплопроводности внешних его слоев и некоторых других характеристик. При этом тепло-потери возрастают пропорционально квадратному корню из скорости движения воздуха. Вследствие этого даже небольшая подвижность воздуха приводит к относительно большим потерям тепла организмом.

Тепловой поток, передаваемый через одежду и путем конвекции, может быть направлен извне к телу в тех случаях, когда температура воздуха выше 36° С. Передача же тепла к телу путем излучения часто происходит и при более низких температурах воздуха (например, вблизи сильно нагретых предметов). Таким образом, лучистая теплопередача коренным образом отличается от двух рассмотренных выше типов. Она не нуждается в вещественных

посредниках и может осуществляться в пустоте, между телами, отделенными друг от друга любыми расстояниями. Излучение — это свойство, присущее всем без исключения телам, нагретым выше абсолютного нуля. Следовательно, менее нагретое тело тоже излучает тепло по направлению к более нагретому, но суммарный баланс теплообмена складывается в пользу нагретого тела.

Таким образом, инфракрасные лучи служат средством передачи тепловой энергии на расстоянии. При абсолютном нуле (0° по шкале Кельвина) движение атомов и молекул прекращается. Но при любой температуре выше абсолютного нуля, т. е. практически в наших земных условиях везде, наблюдается колебание атомов и молекул, их хаотическое движение (степень выраженности которого и характеризует, собственно, температуру тел), и, значит, имеет место инфракрасное (И—К) излучение.

Поскольку тело человека почти всегда теплее окружающей среды, оно также является источником инфракрасных лучей, причем в инфракрасной области кожа излучает практически как абсолютно черное тело. Согласно закону Вина, максимум излучения человека (если считать температуру кожи около 30° С) лежит в области длины волны 9,4 мкм, т. е. в области длинноволнового И—К излучения.

Теплоотдача путем излучения может составлять у человека до 60% общей теплоотдачи. Как излучатель тепла, человеческое тело обладает такими же свойствами, как абсолютно черное тело при температуре 300 К. Поглощающая способность человеческого тела по отношению к тепловым лучам составляет 97% поглощающей способности абсолютно черного тела.

В организме существует замкнутый контур регулирования тепла, включающий звено направленного действия, который с точки зрения теории регулирования представляет собой систему с отрицательной обратной связью. Основным регулируемым параметром служит температура внутренних частей тела, за которую при более строгом подходе, по-видимому, можно принять температуру гипоталамуса. Все остальные переменные величины — теплообразование, теплоотдача, тепловое сопротивление и теплосодержание — являются функциями возраста, размеров тела и внешних условий, и только температура внутренних частей тела совершенно не зависит от этих факторов. Повышение внутренней температуры вызывает через посредство центральной нервной системы (гипоталамус) ряд таких процессов в организме, которые приводят к понижению этой температуры. На внешнюю поверхность тела действуют внешние стимулы в виде тепла или холода. Терморецепторы кожи воспринимают эти возмущения и через нервные пути приводят в действие регуля-торные механизмы, прежде чем возмущение достигнет «объекта регулирования».

Таким образом, организм человека является саморегулирующей системой, физиологический механизм которой направлен на обеспечение соответствия образованного тепла количеству тепла, отданного внешней среде.

Изучение теплопродукции в разных метеорологических условиях показало, что чем больше масса тела, тем больше теплопродукция. При этом было выяснено, что если отнести основную величину теплопродукции ко всей площади поверхности тела, то получается величина, близкая к постоянной для большинства людей. Это значение теплопродукции у человека в покое составляет 40—50 ккал/(м2-ч) (167— —208 кДж). Поскольку сохранение температуры тела в пределах нормы является необходимым условием жизнедеятельности человека, то необходимо, чтобы в тепловом балансе человека сохранилось равенство прихода и расхода тепла. Действительно, если приход тепла будет больше расхода, то температура тела будет повышаться. Если же приход тепла будет меньше расхода, то это приведет к понижению температуры тела.

В физиологических исследованиях было установлено, что температура тела человека поддерживается путем регуляции образования тепла и его отдачи с помощью химической и физической терморегуляции.

Физическая терморегуляция определяется как физическими, так и физиологическими процессами. Схематично можно довольно просто разграничить область действия этих процессов: теплопередача от внутренних органов к коже происходит на основе физиологических закономерностей, а теплоотдача с поверхности тела — через кожу и одежду во внешнюю среду — в соответствии с физическими закономерностями.

Нормальная температура тела для человека обычно принимается равной 37° (ректальная температура). Температура кожи на несколько градусов ниже и различна на разных участках тела. Лишь на глубине 2,5 см от поверхности кожи достигается температура 37°.

Механизмы терморегуляции активируются двумя способами: раздражением кожных терморецепторов и непосредственным раздражением центров   терморегуляции   в   мозгу   путем изменения температуры крови. Тепловые и холодовые рецепторы расположены в коже определенным образом, причем тепловые рецепторы обычно лежат глубже Холодовых. Холодовые рецепторы более многочисленны. Некоторые терморецепторы инкапсулированы, но большинство представляет собой голые окончания нервных волокон. Большое значение имеет сенсорная суммация: порог восприятия при раздражении больших участков ниже, чем при раздражении одиночных нервных окончаний. Благодаря этому возможно восприятие таких изменений температуры, как несколько тысячных долей градуса в секунду. И тепловое, и болевое ощущения передаются по тонким волокнам, однако при этом возбуждаются различные рецепторы и порог болевого ощущения выше. Некоторые холодовые рецепторы чувствительны также к давлению.

Нервные импульсы регистрируются с нервных стволов и с одиночных сенсорных волокон, идущих от холо-довых и тепловых рецепторов. Для рецепторов обоих типов характерна постоянная (спонтанная) активность. В нервных волокнах, идущих от тепловых рецепторов, можно зарегистрировать потенциал действия при температуре от 20 до 47°; частота импульсов достигает максимальной между 38 и 43°, в то время как холодовые рецепторы активны в диапазоне от 10 до 40° и дают максимальную частоту импульсов между 20 и 34°. Сигнализация об окружающей температуре осуществляется путем модуляции  фоновой  активности  рецепторов.

Изменение температуры кожи при приложении термического раздражения к поверхности кожи и под кожу показало, что частота импульсов зависит не от разности температур, а от абсолютной температуры нервных окончаний. Благодаря описанным выше особенностям реакций холодо-вых и тепловых рецепторов организм получает информацию о температуре кожи и ее изменениях.

Импульсы температурных рецепторов    через    латеральный    спиноталамический тракт и таламус поступают в гипоталамус, который является центром различных вегетативных реакций. Кроме того, в нем есть клетки, непосредственно реагирующие на изменения температуры. В настоящее время по вопросу о точной локализации центров тепла и холода существуют разногласия. Возможно, что различные термочувствительные клетки перемешаны в гипоталамусе и тормозят друг друга. Понижение температуры крови без охлаждения кожи может вызвать дрожь. Таким образом, в гипоталамусе находятся как центр рефлекторной терморегуляции, так и другой чуствительный к температуре механизм, реагирующий на изменения температуры крови.

