книги из ГПНТБ / Кореневская, Е. И. Гигиенические вопросы строительства школьных зданий

такая фрамуга давно не применяется в школах, по су­ ществу она заменена обычной форточкой, только пово­ рачивающейся на горизонтальной оси (обе створки от­ крываются сверху вниз и не выполняют своего основ­ ного назначения создать направленный ток воздуха в помещение), поэтому поток холодного воздуха сразу опускается в зону пребывания учащихся и тем быстрее, чем ниже потолок.

Итак, в школах с высотой помещения 3 м в присут­ ствии детей кратковременная аэрация классов с по­ мощью фрамуг возможна лишь при температуре на­ ружного воздуха до 0—5°, а это значит, что в условиях Крайнего Севера проветривание учебных помещений в присутствии детей исключается в течение всего учебно­ го года.

При использовании только канальной вытяжной вен­ тиляции на естественном побуждении без периодического проветривания класса, даже при наличии в классе 6—12 отверстий каждое живым сечением 240 мм2, градиен­ те температур внутреннего и наружного воздуха 40° и значительном ветровом напоре из класса удаляется 146—310 м3 воздуха в 1 ч, т. е. обеспечивается в луч­ шем случае 1,9—2-кратный обмен воздуха вместо 4—8-кратного, нормируемого по углекислоте (исходя из предельно допустимой ее концентрации 0,1%). При меньших градиентах внутренних и наружных темпера­ тур количество удалямого через каналы воздуха снижа­ ется до 100—150 м3/ч. Естественно, что в таких усло­ виях даже после интенсивного и продолжительного про­ ветривания учебных помещений во время перемен (10— 30 мин) содержание углекислоты и газовых примесей в воздухе начинает расти с первых минут урока, достигая уже к 15-й мин предельно допустимого уровня и превы­ шая его к концу урока в 172—3 раза. В то же время вытяжная вентиляция на естественном побуждении по существу не влияет на температурно-влажностный ре­ жим помещений. Температура воздуха в классах за счет тепловыделений учащихся повышается в течение урока на 3—4°. Это вполне понятно. Если считать, что школьник выделяет в среднем 40 ккал/ч тепла, то в классе на 40 учащихся будет образовываться ежечасно 1600 ккал. Расчет показывает, что для создания в клас­ се оптимальной температуры воздуха 18—20° путем удаления тепловыделений учащихся через систему вы-

180

тяжной вентиляции при температуре наружного воздуха,

200 м3, создаются условия для повышения температур в классе. Удаление тепловыделений учащихся может быть обеспеченно только при низких значениях температуры наружного воздуха (ниже —10°).

■Включение механического побудителя вытяжной вен­ тиляции в классе во время перемен, как предусмотрено заданием на проектирование, при условии аэрации ко­ ридоров во время уроков и классов в перемену улуч­ шает процесс вентиляции зданий. Так, если во время перемен в учебных помещениях 3-го этажа за счет сквозного проветривания удается снизить концентра­ цию углекислоты в среднем до 0,06%, то при дополни­ тельном включении механической вентиляции она сни­ жается в среднем до 0,04%. При хорошем проветрива­ нии всего здания во время перемен дополнительное включение механической вентиляции на 10 мин в се­

до 607 м3 воздуха и концентрация углекислоты сни­

0, 11% .

Однако в период работы механической вытяжки уча­ щиеся и педагоги жалуются на «дутье» по ногам, так как воздух поступает в класс не только из рекреаций через щель под дверью со скоростью 0,3—0,6 м/с, но и через неплотности окон, что резко усиливает движение воздуха у первого ряда парт («дутье» из окон). Ско­ рость движения воздуха в проходе между окнами и пер­ вым рядом парт, не ощутимая при малых кратностях воздухообмена, при включенной механической вытяж­ ной вентиляции легко определяется даже крыльчатым анемометром и составляет в зависимости от темпера­ туры наружного воздуха, скорости и направления вет­ ра от 0,3 до 0,8 м/с. Это оказывает существенное вли­ яние на тепловое состояние учащихся, сидящих вблизи остекления.

181

Использование вытяжной вентиляции с механическим побуждением увеличивает кратность воздухообмена до 4—6 в 1 ч, однако температура воздуха в классах 3-го этажа при этом существенно не меняется (а в солнечные дни в школах новых конструкций с ленточным ос­ теклением, как уже говорилось, катастрофически ра­ стет), так как воздух поступает в эти учебные помеще­ ния лишь из рекреаций. Очевидно, для ликвидации пе­ регрева учебных помещений в солнечные дни, особенно в школах с ленточным остеклением, необходимо уст­ ройство регулируемых систем отопления, а при тепло­ технических расчетах отопительной сети следует при­ нимать во внимание тепловыделения учащихся. Расче­ ты показали, что расчетная температура воздуха в школах с обычным остеклением должна быть на 2°, а в школах с ленточным остеклением на 1° ниже норма­ тивной. Эти рекомендации были учтены в СНиП П-Л.4-62, однако дальнейшие исследования выявили необходимость их корректировки в зависимости от при­ меняемой системы вентиляции.

