Градостроительная экология _ Маслов Н.В

Продолжение табл. 4.1

Тепловой баланс с окружающей средой обеспечивается, когда выделенное тепло полностью рассеивается. Это происходит при температуре поверхности тела от 31 до 34°С и в помещениях — 18—19°С.

Однако ощущение комфортности зависит не только от температуры воздуха, показываемой «сухим» термометром (tсух). Существенна и температура увлажненного воздуха (tвл), т.е. относительная влажность φв. Важна скорость движения воздуха v и лучистый теплообмен.

Неблагоприятные сочетания перечисленных параметров воздуха вызывают усиление деятельности терморегуляции организма. Это сказывается на мышечном и психическом тонусе человека.

Относительная влажность воздуха влияет на скорость испарения. В

сухой атмосфере влага с кожи испаряется значительно быстрее, чем во влажной. Однако при влажности менее 20% пересыхает слизистая оболочка и возрастает восприимчивость организма к инфекции.

При влажности более 75%, считающейся очень большой, насыщенный парами воздух препятствует испарительным процессам. Человек поэтому может выдерживать только кратковременное пребывание в такой среде.

Относительную влажность воздуха задают в зависимости от назначения помещения и протекающих в нем технологических процессов. При этом считают, что внутренний воздух сухой, если выдержано условие φв ≤ 50%, нормальный, при 51% ≤ φв ≤ 60%, влажный и мокрый при φв ≥ 75%.

От движения воздуха зависит теплообмен. При определенных скоростях за счет конвекции происходит рассеивание тепла и влаги с поверхности тела, если температура воздуха не достигает 40°С. В застойной атмосфере соприкасающийся с кожей воздушный слой быстро насыщается влагой и поэтому препятствует дальнейшему испарению. При скорости воздуха в помещении до 0,1 м/с человек испытывает чувство духоты.

При движении больше этого значения воздух сдувает влажный слой, чем обеспечивается непрерывное рассеивание тепла. Однако сильный сквозняк может вызвать переохлаждение тела. Оптимальной скоростью перемещения воздушной массы в помещениях считается 0,25—1,5 м/с.

Влияние лучистого теплообмена на микроклимат помещений еще недостаточно изучено. В различных источниках высказываются несколько противоречивые мнения. Однако авторы сходятся на предположении, что непосредственное влияние лучистой энергии существеннее, чем средняя

92

температура воздуха. Если тепловое излучение приборов центрального отопления, других разогретых тел или солнечных лучей повышает так называемую радиационную температуру на 0,5 — 0,7°С, то это может быть компенсировано понижением температуры воздуха, но уже на 1°С.

Установлено, что радиационная температура является комфортной, если она превышает температуру воздуха примерно на 2°С. Если же она ниже этого значения, то вызывает ощущение холода и даже сквозняка, что часто испытывают люди, находящиеся у окна или наружной стены.

Характеристики теплообмена изложены при описании четвертого блока рассматриваемых замкнутых экосистем.

З в у к о в о й к о м ф о р т является одним из ведущих факторов, определяющих гигиеническое состояние среды обитания. От того, каков звуковой режим в помещении, во многом зависит состояние людей. В силу заложенных в них природой особенностей посторонние звуки действуют на нервную систему. Организм плохо адаптируется к этому раздражителю, поскольку ассоциируется с опасностью.

Звук как физическое явление представляет собой центростремительное волновое движение упругой среды. Он, как физиологический процесс, является ощущением, возникающим при воздействии звуковых волн на органы слуха и организм в целом. Физическую сущность звука изучают в классической физике и специальной дисциплине «Строительная физика». Поэтому в настоящем учебном пособии в этом аспекте проблема не рассматривается.

С физиологической точки зрения звуковые волны делят на полезные звуки и шум. Шум вызывает раздражающее действие и предельный уровень звукового давления, длительное воздействие которого не приводит к долговременным повреждениям органов слуха, равен 80—90 дБ. Если же уровень звукового давления превышает 90 дБ, то это постепенно приводит к частичной или даже полной глухоте.

Все источники имеют разную частоту. Накладываясь друг на друга, они действуют в широком спектре. Человек же воспринимает звуки веских тонов как более громкие.