Рефлекторные реакции на стимуляцию Холодовых рецепторов кожи направлены на сохранение тепла. При этом кожные сосуды сужаются, благодаря чему теплоотдача у человека может уменьшиться на 16 и даже 33%.

При дальнейшем охлаждении появляется мышечная активность, которую сначала можно обнаружить лишь по потенциалам действия, а затем и внешне — появляется дрожь. Усиление мышечной активности имеет частично нервную природу, а частично вызывается выделением надпочечниками адреналина. Первые рефлекторные изменения появляются в ответ на периферические воздействия, а термо-регуляторный центр начинает действовать только тогда, когда понижается температура крови. Однако дрожь наступает до того, как удается обнаружить понижение температуры в глубоких тканях организма.

Сложность проблемы температурных отношений у гомойотермных организмов состоит в том, что, с одной стороны, для них справедлив закон Вант-Гоффа — Аррениуса — увеличение скорости реакции при повышении температуры, а с другой — человек сохраняет известную независимость от ограничений, налагаемых этим законом. Если бы жизненные процессы зависели только от скорости столкновения молекул или если бы ферменты имели низкую энергию активации (а, следовательно, зависимость от температуры была бы мала), то интенсивность метаболизма была бы очень низкой. Обычно скорость ферментативных реакций при повышении температуры на 1° возрастает на 9,6%. Это означает, что холод ограничивает скорость всех энергетических реакций. Кроме того, ясно, что при замерзании протоплазмы осуществление жизненных процессов невозможно. При температурах же около +40° белки и лепиды изменяются так, что становятся бесполезными для клетки.

Большая часть тепла создается в самом организме в процессе биохимических реакций, меньшую, но существенно необходимую часть он получает извне конвекцией и радиацией и в редких случаях — за счет теплопроводности. Теплоотдача происходит в воздушной среде главным образом путем излучения и конвекции.

Согласно антропологическим данным, человек появился, главным образом, в тех районах земного шара, где среднегодовая температура колеблется между 21 и 26°. При теплоотдаче, пропорциональной градиенту между внутренней и внешней температурами, максимальная стабильность терморегуляции достигается при температуре тела на несколько градусов ниже летальной.

Нейтральная температура воздуха (если судить по минимуму потребления кислорода) чуть ниже температуры тела. При понижении температуры воздуха теплоизоляционные механизмы (в том числе вазомоторные реакции) могут поддерживать температуру тела до тех пор, пока не будет достигнута критическая температура. При температуре тела ниже критической теплопродукция должна возрасти. Выше термонейтрального диапазона механизмы охлаждения уже неэффективны и потребление кислорода возрастает. Увеличившаяся теплопродукция вместе с неадекватной теплоотдачей усиливает действие высокой температуры среды.

У человека критическая температура равна 25—27°.

Высокая температура окружающей среды стимулирует тепловые рецепторы кожи, что в свою очередь включает рефлекторные механизмы, увеличивающие теплоотдачу, расширяются кожные сосуды, благодаря чему кровообращение в коже усиливается, теплопроводность периферических тканей повышается в 5—6 раз. Если температурный баланс не сохраняется, температура кожи повышается. У человека пороговая температура кожи, при которой начинается потоотделение, колеблется для разных участков тела от 30 до 32°. Человек в покое теряет путем испарения 20% тепла, а при мышечной нагрузке — 75^-80%. При низкой температуре потеря тепла за счет излучения больше, чем за счет испарения, а при температуре выше 31° главную роль в теплоотдаче у человека, находящегося в состоянии покоя, играет испарение. Теплоотдача за счет излучения, конвекции или теплопроводности уменьшается теплоизоляцией. Потоотделение увеличивается на 20 г/ч при повышении температуры воздуха на каждый градус. При высоких температурах увеличивается количество плазмы крови за счет перехода межклеточной жидкости в кровяное русло. Затем увеличивается поступление в кровь красных кровяных клеток и за неделю жары общий объем крови может возрасти на 20—30%. Если выделяющаяся с потом жидкость не возмещается, объем крови уменьшается.

Когда механизмы охлаждения недостаточно эффективны и температура тела повышается, происходит увеличение потребления кислорода, вызванное непосредственным действием тепла на клетки, а также усилением вентиляции. Зона нейтральности (соответствующая минимальному метаболизму) не захватывает высокие температуры воздуха, т. е. верхняя критическая температура несколько ниже температуры тела или близка к ней.

Тепловой шок (гиперпирексия) возникает   при   недостаточности   тер-

морегуляторного центра — температу

ра тела критически повышается. Теп

ловое истощение может наступить у

человека и без повышения температу

ры тела; оно бывает вызвано главным

образом обезвоживанием организма и

нарушением солевого баланса. Прав

да, истощение возникает и при нор

мальном содержании воды в организ

ме, если потеряно большое количество

солей. Тепловой удар наступает в ре

зультате повреждения мозга. Смерть

от перегрева наступает при явлениях

недостаточности      кровообращения.

Переносимая температура ниже при согревании извне, чем при эндогенном повышении температуры. Человек теряет сознание, когда под действием какого-либо внешнего источника тепла его ректальная температура достигает 38,6°, в то время как при лихорадке температура иногда повышается до 42°, а при физической нагрузке может достигать 40° без всяких вредных последствий.

Тепловой комфорт в помещении

при конкретных наружных условиях

зависит от условий застройки (в том

числе ориентации здания), объемно-

планировочной структуры здания, на

ружных ограждений (степень и харак

теристика остекления, сопротивление

теплопередаче,         теплоустойчивость,

солнцезащита), инженерного оборудования, режимов эксплуатации.

При меняющихся условиях внешней среды микроклимат поддерживается стабилизирующими системами здания в общей системе «здание — наружные ограждения — инженерное оборудование». Основные стабилизирующие системы — наружные ограждения   и   инженерное   оборудование.

Создать тепловой комфорт в помещении — значит обеспечить в нем комплекс метеорологических условий, при котором терморегуляторная система организма находится в состоянии наименьшего напряжения, а все остальные физиологические функции протекают на уровне, наиболее благоприятном для организма.

При данном физиологическом состоянии   организма  количество   испаряющейся влаги — определенная и примерно постоянная величина. В условиях комфорта активное потоотделение фактически исключено и тепло тратится лишь на нагрев и насыщение водяными парами вдыхаемого воздуха и на неощутимое испарение. Отдача тепла неощутимым испарением для одетого человека в состоянии покоя при комфортных условиях обычно составляет 40 г/ч   (84 кДж).

