Главными показателями комфортности микроклимата в помещении являются температура воздуха, температура окружающих поверхностей, влажность и подвижность воздуха. Хотя явно состав воздуха в этой четверке не упоминается, негласно подразумевается, что воздух качественный, т.е. имеет максимально близкий к природному состав. Вентиляция прямо воздействует на все компоненты микроклимата, кроме температуры поверхностей, а если добавить панельное (потолочное) кондиционирование, то все составляющие микроклимата помещений зависят от качества инженерного решения «воздушной» части. Параметры комфорта Биологически человек приспособлен к жизни в определенных климатических условиях далекой и во времени и пространстве прародины нашего вида. Именно ее климат нужно создавать в помещении, чтобы человеку было максимально комфортно. Специалисты многих отраслей ведут поиск параметров идеального комфорта, и в общем известно, что при температуре воздуха и поверхностей около 20°С, влажности 50–70% и подвижности воздуха до 0,5 м/с большинство людей чувствует себя комфортно. При комфортном микроклимате в отсутствии контакта с холодными или нагретыми поверхностями 50% образующейся в организме теплоты человек рассеивает тепловым излучением (лучистый теплообмен), конвекцией — 30%, испарением — 20% [1]. При росте температуры воздуха увеличивается доля испарения, и за счет уменьшения теплового напора уменьшается доля конвекции и излучения. Во многих случаях индивидуальные «комфортные» предпочтения отличаются от стандарта: o пожилые люди обычно предпочитают более высокую температуру; o женщины обычно предпочитают более высокую температуру, чем мужчины; o полные люди предпочитают более низкую температуру и т.д. Так что, несмотря на наличие стандартных показателей комфорта, наиболее правильным является такой подход, при котором инженерные системы не только обеспечивают стандарт, но и предоставляют возможность изменения основных параметров в широких пределах. Температура воздуха зимой Задача поддержания температуры воздуха зимой ложится обычно на отопление. Вентиляция обеспечивает требуемый воздухообмен, из сообра-жений экономии обычно выбирается минимально допустимый. Очень часто хозяева помещений в зимнее время переводят вентиляцию в режим рециркуляции, организуя тем самым подобие дополнительного воздушного отопления. Бороться с такой практикой бесполезно — она основана на здравом смысле. И в тех случаях, когда конструкция приточной установки не позволяет организовать рециркуляцию, от притока зимой просто отказываются. Обычно приводятся два аргумента: водяные калориферы перемерзают, а электрические берут слишком много энергии. Оба эти аргумента правильные, при проектировании «по книге» нет никакой возможности избежать размораживания водяных калориферов, а мощность электрических получается с огромным запасом. В результате получается, что вроде бы правильно спроектированная приточная система просто отключается зимой, а свежий воздух поступает только за счет инфильтрации через стены, понижая их температуру, и прорывается через входные двери. Если говорить про системы, сделанные для обеспечения интересов заказчика, то они, конечно, предусматривают не только рециркуляцию в зимнее время, но и небольшой приток. При открытом рециркуляционном воздуховоде в приточной камере должно создаваться достаточное разрежение, чтобы воздух в небольших количествах проходил через фильтр, а при выключенном вентиляторе такое движение воздуха должно прекращаться, чтобы через калорифер за счет самотяги проходил только внутренний воздух отапливаемых помещений. Температура воздуха летом Не всегда приточная вентиляция удовлетворительно работает летом. Предположим, что запроектирован достаточный объем притока (намного превосходящий санитарный минимум), система отлажена, температура наружного воздуха в тени высокая, но еще пригодна для работы — 24°С. Теоретически вентиляция может понизить температуру в помещении до 25–26°С, но практически в помещении уже 28°С, и работать нет никакой возможности. Очень часто причиной является неправильный выбор места забора воздуха для притока. Если приточная решетка просто врезана в стену, особенно с солнечной стороны, то она забирает уже перегретый воздух, поднимающийся конвективным слоем вдоль наружной поверхности стены. Таким образом, приточная установка превращается в отопительную гелиоустановку. Правильный забор воздуха осуществляется из тени, желательно из зеленой зоны, где температура всегда немного ниже, а лучше всего воздух