Шумовой дискомфорт мешает нормальной человеческой деятельности. В зависимости от нее звуки делят на три группы. К первой относят шумы от порога слышимости до уровня, не мешающего сну и пассивному отдыху. Этот диапазон квалифицируют как тишину. Во вторую группу включают шумы средней силы, не препятствующие бодрствованию и работе после частичной адаптации организма. Сюда входит основная масс звуковых сигналов в доме. Третья группа — это сильные шумы, близкие к порогу болевого ощущения. Эти шумы мешают работе, вызывают звуко-

93

вое утомление и нервозность. Они же способны привести к глухоте. Определение в натуре уровня звукового давления на разных частотах

довольно сложно. В практике поэтому часто используют величину суммарного (эквивалентного) уровня звука LА экв, измеряемого в дБА. Таким образом корректируют звуки в части влияния низких частот. Величина LА экв применима для ориентировочной оценки, применяемой в градостроительстве. Именно ее используют в нормативных документах. Ими установлено, что в жилых помещениях LА экв не должна превышать 40 дБА, а на внутриквартальных территориях может быть принята в пределах до 55 дБА.

Уровень шума в помещениях зависит от интенсивности внутренних и внешних возбудителей. Внутренние шумы вызывает инженерное оборудование зданий. Оно является источником звуков разной частоты и иногда оказывает довольно неблагоприятное влияние на состояние людей.

Внешние источники — это производственные шумы, возникающие в процессе работы близлежащих предприятий. Однако главной причиной шумового дискомфорта являются транспортные потоки. В крупных городах они имеют тенденцию интенсивного развития (см. § 4.2).

З р и т е л ь н о м у к о м ф о р т у уделяется все большее внимание. В настоящее время складывается новое научное направление — видеоэкология. Ее актуальность объясняется активной урбанизацией общества, отдалившей человека от естественной визуальной среды и переместившей его в искусственную — городскую, зачастую враждебную, а иногда и агрессивную [30].

Орган зрения является основным сенсорным каналом. Через него люди получают около 80% информации, поэтому естественно стремление создать среду как можно менее агрессивную.

Во враждебной среде зрение, как канал связи, может частично отключиться и человек не получит необходимой ему информации. Кроме того, его движения связаны со зрительным восприятием и может быть нарушена ориентация. При обилии одинаковых объектов наблюдается явление раздражающей монотонности, нарушается фиксация на одном из них.

Психологи установили еще одну закономерность: уровень развития детей в районах полносборного домостроения отстает от уровня сверстников, живущих в исторической части города. Ученые [30] считают, что рост агрессивности человечества обусловлен ритмизацией сигналов, которые поступают на входы органов зрения.

Сказанное относится и к жилищу. Ярко отделанные помещения с назойливо повторяющимися линиями, пятнами или другими рисунками

94

вызывают неблагоприятный для глаза зрительный эффект.

Такие же ощущения появляются при неблагоприятном виде из окон. Учитывая это, парадные комнаты стараются разместить со стороны фасада, открывающего обзор на среду с большим разнообразием элементов окружающей среды.

К комфортной визуальной среде относят озеленение. Деревья и кустарники имеют неповторимый силуэт, богатство красок, где преобладает зеленый цвет, наиболее благоприятно действующий на психику человека.

Зрительная изоляция помещений, особенно индивидуальных комнат, играет положительную роль, удовлетворяет потребность в уединении. Для обеспечения этого условия помещения стремятся делать не только звуко-, но и зрительно изолированными. Архитектурно-пространственными средствами можно добиться зрительной изоляции, создавая условия, исключающие возможность, например, подглядывать в окна.

Потребность в освещенности помещений зависит от функциональ-

ного состояния человека. Для активной деятельности необходим свет значительной интенсивности, а для отдыха — мягкий рассеянный, чего можно достичь, используя шторы и жалюзи. Таким образом, исходной величиной следует считать освещенность, необходимую для активной деятельности.

Естественное освещение в жилых зданиях регламентируют, исходя из нормативной величины освещенности — коэффициента естественного освещения ен, сокращенно называемого КЕО. Его значение определяют с учетом светового климата в районе расположения здания и характера деятельности человека в данном помещении. Физический смысл КЕО выражает отношение

где Е — освещенность исследуемой точки внутри помещения, лк; Е0 — освещенность точки на поверхности под открытым небом, лк.

Нормативное значение КЕО показывает, какую долю от освещенности на открытом воздухе должна составлять освещенность исследуемой точки. При этом предполагают, что небо излучает диффузный свет.

Естественный свет, как правило, проникает через световые проемы в стенах. Такое освещение называют боковым. Если же проемы устроены в крыше, как это делают в мансардах, то его называют верхним. Применяют

икомбинированное освещение через боковые и верхние проемы.