Оптимальность комфортных условий можно проверить исходя из того, что в этих условиях в среднем 55% тепла теряется излучением, 15— 20% — конвекцией и 25% — испарением.

Следовательно, условия теплообмена в закрытом помещении нужно рассматривать в связи с тепловым балансом человека.

Наряду с количественной стороной теплопотерь человека играет также роль и качественная ее сторона. Оценка этого фактора имеет большое практическое значение при проектировании систем отопления (охлаждения), так как для хорошего самочувствия человека в тепловом отношении требуется равновесие между выработкой им тепла и отдачей его части окружающей среде независимо от того, каким путем эта отдача происходит.

Уточнение данных по отдельным видам теплоотдачи необходимо для возможных комбинаций ограждений с различными теплофизическими свойствами и отопительно-вентиляционных приборов для нормализации теплообмена в различных условиях окружающей среды. Следовательно, теплового комфорта в помещении можно добиться гигиенически грамотным сочетанием различных средств ограждения, отопления, охлаждения, причем важно подчеркнуть, что искусственные меры по управлению микроклиматом дают хороший физиологический эффект только в том случае, если они оказывают воздействие на весь человеческий организм, а не на отдельные участки поверхности тела. Отсюда следует, что отдельные поверхности в помещении не должны иметь очень  низкую или слишком высокую температуру, так как человек особенно чувствителен к интенсивным «теплым» и «холодным» лучистым потокам.

Проблема обогрева жилых зданий теснейшим образом связана со способностью человека поддерживать постоянную температуру тела только в довольно узком диапазоне температур внешней среды при помощи сложнейшей системы терморегуляции. Поддержание температуры тела на постоянном уровне целиком связано с энергетическим обменом организма, а регуляция этого процесса осуществляется на молекулярном уровне в большинстве тканей и клеток под управлением центральной нервной системы, хотя, вероятно, не исключена и автономная терморегуляция отдельных органов.

Поддержание постоянной температуры тела регулируется уровнем теплопродукции, т. е., другими словами, изменением интенсивности энергетического обмена организма.

Термически нейтральная зона> в которой, несмотря на некоторое изменение внешней температуры, не происходит существенных изменений в теплопродукции и в температуре тела, носит название метаболически индифферентной зоны, и для человека она охватывает интервал внешних температур от + 17 до + 35°.

Однако последняя зона далеко не идентична комфортной зоне, которая для человека значительно уже и для европейцев составляет в среднем 20— 22° С. Обеспечить в закрытом помещении столь жесткие условия вне зависимости от сезонных и погодных условий можно, естественно, только искусственным путем.

Рассмотрим гигиенические требования к тепловой среде в связи с проблемой обеспечения теплового комфорта в помещении.

Воздействие на человека микроклиматических факторов создает различные   условия   теплообмена   организма со средой и обеспечивает определенное функциональное состояние, которое принято называть тепловым состоянием. Тепловое состояние выражается не только в субъективном теплоощущении человека, но и в характере тех терморегуляторных процессов, которые происходят в организме при изменении метеорологических условий среды. Тепловое состояние, в конечном итоге, влияет на все физиологические системы организма и определяет функциональные возможности человека, его здоровье, что подтверждает актуальность нормирования оптимальных параметров микроклимата в помещениях жилых и общественных зданий.

Основными принципами гигиенического нормирования параметров микроклимата в помещениях жилых и общественных зданий являются следующие:

гигиеническое нормирование оптимальных и допустимых параметров микроклимата должно учитывать суточную и сезонную ритмику колебаний физиологических функций, а также акклиматизацию человека к определенным климатическим особенностям;

гигиеническое нормирование параметров микроклимата должно проводиться дифференцированно в отношении возрастных групп населения;

при гигиеническом нормировании оптимальных и допустимых параметров микроклимата необходимо учитывать уровень энерготрат (активности) и уровень теплозащитных свойств одежды соответствующих групп населения.

Микроклимат помещений оценивается по следующим показателям, для каждого из которых установлены оптимальные уровни и допустимые пределы колебаний с учетом их комплексного действия на организм человека: а) температура воздуха; б) подвижность воздуха; в) относительная влажность воздуха; г) радиационный режим помещений, который определяется температурой ограждающих поверхностей.

Критерием для нормирования оптимальных и допустимых параметров микроклимата в жилых и общественных зданиях является тепловое состояние человека, которое оценивается по следующим наиболее информативным физиологическим показателям: 1) температура тела; 2) топография температур кожи на различных участках тела; 3) градиенты температур кожи   на   туловище   и   конечностях;

4)         величина влагопотерь испарением;

5)         теплоощущение.

В качестве дополнительных критериев целесообразно использование: а) динамики изменений теплоотдачи излучением и конвекцией; б) показателей, характеризующих состояние центральной и вегетативной нервной систем; в) данных о лабильности термо-регуляторной системы; г) уровня энергозатрат и дефицита тепла.

Характер изменений показателей теплового состояния лежит в основе классификации теплового состояния детей и взрослых. Использование этих классификаций при оценке результатов исследований позволяет установить параметры зоны теплового комфорта и допустимые пределы колебаний метеофакторов.

Так, оптимальное тепловое состояние обеспечивается условиями теплового комфорта, не ограничиваемого по времени пребывания и не требующего включения дополнительных приспособительных механизмов организма. Умеренное напряжение терморегуляции характеризуется постоянством теплопродукции и нормальным соотношением процессов возбуждения и торможения в коре головного мозга. Сохранение постоянного количества тепла в организме достигается за счет уменьшения или увеличения его в тканях конечностей, температура которых может изменяться в пределах, значительно превышающих физиологические периодические колебания. При допустимом уровне перегревания или охлаждения человека наблюдается определенное напряжение механизмов терморегуляции организма. Однако при этом  сохраняется  термостабильное состояние «сердцевины» тела — следствие включения приспособительных реакций организма. В этих условиях возможно продолжительное пребывание человека (в течение всего времени работы) при данных условиях внешней среды.

Важно учитывать, что оценка конкретных тепловых условий среды зависит от всего предыдущего жизненного опыта человека, т. е. в конечном счете зависит от социальных условий жизни, а именно от наиболее привычного климата, одежды, питания, жилищных условий и, в частности, от типа и мощности санитарно-техни-ческого оборудования зданий. В условиях, близких к комфорту, нормативы микроклимата жилищ могут быть едиными для взрослых и детей, однако возрастные различия должны учитываться при установлении допустимых колебаний метеофакторов.

В целом, гигиеническое нормирование тепловых факторов должно обеспечивать: комплексность; диффе-ренцированность; гарантированность. Последний принцип означает, что нормируемые параметры микроклимата должны гарантировать сохранение здоровья и работоспособности даже человеку с пониженной переносимостью колебаний факторов окружающей среды.