у фонтана, где за счет испарения температура воздуха ниже еще на 2–3°С. Вообще, возможности охлаждения за счет энергии испарения велики, и должны использоваться более широко. Испарительное охлаждение гораздо дешевле кондиционирования, и во многих случаях является оптимальным решением. Если влажность исходного воздуха невелика, то температуру можно понизить, например, на 10°С, при обеспечении на выходе вполне допустимой влажности 70–75%. Равномерность температурного поля С микроклиматической точки зрения, при местных перепадах температуры более чем на 2–3°С появляется опасность локального переохлаждения человека. Неравномерное охлаждение сильно напрягает терморегулирующий аппарат человека, и может привести к заболеваниям. Таким образом, охлажденный воздух должен достигать рабочих мест сплошным потоком, а не струйкой, при этом его температура не должна быть сильно низкой. Отдельно встает задача зонирования. Предположим, руководитель предприятия предпочитает работать при температуре 18°С, а на улице 28°С. Каждый выход на улицу нанесет заметный удар по его здоровью, вплоть до теплового шока. Правильно выполненное зонирование обеспечивает плавное повышение температуры, так чтобы перепад между смежными помещениями не превышал относительно безопасные 2–3°С. Тогда дорога домой выглядит так: кабинет — 18°С, приемная — 20°С, кабинет заместителя — 22°С, коридор — 24°С, вестибюль — 26°С, пробежка до машины — 28°С, в машине кондиционер — 26°С и т.д. Для кондиционируемых помещений обретает особую важность качество приточной вентиляции. Иногда притока нет вообще — и воздух в помещениях начинает деградировать, уменьшается содержание кислорода, искажаются пропорции других составляющих. Хотя некачественный холодный воздух субъективно ощущается лучше, чем некачественный теплый, все равно приток свежего воздуха необходим. Практика показывает, что приточные системы для кондиционируемых помещений проектируют исходя из минимального расхода, что при любых погрешностях в монтаже и наладке ведет к тому, что даже минимальный расход не обеспечивается. Температура поверхностей Температура поверхностей оказывает незначительное влияние на ощущение комфорта только до тех пор, пока она равномерна и не отличается от температуры воздуха более, чем на 2°С. В целом зимой наиболее предпочтителен режим, когда температура поверхностей на 2°С выше, чем у воздуха. Это обеспечивается системами панельного отопления, особенно напольного. Считается [2], что уменьшение температуры воздуха на 1°С может быть скомпенсировано увеличением температуры поверхностей на 0,5°С. Практика полностью поддерживает это положение. Относительно прохладный воздух помещений с температурой 16°С вызывает ощущение свежести, но не приводит к переохлаждению при температуре пола 24–26°С. Более того, именно такой температурный режим субъективно воспринимается, как наиболее комфортный. Как уже было сказано, половину избыточной теплоты человек теряет в виде излучения, так что эта составляющая очень важна. У сильно нагретых или охлажденных поверхностей человек попадает в такие условия, что тепловой поток становится неравномерным: с одной стороны теплота поступает, с другой теряется. Такой режим перенапрягает терморегулирующий аппарат человека и вреден для здоровья. Это накладывает ограничения на высокотемпературные нагревательные приборы. Они должны располагаться вдали от людей, как правило, на большой высоте. Даже обычные радиаторы могут создать небольшую зону дискомфорта прямо перед собой. Только панельное отопление и отчасти охлаждение гарантирует равномерность теплового излучения во всем объеме, и соз-дает максимальный комфорт на всей площади помещения. Хотя и в этом случае окно остается слабым звеном. Внутренняя поверхность окна может сильно охлаждаться, вызывая дискомфорт и ощущение сквозняка, хотя на самом деле это, конечно, не сквозняк, а локальное переохлаждение. Вентилируемые окна сложны и не нашли применения, так что если возникает необходимость сделать комфортной зону непосредственно у окна, то можно направить на стекло теплый воздух, согреть его поверхность, и избавиться тем самым от нежелательного неравномерного лучевого переохлаждения. Наиболее подробно методики расчета лучистого теплообмена даны в [3]. Место размещения греющих или охлаждающих поверхностей определено народным опытом: «держи ноги в тепле, голову в холоде». Наиболее комфортно напольное отопление и потолочное охлаждение. Соотношение температур Зимой более «комфортное» впечатление производит сочетание