Внекоторых странах нормируют не КЕО, а площадь световых проемов А0. При этом рассматривают отношение Кс площади А0 к площади

пола Ап:

95

Искусственное освещение рассчитывают в основном для зданий куль- турно-бытового и промышленного назначения. В жилых световые приборы обычно устанавливают по мере надобности.

И н с о л я ц и и п о м е щ е н и й — облучению поверхностей прямыми солнечными лучами — уделяют особое внимание как значительному экологическому фактору. Вызвано это тем, что солнце оказывает гигиеническое действие на внутреннюю среду, убивает болезнетворные микроорганизмы и кроме того психологически влияет на организм, тонизирует и создает радостное настроение.

Эффект такого облучения зависит от длительности процесса воздействия солнечных лучей, поэтому инсоляцию измеряют в часах и продолжительность нормируют подзаконными актами, в том числе СНиПом.

Норма зависит от климатической зоны размещения здания и непрерывности инсоляции. В зоне, расположенной южнее 58° с.ш., устанавливают продолжительность непрерывной инсоляции в период с 22 марта по 22 сентября в 2,5 ч в день. Для широт выше 58° с.ш. это время увеличивают до 3 ч. Когда здание или территория частично затенены соседними объектами (кроме зеленых насаждений) и облучаются с перерывами, нормами предусмотрено увеличение суммарной продолжительности облучения на 0,5 ч.

Инсоляционный режим — это фактор, зависящий от особенностей окружающей среды. Особенно сложно поэтому обеспечить нормативные требования в условиях плотной застройки на старогородских территориях.

Гигиенисты считают, что в условиях такой застройки нормы могут быть снижены, но не более чем на 0,5 ч. Однако для такого снижения необходимы подзаконные акты органов местного самоуправления. Так, в Москве и Санкт-Петербурге правительствами этих городов — субъектов Федерации были приняты соответствующие акты.

Продолжительность инсоляции помещений определяют графоаналитическими методами.

Под ч и с т о т о й в о з д у х а подразумевают такое загрязнение, при котором содержание газообразных и твердых примесей не превышает нормативных пределов — ПДК. В целях очистки воздуха не только обеспечивают должную инсоляцию, но организовывают локальное проветривание помещений через форточки или путем установки кондиционеров.

В воздухе городов содержится много газообразных частиц, концентрируются так называемые фоновые токсины — химические вещества и пыль. При таком фоне никакое проветривание не даст желаемых результатов, если в застройке не обеспечена аэрация — надлежащее дви-

96

жение воздуха, и около домов возникают застойные зоны. Аэрационные режимы застройки рассмотрены в § 4.2.

Б и о л о г и ч е с к о е в о з д е й с т в и е о б о р у д о в а н и я оценивают,

рассматривая влияние на организм человека таких физических факторов, как радиация, вибрационные и электромагнитные колебания.

Радиационное облучение в жилье приводит к лучевым болезням, стимулирует раковые заболевания. Внутренними источниками облучения могут служить конструкции здания, выполненные из материалов с радиоактивными добавками. Например, в практике отечественного строительства имеют место случаи применения бетонных и железобетонных деталей и изделий, в состав которых был включен радиоактивный щебень или песок.

Вибрационные колебания — следствие работы неисправного оборудования вращательного действия, например плохо отцентрированного насоса, вентилятора или лебедки. Их вибрация передается опорным конструкциям, и если они резонируют, усиливая колебания, то такой агрегат превращается в мощный источник. Внутренними источниками могут служить лифты и мусоропроводы, водопроводящие системы с неисправными приборами и другие механические устройства, вызывающие вибрацию. Аналогичное явление возникает при работе внешних источников.

Наиболее опасны колебания, находящиеся за пределами диапазона слышимых частот, поскольку их трудно выявить. В дозвуковом спектре (менее 20 Гц) они могут оказывать сильное физиологическое воздействие, нарушать пространственную ориентацию, вызывать ощущение усталости, пищеварительные расстройства, головокружение и даже нарушение зрения. Колебания частотой 7—8 Гц часто оказываются причиной сердечных приступов, так как провоцируют явление резонанса системы кровообращения.

Электромагнитное излучение как термин используют применительно к действию электро- и радиоволн, тепловых и инфракрасных, ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей.

Внутренние источники электромагнитных полей — это телевизоры, рентгеновские аппараты, компьютеры и др. Однако мощные электромагнитные поля возникают в основном от внешних источников.