С точки зрения обеспечения теплового комфорта человека важное значение имеет соотношение конвективной, лучистой и кондуктивной составляющих теплообмена при применении различных инженерно-технических отопительных систем.

Обеспечить в закрытом помещении оптимальные термические условия вне зависимости от сезонных и погодных условий возможно, естественно, только искусственным путем и, следовательно, правильная организация внутренней среды закрытых помещений, обеспечивающая комфортное тепловое состояние организма, должна базироваться на научно обоснованных оптимальных параметрах микроклимата. Поскольку форма и организация внешней   среды   постоянно   видоизменяются, меняется жилище, меняются условия проживания, то параметры микроклимата, по-видимому, не должны быть константными.

В разных климатических районах и в различные сезоны года тепловой комфорт различен для мужчин и женщин, для стариков и детей и лиц с ослаблением функций терморегуляции. Следовательно, нормативы для жилых и общественных зданий должны учитывать пределы адаптационных возможностей разных групп населения, в связи с чем должны быть дифференцированными нормативы теплового комфорта.

В целом, для всех групп населения можно сказать, что такие терморегу-ляторные реакции, как значительные колебания теплопродукции, спазм (сокращение) или резкое расширение кожных сосудов, усиленное потоотделение — предназначены для поддержания температурного гомеостазиса в условиях экстремального и относительно кратковременного отклонения внешних условий от оптимума. Длительное функционирование этих механизмов неизбежно приводит организм в состояние пониженной работоспособности и функционального истощения. В условиях жилища это особенно нежелательно, так как отрицательно влияет на процессы снятия напряжения после трудового дня и восстановительные процессы.

Необходимость обеспечения оптимальных условий микроклимата диктуется также тем обстоятельством, что дискомфортные условия при длительном воздействии, вызывая сдвиг теплового равновесия организма и напряжение аппаратов терморегуляции вследствие переохлаждения или перегрева, приводит к ослаблению общей сопротивляемости организма, снижению иммунного потенциала, что в свою очередь может вызывать такие заболевания, как катары верхних дыхательных путей, ревматизм, ангины, невралгии, отягощать течение сердечно-сосудистых заболеваний и болезней обмена веществ.

При гигиеническом изучении влияния факторов микроклимата на организм человека исходят из одновременного учета и сопоставления как инструментальных измерений каждого из метеорологических факторов, так и данных о физиологических реакциях человека на изменение метеорологических условий.

Исследования по определению оптимальных параметров микроклимата в помещениях жилых и общественных зданий включают измерение и анализ температуры воздуха и его подвижности, влажности воздуха и температуры ограждающих поверхностей (пола, потолка, стен, остекления) и изучение ответных физиологических реакций терморегуляции человека.

Выбор показателей, которые необходимо измерять, зависит от того, можно ли в данном помещении требовать достижения оптимального или всего лишь допустимого микроклимата.

Для определения параметров оптимального микроклимата изучают следующие показатели: физические — шаровую температуру (результирующую температуру шарового термометра, ° С); температуру воздуха (°С); относительную влажность воздуха   (%);   скорость   воздуха   (м/с);

число стандартных слоев одежды; поверхностную температуру строительных конструкций (° С); температуру излучающих поверхностей (° С).

Температура воздуха измеряется аспирационным психрометром Ассма-на, на уровне 10, ПО, 170 см от пола в центре помещения и в наружном углу на расстоянии 0,5 м от стен.

Относительная влажность воздуха измеряется аспирационным психрометром Ассмана (одновременно с температурой) в центре помещения, на высоте 100 см от пола.

Применяемые в настоящее время методы изучения и оценки лучистого компонента микроклимата помещений можно условно разделить на методы физические и методы, основанные на связи с физиологическими терморегу-ляторными реакциями человека, а именно, лучистыми теплопотерями с поверхности тела, температурой кожи.

Метод оценки радиационного режима по величине лучистого теплового потока в конкретных точках помещения нашел широкое применение и утвердился в гигиене труда и в коммунальной гигиене, в физиологии.

Величины облученности в каждой точке могут быть подсчитаны и аналитически. Для этого надо знать распределение температуры на поверхности окружающих предметов, с которыми происходит лучистый теплообмен человека, их излучательную способность, угловые коэффициенты. Менее трудоемок метод непосредственного измерения лучистой энергии соответствующими приборами — измерителями полусферического излучения, например, актинометром, чувствительность которых должна быть повышена, или радиометрами.

Для проведения опроса людей используются анкеты, включающие шкалы оценки комфортности качества среды и оценки теплоощущения (субъективные) .

Оценка «комфортно» и нейтральные теплоощущения у человека возникают в том случае, когда: а) не ощущаются ни тепло, ни холод; б) не ощущается неприятная циркуляция воздуха; в) не тяготит одежда; г) воздух в помещении не кажется ни сухим, ни сырым.

Оценка «слегка дискомфортно» (1) или «слегка прохладно» или «слегка тепло»: а) ощущение легкой прохлады или тепла (их связывают, однако, незначительно, зачастую не очень четко); б) ощущение циркуляции воздуха; в) одежду не хочется поменять; г) некоторые (более чувствительные) лица указывают на чувство сырости или чувство сухости.

Оценка «дискомфортно» (2) или же «прохладно» или «тепло»: а) ощущением холода или тепла, сопровождающегося небольшим выделением пота; б) циркуляция воздуха осязается как заметная; в) одежда ощущается или слишком легкой или слишком тяжелой и возникает желание ее поменять; г) имеет место ощущение неприятной сырости или сухости или же духоты.

Оценка «очень дискомфортно» (3) или же «холодно» или «жарко» сопровождается: а) сильным ощущением холода или жары с обильным выделением пота; б) циркуляция воздуха ощущается как дуновение «до костей» проникающего холода, а при жаре сильная циркуляция воздуха, применяемая для охлаждения,— как вызывающая чрезмерное охлаждение частей тела, покрытых потом; в) одежда в большинстве случаев кажется совсем неподходящей; г) возникает ощущение большой сырости, когда холодно, или большой сухости, или гнетущей духоты, когда жарко.

Анкета освещает также следующие вопросы: характеристика деятельности; сведения о рабочем месте опрашиваемого; описание его одежды; возможность индивидуальной регулировки температуры помещения; основные данные об опрашиваемом лице: возраст, вес, рост, должность, состояние здоровья и т. д.

При определении оптимальных условий принимается, что даже в специальных лабораториях, имеющих практически идеальные условия, как правило, не меньше 5% опрашиваемых лиц высказывает ощущение дис-

комфорта. Поэтому объективные инструментальные исследования являются необходимыми в случае, когда число недовольных лиц, высказывающих ощущение дискомфортное™, составляет более 20% (лица в легкой одежде), или же 10% (лица в более теплой одежде).