Принято считать, что рекреация в школе — резервуар свежего воздуха. Это положение правомерно лишь для одноэтажных школ, а в многоэтажных — для первых, максимум для вторых этажей.

Современная структура школьных зданий предус­ матривает размещение на первом этаже в специальных блоках или крыльях зданий помещений общешкольного назначения, имеющих большие объемы (гимнастиче­ ский актовый и обеденные залы, мастерские). Как ус­ тановлено исследованиями В. Е. Константиновой и Г. Г. Шамциян (1962), проведенными методом гидрав­ лического моделирования, при обычных системах естест­ венной вытяжной вентиляции в школах подобной пла­ нировочной структуры происходит вертикальное переме­ щение воздушных масс из нижних этажей в верхние через лестничные клетки. Большинство помещений, размещаемых в крыльях зданий, содержит источники загрязнения воздуха (кухня, мастерские, гимнастиче­ ские залы), поэтому в верхние этажи поступает загряз­ ненный воздух, который через рекреации поступает в классы. Объем его составляет '/г—2/з воздуха, проника­ ющего в классы третьих этажей.

Как показали лабораторные исследования В. Е. Кон­ стантиновой, в 4—5-этажных школах старых конетрук-

182

ций наблюдается аналогичная картина с той лишь раз­ ницей что воздух перетекает из классов и других поме­ щений первых—вторых этажей в классы третьих—пя­ тых этажей. Такое 'перемещение 'воздушных масс в школах, особенно новой планировочной структуры, приводит к тому, что нижние этажи находятся под раз­ режением, а верхние — под напором воздуха. Перете­ кание воздуха по этажам в зданиях, имеющих единый

этажей, неравнозначно его качеству в классах первых этажей. При одинаковых условиях проветривания учеб­ ных и рекреационных помещений в перемены и во время уроков показатели, характеризующие состояние воздуш­ ной среды в рекреациях, ухудшаются от этажа к этажу.

Количество воздуха, поступающего через лестичные клетки в верхние этажи, составляет 10—16 тыс. м3/ч,

апри аэрации зданий весной и осенью—до 25 тыс. м3/ч. Таким образом, рекреации третьих—пятых этажей

уже не могут считаться резервуарами'чистого воздуха. Эти огромные массы загрязненного воздуха благодаря наличию в классах вытяжных каналов перетекают из рекреаций 3-го н 4-го, особенно 5-го этажей в классы, что небезопасно в эпидемическом отношении и отрица­ тельно влияет на работоспособность учащихся.

183

Качество работы учащихся ухудшается при повыше­ нии температуры воздуха до 23—25° и влажности до 70—80%, что чаще наблюдается в классах верхних этажей. Эти данные полностью совпадают с выводами Нью-йоркской комиссии.

Таким образом, при нормировании воздухообмена основных школьных помещений следует исходить не только из его количественной (кратность), но и каче­ ственной стороны, учитывая в первую очередь количе­ ство свежего, незагрязненного воздуха, поступающего или подаваемого в помещения. Исходя из этого,вытяж­ ная вентиляция в школах средней полосы Советского Союза (а тем более северных районов страны) не обе­ спечивает оптимальных условий воздушной среды как по физическим, так и по химическим ее показателям, затрудняет аэрацию классов верхних этажей за счет перетекания воздуха из классов и других помещений первых этажей в верхние и опрокидывания воздушного потока. Нормировать воздухообмен помещений только по его кратности принципиально неверно, так как при вытяжной вентиляции помещения первого и верхних этажей получают неравнозначный по качеству воздух. ] Эта система вентиляции может быть сохранена лишь для южных районов страны, где большую часть года возможна широкая аэрация классных комнат (в пер­ вую очередь южные районы республик Средней Азии и прибрежных районов Закавказья). Однако для эф­ фективной работы вытяжной вентиляции и в этих рай­ онах необходимо постоянное механическое побуждение, хотя бы для вентиляционых шахт санитарных узлов, и •■устройство фрамуг в двух—трех уровнях.

В районах же с умеренным и холодным климатом оптимальные условия воздушной среды могут быть обе­ спечены только при непосредственной подаче в поме­ щения чистого воздуха, количество которого должно регулироваться в зависимости от условий внешней сре­ ды. Об этом свидетельствуют приводимые ниже резуль­ таты исследования эффективности приточных вентиля­ ционных систем: децентрализованной с н&подогретым воздухом и централизованной, совмещенной с воздуш­ ным отоплением.