Электромагнитные излучения отрицательно сказываются на здоровье людей, если они длительное время пребывают в зоне излучателя энергии. Действие электромагнитных лучей сходно с последствиями радиационного облучения, и у человека возникают те же болезни.

Функциональная комфортность — это удобство пребывания людей и их деятельности в искусственной среде здания. В этой среде возникают пространственные связи. Их изучают в двух аспектах: антропометрии и

97

психологии поведения человека в пространстве.

Планировочные и объемные элементы дома приспосабливают к физиологическим особенностям людей. Пользуясь антропометрическими характеристиками, получают среднестатистические данные о размерах человеческого тела в различных позах. Исходя из этого назначают размеры элементов пространства, называемые вторичными.

Пространство психологически оценивается человеком с точки зрения расстояний и ориентации. Так, большие личные пространства имеют свойство разобщать людей. С другой стороны помещения небольших размеров вызывают ощущение тесноты. Комфортность достигается, когда найдено равновесие между объемами мест пребывания и ощущениями человека.

Оптимизировать искусственную среду можно, если создать модель психологии поведения, свойственную людям в определенной ситуации. Для этого необходимо задать параметры, оценив функциональные процессы, протекающие в помещениях, наметив сценарий жизнедеятельности человека, семьи или другой группы лиц [30].

Разработка такого сценария позволяет выявить:

важнейшие «узловые моменты» и «точки перехода» от одной функции пространства к другой;

определить психологическое состояние субъекта, его эмоции, ориентацию, ощущение защищенности;

возможности переключения с одного вида деятельности на другой. Важно установить разумную меру информационной нагруженности

среды, опираться на результаты исследований эргономистов. Средствами ориентации в пространстве могут служить не только визуальные изменения (отделка помещений и др.), но и физические (уклон пола и др.).

Условия безопасности относят к удобству пребывания в среде обитания, поскольку в обстановке, чреватой рисками, человек чувствует себя дискомфортно. Неудачная планировка помещений, недостаточная прочность конструкций, плохо отлаженные системы инженерного оборудования могут служить причиной несчастных случаев. Неисправности механических установок способны привести к травматизму, систем с горячими теплоносителями — к ожогам.

Недостаточная прочность зданий и их конструктивных элементов является причиной разрушений. Безопасности от разрушения можно достигнуть, закладывая определенный запас прочности и обеспечивая жесткость всех конструктивных элементов здания (об этом см. ниже).

Взрывобезопасность зависит от надежности инженерного оборудования. Обычно взрывается газ, утечка которого своевременно не ликвидирована. Иногда причиной взрыва является неисправное или пере-

98

груженное электрическое оборудование здания. В настоящее время жильцы пользуются большим количеством бытовых электроприборов. При строительстве зданий внутренние электросети не были рассчитаны на такие нагрузки, поэтому риск их выхода из строя намного увеличился.

Пожаробезопасность является одним из основных условий, формирующих ощущение комфортности пребывания в замкнутой среде здания. Применение несгораемых и огнестойких элементов, обеспечение эффективных путей аварийной эвакуации сокращает риск гибели людей при возникновении пожаров. Установка систем противопожарной защиты и дымовых вытяжек является дополнительным мероприятием, сокращающим риски.

К пассивной защите прежде всего относятся специально оборудованные помещения, используемые при опасности во время военных действий. Это специальные бомбоубежища и подвалы зданий, оборудованные на случай воздушных тревог и ракетных нападений.

Другой аспект пассивной безопасности — это предохранение от проникновения в здания посторонних лиц, а также защита от насекомых и грызунов. Игнорирование такой защиты может вызвать весьма негативные последствия.

От эффективной эксплуатации здания и его элементов во многом за-

висит безопасность пребывания в замкнутой среде обитания. Для этого важно качественно содержать конструкции и инженерные системы, поскольку неисправные и разрушающиеся элементы могут служить причиной травматизма. Поэтому необходимо их систематически обследовать, производить текущие и капитальные ремонты.

Своевременная уборка помещений, особенно общего пользования, также способствует безопасности. Важно не захламлять внеквартирные коммуникации, обеспечивать свободные проходы для жителей на случай аварийной эвакуации при пожарах и других чрезвычайных ситуациях.

Четвертый блок — это инженерно-строительные системы здания.

Экологические требования третьего блока претворяют в конструктивных, архитектурно-планировочных и объемных решениях дома и в его инженерном оснащении (в четвертом блоке). Эффективность мер, направленных на охрану внутренней среды, зависит от экологической оптимальности проекта, его осуществления в натуре и процессов эксплуатации.