При этом необходимо установить, не находятся ли некоторые из недовольных лиц в чрезвычайно дискомфортных местах (холодная тяга воздуха из окна, местное тепловое излучение и т. п.). В случае, если это имеет место, необходимо осуществить объективные исследования микроклимата именно в данном месте.

Основными принципами, на которых основывается гигиеническая регламентация микроклимата жилых и общественных зданий, являются: климатическая и сезонная дифференциация параметров микроклимата; учет возрастных групп и состояния здоровья лиц, для которых проводится нормирование; учет вида деятельности людей и характера их одежды (М. С. Горомосов, 1963; И. С. Кандрор, 1974; Ю. Д. Губернский, Е. И. Коренев-ская, 1978).

Критериальные параметры теплового состояния человека приведены в табл. 9, параметры микроклимата, обеспечивающие комфортное тепловое ощущение человека — в табл. 10.

Следует отметить, что население холодных районов предпочитает зимой более высокую температуру воздуха в помещении в связи с тем, что человек подвергается резкому охлаждению на открытом воздухе и для восстановления нормального функционирования терморегуляторной системы в помещении человеку требуется более высокая температура. Кроме того, это об-ясняется и радиационным режимом помещений (И — К излучение), так как низкая наружная температура, ветер и отсутствие инсоляции зимой в условиях Севера обусловливают более низкую, чем в умеренном климате и на юге, температуру ограждений.

Важное значение в гигиеническом отношении имеет величина перепадов температуры воздуха по горизонтали и по высоте помещения. По данным исследователей градиент по высоте помещения не должен превышать 2°, поскольку повышение вертикального перепада более 3° может привести к охлаждению конечностей и рефлекторным изменениям температуры верхних дыхательных путей.

Указанные выше нормативы температуры воздуха помещений удовлетворяют    гигиеническим    требованиям при условии, что температура внутренних поверхностей стен равна или ниже температуры комнатного воздуха не более чем на 2—3°. Более низкая температура стен и окружающих предметов даже при нормальной температуре воздуха повышает удельный вес радиационных теплопотерь, что вызывает ощущение дискомфорта.

Температура пола так же, как и других нагретых и охлажденных поверхностей помещения, нормируется во взаимосвязи с температурой воздуха в помещении. Так, предлагается поддерживать в помещениях с напольным отоплением следующие сочетания температур поверхности пола и воздуха в жилых помещениях: 23,0—20,0° и 26,0—18,0°; 29,0—16,0°, а для общественных учреждений считаются комфортными сочетания температуры пола и воздуха соответственно 25,0—20,0° и 27,5—18,0°. Предельной температурой пола считается 29,5° при температуре воздуха 24,0°, оптимальной — 25,5°, а нижняя допустимая граница температуры пола — 17—18°.

Важным микроклиматическим показателем является и температура стекла, особенно в современных зданиях, площадь остекления в которых достигает 75—80% от площади наружной стены.

При оптимальных параметрах температуры воздуха в холодный период года (20—22° С) и средней радиационной температуре, близкой к температуре воздуха, тепловой комфорт человека в одежде с теплоизоляцией 1,0—1,2 clo в приоконной зоне может быть обеспечен только при температуре стекла не ниже 10,5—11,5°. Следовательно, разница между температурой воздуха и температурой стекла не должна превышать в среднем 10— 12°. Важным микроклиматическим показателем является и подвижность воздуха. Нормативы, разработанные для этого показателя достаточно обоснованны и существенных разногласий в рекомендациях разных авторов не отмечается: зимой оптимальная подвижность воздуха должна быть в пределах 0,07—0,15 м/с.

Известно мнение некоторых исследователей, что при панельно-лучистом отоплении возможно длительное проветривание помещений в присутствии людей. Однако исследования Ю. Д. Губернского (1978) не подтвердили эти данные. Было показано, что увеличение скорости движения воздуха до 0,2—0,3 м/с увеличивает напряжение терморегуляции до умеренного и даже сильного, что опровергает возможность длительного проветривания помещения зимой в присутствии людей. Важное значение в теплообмене человека с окружающей средой имеет и влажность воздуха в помещении. Большинство авторов считают оптимальной относительную влажность 30—60%. Разработан график, согласно которому комфортное состояние человека сохраняется тогда, когда при повышении температуры воздуха от 17,0 до 24,0° относительная влажность снижается с 75 до 35%.

Отклонение от указанных параметров влажности воздуха в зимних условиях нежелательно, так как влажный воздух обладает большой теплопроводностью и теплоемкостью, что увеличивает теплопотери излучением и конвекцией. Актуальным для современных зданий с централизованными системами отопления является вопрос о допустимом снижении влажности воздуха, которая может падать до 18% и ниже. Поэтому важно определить допустимый нижний уровень относительной влажности воздуха в помещении.

В отапливаемых помещениях оптимальной относительной влажностью воздуха является интервал 30—45%, при влажности ниже 25% начинают отмечаться явления пересыхания слизистой оболочки дыхательных путей и, кроме того, резко возрастает накопление зарядов статического электричества на поверхностях. Важно помнить, что поддержание оптимального уровня относительной влажности воздуха не менее важно, чем создание комфортной температуры, так как при сухости воздуха (при влажности менее   20—30%)    у   людей   появляется при  подвижности  воздуха  0,08-0,15 м/с и различной относительной влажности для человека, одетого в одежду с теплоизоляцией  1,0  clo и занятого умственной работой. Так, при относительной влажности 30%   комфортной является    эффективная    температура 20-29,5° С, при 50%-18,9-27,8° cfa при   90%-17,8-24,5° С.   При   более высоких значениях температуры окружающей среды рекомендуется ограничение   времени   пребывания   человека в этих условиях. Например, при влажности 90% и температуре 30,5° время пребывания должно быть ограничено 4 часами.

Изучение параметров границ зоны умеренного напряжения терморегуляции, в пределах которой комфортное тепловое    состояние     обеспечивается 65%   людей,   показало   и   ее   зависимость от влажности воздуха в помещении: чем ниже влажность воздуха, тем   шире   эти   границы,   повышение влажности  ограничивает пределы допустимых   температур   воздуха.   Так, при влажности воздуха до 50%  зона умеренного напряжения терморегуляции   обеспечивается  при  температуре 26—27°, а при влажности 80% — при 25—26°.

Широкое   распространение   систем кондиционирования воздуха выдвигает необходимость    нормирования    параметров микроклимата летом в  общественных зданиях и в районах с умеренным  климатом.   Для  служащих  в общественных зданиях наиболее комфортные условия летом обеспечиваются при температуре воздуха 22—24°, влажности  воздуха   50—55%   и   подвижности воздуха 0,15 м/с (Ю. Д. Губернский,   Д.   И.   Исмаилова,   1985). В последние годы исследуется допустимость некоторого снижения температуры воздуха в некоторых отапливаемых помещениях и допустимое повышение  температуры  воздуха  в  не-кондиционируемых    помещениях,    не оказывающих отрицательного влияния на тепловое состояние человека.