немного пониженной температуры воздуха (18±2°С) и повышенной на 2–3°С температуры поверхностей. Обычно это связывают с тем, что при общем сохранении теплового баланса усиливается конвективная составляющая теплообмена. Летом наиболее приятное ощущение прохлады дает потолочное панельное охлаждение — оно понижает среднюю температуру поверхностей и почти не влияет на температуру воздуха в помещении. В помещениях с потолочным охлаждением можно организовать интенсивную вентиляцию или даже аэрацию — и при этом они останутся относительно прохладными. Влажность зимой Человек почти не замечает изменение относительной влажности в широких пределах, встречающихся в природе. В климатических условиях большей части России зимой воздух в помещениях может оказаться сильно пересушенным, каким он никогда не бывает в естественных условиях. Сухой воздух понижает сопротивляемость организма, способствует возникновению и развитию заболеваний органов дыхания, вызывает неприятное ощущение сухости. Человек выделяет влагу с дыханием и с поверхности кожи, так что в обитаемых помещениях влажность поднимается до 30–40%, что уже минимально достаточно. Но, например, в малозаселенном престижном жилье источники естественной влаги практически отсутствуют, и без специальных мер влажность может опуститься до 20%, так что неприятная сухость воздуха становится заметной даже молодым и здоровым людям. Частичным решением проблемы является низкотемпературное панельное отопление, при котором интенсивность осушения воздуха уменьшается. Как правило, для обеспечения настоящего комфорта требуется увлажнение воздуха. Эта задача легко решается в помещениях с центральным кондиционированием воздуха. Во всех остальных случаях приходится использовать увлажнители воздуха. Увлажнение летом В летний период увлажнение обычно не требуется, если вдруг оно необходимо в сочетании с охлаждением воздуха, то задача получения требуемых параметров комфорта усложняется. Массовые кондиционеры (сплиты и канальные) в любом режиме работы осушают воздух. Если в помещении поставить увлажнитель, то образуется замкнутый круг, в котором кондиционер и увлажнитель работают друг на друга, а не на комфорт. С этой проблемой часто встречаются при кондиционировании помещений с радиоаппаратурой, поэтому специально предназначенные для работы с такими помещениями устрой- ства — прецизионные кондиционеры (СС — close control) имеют функцию увлажнения. При разработке инженерных решений нельзя забывать про влажность. Высокая относительная влажность препятствует охлаждению организма за счет испарения с поверхности кожи. При влажности 100% тепловой баланс человека может нарушиться при температуре более 31°С. При влажности 0% баланс может сохраниться при температуре до 52°С [1]. Конечно, такие крайние величины встречаются редко, однако бывают. Например, достаточно типична ошибка, когда в помещении, скажем, химчистки сушатся вещи, поэтому температура высокая, а вентиляция только рециркуляционная, без осушителей, т.е. влажность близка к 100%. Не говоря про то, что сушка в таких условиях невозможна, это еще и может сильно навредить здоровью работников. Субъективно влажный воздух (более 60%) кажется теплее, чем он есть на самом деле, особенно это заметно при влажности 80% и более. При большой влажности перестает испаряться пот. Подвижность воздуха Не только влажность, но и подвижность воздуха оказывает тепловое воздействие. Она усиливает конвекцию и ускоряет испарение с поверхности кожи. Конвективная составляющая полностью определяется температурой: воздух с температурой менее 34–35°С охлаждает, более — нагревает. Связь интенсивности испарения связана с влажностью: если влажность менее 30%, то испарение настолько хорошее, что подвижность воздуха ничего не меняет. Если влажность более 85%, то при любой подвижности воздуха испарение затруднено. В обычном диапазоне влажности подвижность улучшает испарение, и тем способствует охлаждению, так что при высокой температуре воздуха можно рекомендовать скорость воздуха до 0,25–1,0 м/с. При меньшем значении движение воздуха не ощущается, при большем может возникнуть ощущение сквозняка. Если температура низкая, то нежелательна скорость более 0,25 м/с. Даже в случае, если скорость воздуха менее 0,1 м/с, может появиться ощущение духоты. В обычных ситуациях неподвижный воздух не встречается — в помещении всегда есть конвективные потоки и двигаются люди. Но кто знает... практика многообразна. Природный состав Природный воздух представляет собой сложную и