Конструкции здания возводят или реконструируют, учитывая гигиеничность, функциональную комфортность и безопасность.

О г р а ж д а ю щ и е к о н с т р у к ц и и — стены, оконные и дверные заполнения, чердачные перекрытия и крыши — это элементы здания, контактирующие с наружной средой. Российские нормы тесно увязывают эти

99

элементы с таким гигиеническим фактором, как тепло-влажностный режим. Регламенту подвергнут ряд теплотехнических свойств стен, например чердачных перекрытий и других наружных конструкций. Задаются параметрами теплообмена, конвекции, воздухопроницаемости, влажности и сопротивления паропроницаемости.

Теплообмен — это совокупность явлений, связанных с распределением энергии от нагретых тел к более холодным. Различают три вида теплообмена: теплопроводность, конвекция и излучение.

С теплопроводностью ограждения здания в значительной мере связано представление о теплом жилище. Здесь существует обратная связь: чем меньше теплопроводность, тем защищеннее чувствует себя человек.

Теплопроводностью называют передачу теплоты между соприкасающимися частицами материала. Этот вид передачи характерен для ограждений из твердых материалов, кирпича, бетона и др.

В строительстве понятие теплопроводности подменяют теплопередачей — процессом переноса теплоты через толщу ограждения. Этот процесс включает два вида теплообмена:

между стеной и холодным наружным воздухом; между внутренней поверхностью ограждения и нагретой средой по-

мещения.

Теплопередача зависит от сопротивления ограждения переносу теплоты в другие среды. СНиПом установлено, что термические свойства ограждающей конструкции достаточны, если ее термическое сопротивление R0 отвечает условию

тр — нормативное сопротивление.

Конвекция — это распространение теплоты в результате направленного перемещения в пространстве газообразного или жидкого вещества. Количество теплоты Q1, передаваемой единицей площади поверхности за единицу времени, зависит от разности температур с двух сторон ограждения t и скорости движения воздуха v.

Излучение отождествляют с лучистым теплообменом. Сущность этого явления состоит в том, что часть энергии теплоты преобразуется в электромагнитные волны, которые передаются через пространство и, встречая на своем пути преграду, поглощаются ею, снова превращаясь в тепловую энергию.

Количество теплоты Q2, передаваемой единицей площади поверхности за единицу времени, зависит от разности температур между облучаемыми и излучающими телами t1 — t2 и излучательной способности по-

100

верхности.

Выбирая конструкцию ограждения, учитывают и его тепловую инерцию. Если инерция мала, то резкий перепад температур наружного воздуха может повлечь за собой быстрое изменение температуры внутри помещения. И наоборот, толстые стены за короткий период не могут охладиться или нагреться настолько, что это повлияет на внутреннюю среду.

Тепловая инерция — свойство медленного затухания колебаний температуры внутри конструкции. Эту величину характеризуют индексом D, равным

где S — коэффициент теплоусвоения.

По индексу D ограждения делят на легкие (D ≤ 4), средние (4,1 ≤ D ≤ 7) и массивные (D ≥ 7). Таким образом учитывают их теплоустойчивость

— свойство ограничивать колебания температуры на внутренних поверхностях ограждений при высоких температурах наружного воздуха, интенсивном солнечном облучении или совместного действия этих природных явлений.

Проверка на теплоустойчивость необходима в зданиях, расположенных в южных районах и особенно с резко континентальным климатом. В этих районах очень важна тепловая стабильность внутренней среды, которую можно охладить ночью и этим спасаться от перегрева днем.

За счет воздухопроницаемости возможна эксфильтрация — возникновение фильтрационного потока из помещения, когда разность давлений на внутренней и наружной поверхности ограждения превышает сопротивление прохождению воздуха через толщу стены. Умеренный фильтрационный поток необходим в зданиях без кондиционеров. Он способствует очистке воздушной среды за счет естественного проветривания через стены. Однако повышенное движение воздуха через ограждение может вызвать нежелательный процесс выдувания тепла из помещения.

Описываемое свойство оценивают по показателю сопротивления воздухопроницаемости Rн. В соответствии с действующими нормами ограждение отвечает гигиеническому условию, если выдержано отношение

где Rнтр — необходимое общее сопротивление воздухопроницаемости. Влажность ограждений является следствием различных причин. Вла-

га проникает в конструкции из грунтов, поднимаясь по капиллярным материалам, если нет гидроизоляционной преграды. Ограждения могут увлажняться под действием наружной или внутренней среды вследствие

101