В целях достижения определенной

склонность   к   простудным   заболеваниям; имеются данные об увеличении количества   заболеваний   ринитами   и фарингитами у лиц, постоянно находящихся в условиях низкой влажности воздуха. Поэтому в отапливаемых помещениях в связи с сухостью воздуха в помещениях в холодный период года целесообразно искусственное увлажнение   воздуха.   Благодаря   этому отмечается    сокращение   респираторных заболеваний на 50% среди детей, посещающих детский сад, в котором воздух увлажняется до 50%, а среди взрослых людей в аналогичных условиях   заболеваемость    снижается    на о—18 /о.

Таким образом, для холодного периода года будут благоприятными следующие   параметры   микроклимата   в жилых и общественных зданиях: температура воздуха для районов Севера на уровне  21—23° С,  для районов  с умеренным климатом — 19 — 22°; перепад температур воздуха по  высоте помещения не должен превышать 2°; перепад  температур  воздуха и  средней температуры ограждений должен быть  не  более  3°   при  подвижности воздуха 0,07—0,15 м/с и относительной влажности в пределах  30—50%. Рекомендуемые   температуры   воздуха в помещениях в условиях жаркого   сухого   климата   колеблются   в пределах  22—26°  при  относительной влажности 30—60%. В условиях жаркого   влажного   климата   комфортная температура воздуха в  помещении  в целом ^находится   также   в   пределах 22—26°, но при этом необходимо дифференцированное    нормирование    оптимальной температуры воздуха с учетом уровня относительной влажности воздуха.

Весьма трудно бороться с явлениями «дутья» в помещении. Движущийся воздух, как известно, оказывает на организм человека двоякое действие: чисто физическое и физиологическое (рефлекторное). Легкое движение воздуха не только сдувает обволакивающий человека насыщенный водяными парами и перегретый слой воздуха, но и является стимулятором сложно-рефлекторных процессов терморегуляции. В то же время чрезмерная подвижность воздуха, особенно в условиях охлаждения, вызывает увеличение теплопотерь конвекцией и испарением и способствует быстрому охлаждению организма. Рекомендации в отношении минимально необходимой, максимально допустимой и оптимальной подвижности воздуха в помещении колеблется в довольно широком интервале. В необходимых случаях для увеличения теплосъема можно рекомендовать временное повышение подвижности воздуха при температуре воздуха в помещении выше 26—28° С, которая является верхней границей допустимой температуры воздуха летом. Максимально допустимая скорость воздуха при температуре воздуха 30° С равна 2 м/с. Однако при более высоких температурах воздуха в помещении применение локального обдува приводит к усилению ощущения теплового дискомфорта.

В последнее время для обеспечения необходимых параметров микроклимата у нас в стране все более широко внедряется кондиционирование воздуха. Здесь мы не ограничиваемся рассмотрением комнатных кондиционеров, а говорим о кондиционировании   в   более   широком   аспекте,   поскольку за этими системами имеется определенное будущее.

Системами кондиционирования воздуха — СКВ — называются инженерные устройства, служащие для обеспечения и поддержания в закрытых помещениях заданных параметров микроклимата. К системам кондиционирования микроклимата относятся все виды систем кондиционирования воздуха, радиационного охлаждения, отопления и вентиляции. С типологической и гигиенической точек зрения представляет интерес деление всех систем на две принципиально различные группы: к первой относятся устройства, служащие только для охлаждения или отопления помещений и не выполняющие функцию вентиляции, ко второй — не только создающие в помещениях нужные температурные условия, но и регулирующие состав воздушной среды путем постоянной подачи искусственно обработанного наружного воздуха.

Радиационные и конвекторные системы отопления относятся к первой группе систем кондиционирования микроклимата,— при их применении вентиляция помещения осуществляется естественным образом за счет проветривания и качество внутреннего воздуха зависит от состава наружного.

Системы второй группы поддерживают в помещении, помимо заданной температуры, требуемый состав воздушной среды независимо от параметров наружного воздуха. Это воздушное отопление, центральные и местные, неавтономные и автономные системы кондиционирования воздуха,— здесь свежий наружный воздух подается в помещения после предварительной искусственной обработки в различных агрегатах, где он очищается, охлаждается, осушается или увлажняется и т. д.

Практически, в закрытых помещениях только с помощью тех или иных систем кондиционирования воздуха можно обеспечить человеку при длительном пребывании его в жилых и общественных   зданиях   необходимые условия теплового и воздушного комфорта.

Кондиционирование воздуха или иного рода искусственное охлаждение неизбежно войдет в южное жилище в самом широком масштабе.

Косвенным доказательством целесообразности кондиционирования могут служить условия микроклимата в лучших образцах жилых домов, рассчитанных на естественные средства регулирования среды. В народном жилище Хивы и Бухары при соблюдении всех мер защиты от перегрева температуры в дневные часы летних месяцев не были ниже 27—28° С.

Кондиционирование воздуха, особенно в условиях жаркого климата, способствует повышению производительности труда рабочих и служащих на различных предприятиях и в учреждениях.

Так, получены данные, свидетельствующие о повышении работоспособности служащих Ташкента на 11,2% при снижении температуры воздуха в помещении с 36 до 25° С. Причем, как показали наблюдения, повышение производительности труда при кондиционировании воздуха обеспечивается не столько за счет улучшения работоспособности сотрудников, сколько за счет резкого сокращения продолжительности периодов отдыха. В наиболее жаркий период года при наружной температуре воздуха 37—42° С повышение производительности труда составило 46%.

Результаты эксперимента позволили выявить и динамику изменений простудных заболеваний и заболеваний сердечно-сосудистой системы в течение года для людей, находящихся в помещениях с СКВ и без них, а также проанализировать количество рабочих чел.-дней, потерянных в результате заболеваемости, к общему количеству чел.-дней в месяц. Оказалось, что в сравнении с обычным уровнем заболеваемость среди служащих, работающих в помещениях с СКВ, снижается в среднем на 17,5%.