переменчивую смесь газов и аэрозолей. Воспроизвести ее в помещении невозможно, можно только минимально разрушить при транспортировке внутрь помещения. Сохранение природного качества воздуха — сложная задача. Даже если обслуживаемое помещение находится в лесу, и качество наружного воздуха очень высокое, то внутрь помещения поступит другой воздух. За время прохождения по воздуховодам и через вентилятор его микросостав изменится, и вдохнуть свежесть бора окажется возможным, только открыв окно и впустив ветер. Конечно, дышать можно и искусственным воздухом, что подтверждают длительные космические полеты, но комфортным такое дыхание не назовешь. Единственным элементом инженерного оборудования зданий, заметно улучшающими качество воздуха, являются оросительные камеры, после них воздух хорошо пахнет и имеет близкий к природному «последождевому» воздуху состав. Дальнейшее путешествие по сети воздуховодов быстро ухудшает качество воздуха. Для его улучшения в месте применения есть комнатные ионизаторы, воздухоочистители и увлажнители. При правильном подборе эти приборы оправданы. Иногда в качестве воздухоочистителя рекомендуют мокрые пылесосы. Физика происходящих в них процессов такова, что очистка от пыли менее 3 мкм маловероятна, так что их рекламируемые возможности по очистке от субмикронной пыли сильно преувеличены. Обычные фильтры и более мелкую пыль улавливают. Другое дело, что при работе мокрых пылесосов нет специфического пылесосного запаха — но это не относится к очистке. Только центральные пылесосы безоговорочно удаляют пыль из помещения. Экстремальный комфорт Несмотря на достижения климатехники, все еще остаются задачи, которые не имеют комфортного решения. Наиболее понятным примером такой задачи является рабочее место повара у кухонной плиты в заведении общественного питания. Такие повара являются, как правило, высокооплачиваемыми специалистами, и любые улучшения их самочувствия и здоровья должны окупаться, но реализации комфортных условий мешает специфика рабочего места. Иногда коллеги пытаются обеспечить комфорт усиленной вентиляцией и даже кондиционированием. Конечно, вентиляция должна быть достаточной, чтобы весь восходящий конвективный поток над плитой был уловлен, и оптимальное решение этой задачи уже давно известно — это приточно-вытяжные зонты. При правильной реализации они полностью блокируют воздушное пространство над плитой. Главной проблемой дискомфорта повара является тепловое излучение плиты. Ее нагретая до очень высокой температуры поверхность облучает повара, и средствами вентиляции ничего сделать нельзя. Здесь можно рекомендовать уменьшение открытой поверхности плиты — это не инженерное, а организационное мероприятие. При полной загрузке плиты тепловое излучение тоже уменьшается — температура посуды обычно заметно меньше температуры плиты. Кондиционирование вряд ли уместно на кухне, если только в виде «душирования» рабочего места у плиты. Здесь требуется известная осторожность, т.к. резкие перепады температуры более вредны, чем высокая температура сама по себе. Самочувствие повара при сильном тепловом излучении улучшится, если его организму предоставлена возможность потеть, т.е. температура воздуха заметно ниже 30°С, желательная влажность — около 50%, подвижность воздуха — 0,5–1,5 м/с с возможностью регулирования направления и скорости. Если такие условия обеспечиваются вентиляцией, то ничего принципиального кондиционирование не добавит, а расходы возрастут сильно. Тепловая мощность кухонного оборудования обычно составляет несколько десятков киловатт. Выводы Разработка решений по созданию оптимального микроклимата требует учета многих взаимодействующих факторов воздушно-теплового баланса. Только обладая глубоким и всесторонним пониманием микроклиматических особенностей вентиляции и кондиционирования можно эффективно направить работу климатической техники на качественное обеспечение запросов заказчиков. Вне целостного подхода даже самое дорогое климатическое оборудование может оказаться неэффективным, что приходится постоянно наблюдать в ходе экспертизы реализованных и якобы престижных объектов. Престижность заключается не в цене, а в высокой культуре на всех этапах работы — от заказчика и проектировщика до дежурного сантехника.
Литература 1. А.Н. Сканави. Отопление. М.: «Стройиздат», 1988. 2. С.В. Зоколей. Архитектурное проектирование, эксплуатация объектов, их связь с окружающей средой. М.: «Стройиздат», 1984. 3. В.Н. Богословский. Строительная теплофизика. М.: «Высшая школа», 1982.