Приточная вентиляция. Децентрализованная подача в учебные помещения неподогретого воздуха с целью вентиляции была предложена еще в 1901 г. С. Я. Ти-

184

моховичем. В 1929 г. В . АЛевицкий. , основываясь н а данных американских авторов, предложил использовать ее для вентиляции учебных помещений, считая, что по­ догрев воздуха будет осуществляться за счет тепловы­ делений учащихся. Исследования, проведенные в 30-х годах специальной труппой сотрудников Московского института гигиены имени Ф. Ф. Эрисмана при участии

Москвы, оборудованных приточными дырчатыми коро­ бами и снабженных вентиляторами 0,45 HP, обеспечи­ вают оптимальные условия воздушной среды в учеб­ ных помещениях даже при температуре наружного воздуха —10—19°. Местный приток небольших объемов неподогретого атмосферного воздуха (6—12 м3 на учащегося в 1 ч) не только приближает химический состав воздуха классов к атмосферному, но и позво­ ляет создавать в помещениях оптимальные условия микроклимата. Однако эта система в связи с конструк­ тивными неудобствами и ухудшением эстетических ка­ честв помещений в школах не привилась.

В 1938 г. В. И. Федыноким была разработана уста­ новка для децентрализованной подачи в классы непо­ догретого воздуха с помощью вентилятора и специаль­ ного короба за радиатором. Эта установка, как и аг­ регат, предложенный в 1940 г. М. П. 'Каминкиным, не нашла широкого применения из-за поступления в по­ мещения больших количеств холодного воздуха. Прин­ ципиальные схемы этих установок не были забыты. В 50-х годах М. К- Федоров предложил аэрационноотопительнуыю установку, позволяющую подавать в помещение атмосферный воздух, обогревающийся за счет теплового излучения наружных ограждений за ра­ диаторами водяного отопления. Преимущества ее для жилых помещений были показаны А. И. Шафиром (А. И. Шафир, Н. М. Пашинская, Е. И. Соломонова, 1957). Однако в школах эти установки не нашли рас­ пространения, так как при недостаточном контроле по­ ступление холодного воздуха (температура ниже —20°) через оставленное на ночь открытое отверстие вызыва­ ло разрыв труб отопительных приборов.

В 1962 г. Г. Г. Шамциян (Научно-исследовательский институт санитарной техники) доказала возможность и разработала теоретические принципы подачи в поме­

185

щение значительных объемов иеподогретого воздуха настильной струей на потолок (Г. Г. Шамциян, 1964). Расчеты, основанные на законе распространения насти­ лаемых на плоскости струй, позволили обосновать пара­ метры приточного воздуха (скорость подачи и темпера­ туру), место расположения и форму приточных отвер­ стий, обеспечивающих оптимальные условия воздушной среды в помещениях при разнице температур атмосфер­ ного воздуха и воздуха помещений до 30—40°.

Сконструированный Г. Г. Шамциян агрегат для по­ дачи воздуха состоит из осевого вентилятора произво­ дительностью 240 м3/ч и короба, направляющего струю холодного воздуха ца потолок под углом 45°. При та­ кой системе подачи струя холодного воздуха прилипа­ ет к потолку и спускается в рабочую зону постепенно, не охлаждая существенно рабочую зону помещений.

Проверка предложенного метода, проведенная авто­ ром в лабораторных условиях и совместно с гигиени­ стами в условиях естественного эксперимента в жилых помещениях и больницах, показала его преимущества. Затем проверка агрегата была проведена в школах и дошкольных учреждениях. Установка в классе с высо­ той потолка 3,6 м одного приточного агрегата произво­ дительностью 240 м3/ч (6 м3 на учащегося) позволяла поддерживать при температуре наружного воздуха от

Г. Г. Шамциян, 1961). Температура воздуха на протя­ жении уроков оставалась в пределах 18—20°, горизон­ тальные и вертикальные градиенты ее не превышали 1°, подвижность воздуха в рабочей зоне колебалась в пределах 0,1—0,25 м/с, а относительная влажность бы­ ла 30—45%• При периодическом включении агрегата концентрация углекислоты в экспериментальном клас­ се не превышала 0,13%, окисляемость воздуха — 5,6 мг/м3, количество бактерий — 20 000 колоний на 1 м3, в то время как при выключенной системе и в контроль­ ных классах содержание углекислоты в воздухе соста­ вляло 0,16%, а окисляемость превышала 11,2—20 мг/м3.