При этом следует отметить, что не    удается    выявить    существенной

связи между работоспособностью человека и микроклиматом помещений, когда температура воздуха в помещении слегка превышала комфортные значения (т. е. не превышала 29° С), а наружные условия характеризовались температурой воздуха не выше 32—34° С. Так, не обнаружено различий в работоспособности людей, занимающихся умственной деятельностью, в условиях с температурой воздуха 26 и 32° С, тогда как в условиях с температурой воздуха 20 и 38° С различия становились явными. Очевидно, главное преимущество систем кондиционирования воздуха — защита человека от жары. Системы кондиционирования воздуха, обеспечивая оптимальные условия микроклимата в помещениях, в которых без искусственного охлаждения температура воздуха может достигать 30—35° С и более, создают благоприятные условия для функционирования терморегуляторной системы организма человека, и организм не тратит усилий на борьбу с перегревом, что и способствует повышению работоспособности, снижению заболеваемости по сравнению с этими показателями в условиях, когда человек длительное время находится в дискомфортной тепловой среде. Отсюда несомненна целесообразность применения систем кондиционирования воздуха в условиях жаркого климата. Чтобы представить себе уровень усилий, которые требуется приложить для достижения комфорта одними естественными средствами в жарком климате, приведем предложения по организации жилища в условиях климата Ирана. На рисунке показан проект компактного односемейного одноэтажного дома. Центральное место занимает помещение для отдыха в летнее время, над которым возвышается бодгир — вертящееся сооружение для воздухозабора, которое оборудовано сеткой от насекомых и парусным управлением, поворачивающим бодгир против ветра. Летняя терраса выходит на север, кухня имеет дополнительное прямое проветривание, зимняя жилая комната (выходит на юг и запад) летом служит лишь для защиты пространства дома от перегрева, отдельная комната используется то утром, то вечером в зависимости от времени года, имеется зимняя терраса; применены такие конструктивные решения, как отражающие солнечный блеск решетки и жалюзи, двойные слоистые стены со съемной затеняющей конструкцией, раздвижные перегородки и т. п. Указанный комплекс средств лишь дополняет основной фактор, снижающий перегрев на 3,5— 4° С — а именно расположение всех помещений непосредственно на грунте, в первом этаже.

Представляется, что поиски подобного рода крайне полезны, особенно в научном плане. Однако для массового жилища многое оказывается излишним, неоправданно сложным по сравнению с искусственным охлаждением, которое так или иначе должно найти свое место в южном жилище. Следует отметить, что в последние годы наметилась тенденция широкого применения кондиционирования воздуха и в условиях умеренного климата в целях защиты от проникновения химических загрязнений и шума снаружи, а также обеспечения оптимальных условий среды. Действительно, оптимальный температурно-влажно-стный режим в кондиционируемых помещениях обеспечивается, но одновременно, согласно исследованиям последних лет, проведенным в кондиционируемых административных зданиях, имеют место определенные изменения в физико-химических свойствах кондиционированного воздуха. При этом в результате исследований выявлено большое число жалоб, связанных с повышенной утомляемостью (71,5%), ощущением духоты (64,5%), частыми головными болями (19%), ощущением «недостаточности свежего воздуха и кислорода» в помещении (22%).

В ряде случаев имеет место опасность роста заболеваний верхних дыхательных путей. Грибки, актиноми-цеты, органическая пыль, скапливающиеся в воздуховодах, могут вызвать такие заболевания, как хронический бронхит, пневмония, астма, аллергические реакции, болезнь «легионеров», поскольку не все фильтры способны задерживать взвешенные мелкодисперсные частицы, микроорганизмы.

Иногда считают, что кондиционирование воздуха необходимо применять в больших городах, независимо от климатических условий, в связи с загрязнением воздуха, которое затрудняет проветривание помещений через оконные проемы. Однако исследования, проведенные в административных зданиях Москвы, не выявили каких-либо улучшений в химическом составе воздушной среды в помещениях, оборудованных кондиционированием воздуха, по сравнению с не-кондиционируемыми и, кроме того, после обработки воздуха в системе кондиционирования имеет место его денатурация в отношении ионноозон-ного режима по сравнению с исходным нативным атмосферным воздухом (Ю. Д. Губернский, 1978). Представляется, что в зоне умеренного климата эффект, достигаемый с помощью кондиционирования, может быть получен без нежелательных последствий для людей и более дешевым способом — путем изменения конструкции зданий. Поэтому можно идти как по пути дальнейшего совершенствования систем кондиционирования воздуха (приемы «освежения» воздуха), так и придерживаться известных и проверенных практикой принципов строительства, т. е. применения строительных материалов и архитектурно-планировочных и инженерных решений в соответствии с климатом.

Только при повышении температуры воздуха в помещении более 28° С включение СКВ становится необходимым. Поэтому для жилых зданий развитие систем кондиционирования должно идти по пути оборудования помещений автономными кондиционерами, которые включаются при необходимости.

Применение кондиционеров, которые эксплуатируются только в самые жаркие часы суток, позволит избежать герметизации помещений, что требуется при кондиционировании воздуха, и создать   в   помещении    оптимальную внутреннюю среду, лишенную недостатков, характерных для помещений с централизованными системами кондиционирования воздуха.

Применение систем кондиционирования в обязательном порядке целесообразно в условиях жаркого климата для борьбы с перегревом зданий, распространение систем кондиционирования воздуха и в районах с умеренным климатом необходимо лишь тогда, когда это обуславливается вескими причинами.

Однако это положение не распространяется на многие типы общественных зданий (больницы, театры, кинотеатры, залы заседаний, спортивные сооружения и т. п.), предназначенных для временного скопления большого количества людей, где обеспечение оптимальных параметров микроклимата, независимо от климатических условий региона, может быть достигнуто только путем оборудования зданий системами кондиционирования воздуха.

Улучшение условий микроклимата возможно, естественно, не только с помощью дорогостоящих и сложных систем кондиционирования воздуха, в частности, даже и в условиях жаркого климата

В условиях жаркого климата основной проблемой является снижение дневной температуры внутри помещения по сравнению с температурой наружного воздуха.

При проектировании жилья в жарком климате рекомендуются следующие защитные мероприятия по предупреждению перегрева жилища: максимальное обводнение и озеленение города; повышение теплоустойчивости ограждений; строительство зданий с высотой жилых помещений 3,5 м; применение солнцезащиты в виде вертикального озеленения стационарных и нестационарных затеняющих устройств (жалюзи и т. д.); планировка квартир, обеспечивающая сквозное проветривание в целях максимальной аэрации помещений; строительство в основном малоэтажных зданий; обязательное   устройство   широких   веранд   и террас с любой ориентацией, кроме западной.

Особенно эффективна для снижения температуры воздуха в здании естественная ночная вентиляция. Она осуществляется через отверстия на обоих фасадах зданий (сквозное, угловое проветривание), защищенных подвижными регулируемыми приспособлениями, которые направляют приточный воздух в верхнюю зону помещений. В этом случае наружный воздух достигает зоны пребывания людей только после контакта с воздухом и поверхностью стен помещения.

В последние годы теоретики и практики южного жилища восстановили в правах древний способ вертикального проветривания квартир через шахты.

В течение многих десятилетий в нашей стране этот прием был забыт, что отчасти объясняется неудачным опытом в дореволюционный период строить в столицах нашей страны доходные дома с полутемными и сырыми дворами-колодцами. В умеренном климате, где мало солнца, отказ от них правомерен, но на юге, особенно в жарком сухом климате Средней Азии, целесообразно его использование.

Следует особо отметить вклад в формирование шахтного проветривания института ТашЗНИИЭП (Л. М. Гу-мовская, Е. И. Угрюмов и др.) и, в частности, предложенный институтом прием разделения внутренней полости шахты на отдельные каналы, способствующий заметному снижению опасности перетекания воздуха из одной квартиры в другую.

Именно это нововведение существенно повысило гигиеническую надежность приема и дало основание для включения в последнюю редакцию СНиП «Жилые здания» положения о допустимости шахтного вертикального проветривания квартир, наряду со сквозным или угловым проветриванием.

Следует обратить внимание и на эстетический эффект домов с шахтами.    Включение    в    застройку    этих домов, имеющих за счет устройства шахт значительного размера пропорции приземистого объема, плотно прилегающего к земле, позволит создать эффект контраста со зрительно более легкими протяженными объемами, четырехэтажных домов, имеющих более узкий корпус и богатую светотень лоджий по фасаду.

Гигиенически крайне важно на юге применение наружных регулируемых солнцезащитных устройств на окнах и проемах, летних помещений, ориентированных на все стороны горизонта, и особенно на юго-запад и запад.

Для обеспечения эффективной солнцезащиты помещений очень важен рациональный подбор конструктивных решений солнцезащитных устройств. Наиболее эффективными и гигиенически целесообразными являются регулируемые солнцезащитные устройства типа жалюзи, при помощи которых достигается значительное снижение температуры воздуха и радиационной температуры в помещении, проветривание помещений.

В последние годы все более широкое применение находят конструкции с солнцезащитными экранами, теплозащитными стеклами, вентилируемыми воздушными прослойками. При применении теплозащитных стекол температура воздуха в инсолируемом помещении становится на 3—4° ниже, чем в помещении с обычным остеклением. Еще более эффективны регулируемые солнцезащитные шторы, выполненные на основе металлизированной лавсановой пленки: они позволяют снизить температуру воздуха на 4—6°, а температуру инсолируемых поверхностей — на 12—14°. Кроме того, они обеспечивают зрительную связь с наружным пространством и снижают в несколько раз яркостные контрасты. Через светотехническую металлизированную лавсановую пленку проходит только 13% солнечной радиации, тогда как через обычное стекло толщиной 4 мм —81%.

Одним из действенных методов улучшения микроклимата квартир яв-

ляется озеленение балконов и лоджий, что приводит к снижению температуры воздуха в жаркие дни в среднем на 5°, а радиационной — на 20°.

Установлено, что способность квадратной в плане комнаты противостоять наружным тепловым воздействиям уменьшается наполовину, по сравнению с глубоким помещением. Здесь улучшается температурный режим и особенно радиационный режим помещений, но одновременно в глубине помещения ухудшаются естественная освещенность и процессы проветривания.

При совместном учете этих факторов целесообразно принимать отношение глубины помещения к ширине в пределах 1,4—1,6. Кстати, такое соотношение сторон комнат благоприятно и в психо-эмоциональном отношении. Узкие, сильно заглубленные комнаты не отличаются хорошими пропорциями. Квадратные и вытянутые вдоль светового фронта — лучше, но последние могут быть чрезмерно холодными в умеренном и холодном климате, и жаркими — на юге. Значительные теп-лопоступления в помещение летом на юге происходит через светопроемы. Снижение площади остекления на 10% способствует снижению теплопоступ-лений в помещение в два раза, в то же время увеличение площади светопро-емов на 1/3 повышает воздухообмен на 20%.

В районах с интенсивным внешним тепловым воздействием, где принята дневная изоляция зданий (закрытый режим), следует сокращать площадь остекления, а вечернее и ночное проветривание активизировать с помощью широко раскрывающихся окон или даже трансформируемых участков наружной стены.

Реальное снижение температуры воздуха в помещении по сравнению с температурой наружного воздуха при широком применении естественных и планировочно-конструктивных средств оптимизации микроклимата составляет 8—12°.

Наше внимание к вопросам перегрева  южного  жилища   не   случайно.

Если на Севере и в умеренном климате многое зависит от отопления, то на юге, в условиях перегрева для регулирования потоков воздуха и затенения пространства, могут и должны широко использоваться приемы планировки, поскольку эти средства, коль скоро они дают эффект, более здоровы, чем кондиционер при закрытом режиме. Кроме того, сама открытость южного жилища к внешней среде заставляет внимательно относиться к каждой детали его устройства: к плану, к устройству окон, лоджий и т. п.

Однако и на севере, и в средней полосе планировка активно связана с микроклиматом. Компактный план дома с широким корпусом более уместен в холодном климате не только из-за снижения теплопотерь. В таком доме микроклимат более устойчив, менее подвержен ветровому «выдуванию», выхолаживанию при смене погоды. В холодном климате обязательно утепление входной части в дом, введение тамбуров, сокращение количества входов и др.

На микроклимат и на психоэмоциональные качества жилища умеренных и северных широт большое внимание оказывает обращение жилых помещений на южные стороны, к солнцу. Здесь опять-таки дело не только в нагреве комнат, в определенной экономии тепла, в использовании солнечной энергии. Хорошо инсолируемая комната, имеющая и солнцезащитные устройства на случай чрезмерного солнечного облучения,— комфортна и с точки зрения бактерицидного режима (солнечные лучи убивают или значительно ослабляют действие бактерий), и с точки зрения психологического состояния (облучение, солнечный свет, изменяющийся под влиянием облачности, благотворно действует на психику человека).

Эффективность планировок квартир со сквозным или угловым проветриванием доказывалась неоднократно советскими гигиенистами, причем не только для жилища юга, но и средней полосы, и даже севера (Л. Ф. Туля-кова). На юге главный эффект проветривания проявляется летом, способствуя ускорению движения воздуха в квартире и, тем самым, помогая человеку перенести условия перегрева, облегчить ему отдачу тепла. Но и зимой во всех широтах страны, и даже на севере, при закрытом режиме жилища (окна закрыты, притворы окон заклеены бумагой) планировка, обеспечивающая выход окон на две стороны, способствует еле заметному, очень слабому, но принципиально важному для состояния человека движению воздуха. В квартире исключается застойность воздуха, появляются его микротоки, благотворно действующие на организм человека, улучшающие воздушную среду жилища. Кроме того, выход окон на две стороны очень важен с психологической точки зрения: наружное пространство, воспринимаемое из квартиры, намного расширяется, солнечное освещение квартиры приобретает еще большую динамичность, изменчивость во времени суток. Психоэмоциональный фактор двусторонней квартиры оказывает существенное положительное воздействие на жителя Севера и это является одной из причин того, что двусторонние квартиры и там получают достаточно высокую оценку.

Таким образом, планировочные

средства не только на юге, но и в дру

гих широтах — существенные факто

ры улучшения микроклимата и оздо

ровления среды в жилище, в этом

смысле их можно условно назвать

факторами      «кондиционирования

среды».