Исследования, проведенные нами в дошкольных уч­ реждениях с высотой помещений 3 м, показали, что в игровых комнатах размером 50 м2 (30 детей) при пе­ риодическом включении агрегата на 20—30 мин в 1 ч (4—6 раз по 5 мин) содержание в воздухе углекисло­

186

1) тщательная герметизация вентиляционных уста­ новок и, главное, их сочленений с простеночными блока­ ми. Недостаточная их герметизация повышает подвиж­ ность воздуха у первого ряда парт и снижает температу­ ру внутренней поверхности простенков до 9,6—14,6°, а остекления до 4—4,8°. Школьники, сидящие за парта­ ми первого ряда, даже при температуре воздуха в клас­ се 18—19° жалуются на охлаждение;

2)проведение расчета отопительной сети здания по оптимальной температуре воздуха (18—20°). Снижение расчетной температуры недопустимо, так как тепловы­ деления учащихся должны покрывать расход тепла на подогрев поступающего в помещение атмосферного воз­ духа;

3)исключение возможности отрыва струи холодного воздуха от потолка. Для этого в школах, оборудован­ ных приточными агрегатами, наиболее целесообразно применять кольцевые светильники, размещенные в сто­ роне от воздушного потока. При оборудовании классов люминесцентными лампами расположение лент све­ тильников должно быть не параллельным, а перпенди­ кулярным к наружной стене.

Приведенные данные показывают возможность и ус­ ловия применения приточных агрегатов в школьном строительстве. Очевидно, эта система может обеспечить наилучшие условия воздушной среды в комбинации с лучистым отоплением учебных помещений. Однако су­ дить об этом можно лишь косвенно, сопоставляя дан­ ные об эффективности приточной вентиляции с данны­ ми литературы о влиянии лучистого отопления на теп­ лообмен человека, так как школы с подобной системой пока отсутствуют.

Лучистое отопление помещений. Значение радиаци­

онного теплообмена в сохранении теплового комфорта

предложена паро-бетоннная или водо-бетонная система отопления, которая в принципе мало отличалась от ны­ не действующих систем лучистого отопления. В конце XIX — начале XX века была определена и биоло­ гическая сущность теплового излучения. В отечествен­ ной. литературе она наиболее четко была сформулиро­ вана энтузиастом лучистого отопления В. А. Левицким

188

(1933), рекомендовавшим его для широкого примене­ ния в жилых и общественных зданиях, в том числе и в детских учреждениях. Большое значение лучистого отопления в школах и дошкольных учреждениях не­ однократно подчеркивал А. В. Мольков (1940). Первые исследования воздушно-теплового режима в экспери­ ментальном классе с панельным отоплением были про­ ведены в 40-е годы Г. П. Сальниковой. Полученные автором данные показали возможность снижения опти­ мальных температурных параметров при лучистом ото­ плении и широкой аэрации помещений в присутствии детей. Аналогичными оказались данные исследований, осуществленных в английских школах с лучистым ото­ плением, а, затем и М. Н. Севастьяновой в СССР, (1957),

Физиологические исследования, проведенные в даль­ нейшем в жилищах на взрослых, подтвердили преиму­ щества лучистого отопления (Н. .К- Пономарева, 1954; М. С.- Горо'мосов, Н. А. Циппер, 1957; М. Д. Рахматулаева, 1968). Оно обеспечивает благоприятные соотно­ шения теплопотерь излучением и конвекцией. При лу­ чистом отоплении уменьшается теплоотдача излучени­ ем, исключается возможность радиационного охлаж­ дения, тепловой комфорт обеспечивается при более низ­ кой температуре воздуха, что благоприятно сказывает­ ся на мышечном тонусе и работоспособности человека. По данным Н. К. Пономаревой и М. С. Горомосова, оптимальное тепловое состояние взрослых людей в по­ мещениях с лучистым отоплением наблюдается при температуре воздуха ■ 18—17° (средняя температура 17,4°). В то же время было показано, что условия теп­ лообмена человека в помещениях с лучистым отопле­ нием зависят как от температуры воздуха, так и, глав­ ное, от размеров, расположения и температуры отопи­ тельных поверхностей (подоконных, стеновых, потолочных или напольных панелей). В отношении температу­ ры стеновых и подоконных панелей рекомендации боль­ шинства авторов сходятся. В качестве оптимальной ре­ комендуется температура поверхности 33—38° для сте­ новых и 40—45° для подоконных (М. С. Горомосов,

Н. А. Циппер, 1957; Н. К. Пономарева, 1957; Chrenko, 1957; .Krause, 1959; Bruce, 1961; Н. Ф. Галанин, 1962;

М. Д. Рахматулаева, 1969). Следует отметить, что за­ рубежные авторы (Bedford, 1958; Missenard, 1961) счи­ тают целесообразным повышение температуры поверх-

189