Название раздела « Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» излишне многословно. Строго говоря, кондиционирование воздуха означает регулирование температуры, влажности, чистоты и распределения воздуха в закрытых обитаемых помещениях. Таким образом, наиболее точное название раздела — «кондиционирование воздуха». Однако в сознании общественности этот термин почему-то стал адекватным понятию «охлаждение», и поэтому, чтобы избежать неправильного толкования, мы воспользуемся общепринятым названием ОВКВ (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха).
Определение этого понятия не было пустым упражнением в семантике. Температура — это не единственный важный фактор в сфере нашего обитания. По ряду веских причин мы можем игнорировать влажность, чистоту или распределение воздуха, однако выбор системы кондиционирования воздуха в здании должен быть сделан только с учетом всех четырех факторов. И если мы пренебрегаем одним или несколькими из них, это должно быть в достаточной степени обосновано, а не случайно.
Отопление зданий не является всеобщей необходимостью. На земле имеются такие райские уголки, где температура никогда не опускается ниже комфортного уровня, и такие места, где наружная температура опускается ниже этого уровня настолько редко или настолько незначительно, что никакого оборудования для отопления не требуется. При проектировании зданий многолетние данные климатической статистики района являются определяющими. Для решения вопроса об отоплении важно учитывать те данные статистики, которые позволяют установить самую низкую ожидаемую температуру года.
В большинстве районов мира климатические наблюдения и их запись ведутся в течение длительного времени, достаточного для прогнозирования этой минимальной температуры, называемой «расчетной температурой отопления». Если она не ниже 15° С, то с достаточной обоснованностью можно утверждать, что в отоплении нет необходимости. Если расчетная температура не ниже 10° С при дополнительном условии, что этот минимум достигается почти всегда только ночью, то решение будет приниматься в зависимости от такого фактора, как «соображения жильцов», или, более грубо, «во что это обойдется». Владельцы или арендаторы дешевых жилищ могут рассчитывать спастись от вечерней прохлады, надев теплые свитера. Их более состоятельные соседи могут потребовать устройства системы отопления, чтобы исключить возможность даже малейшего дискомфорта.
В условиях мягкого климата и при наличии топлива как минимальная мера камины или печи могут обеспечить обогрев основных комнат. В районах с расчетной температурой ниже 10° С должна быть запроектирована специальная система отопления.
Температура воздуха, которую следует поддерживать в жилище, колеблется в зависимости от привычек, возраста, состояния здоровья жильцов и их личного предпочтения. Поскольку во всем мире сокращение источников энергии и топлива принимает все более серьезный характер, делаются попытки понизить расчетную внутреннюю температуру.
Многие жители Англии привыкли к домашней температуре от 18 до 20° С. В США принята расчетная температура 22° С, но не является секретом, что термостаты, как правило устанавливают на 24° С и более высокую температуру. Пожилые люди обычно нуждаются в температуре примерно на 3° С выше, чем нормальная проектная. Наконец, следует заметить, что влажность воздуха, как это будет показано ниже, оказывает определенное влияние на уровень комфортности.
Обратимся к проблеме охлаждения. Картина представляется совершенно иная. На земном шаре имеются значительные территории, на которых обогревание жилища необходимо для того, чтобы человеческий организм мог выжить. И вместе с тем почти нет таких мест, где температура была бы настолько высокой, что люди не могли бы жить. Таким образом «необходимость охлаждения» — иная категория, которую можно отнести скорее к области пожеланий и экономических возможностей, о чем мы говорили выше.
Везде, где стало широко применяться охлаждение, во внимание принимаются одни и те же данные статистики о погоде и продолжительности жарких периодов. «Проектную температуру охлаждения» устанавливают на основе регистрационных записей погоды, в которых отражены температура воздуха и его влажность. Последний фактор является, как известно, определяюще важным для человеческого ощущения комфортности. «Это не жара, это большая влажность!». Посмотрим, о чем в действительности говорит это часто употребляемое выражение.
При температуре воздуха 27° С и содержании в нем 22 г/кг водяных паров каждый из нас почувствует себя отвратительно, но при содержании в воздухе влаги только 10г/кг и той же температуре большинство из нас будет испытывать такие же ощущения, как в приятный летний день.
Таким образом, статистика климата должна установить ожидаемые максимальные значения атмосферной влажности и температуры. Влажность обычно выражают в виде относительной влажности, представляющей собой отношение действительно содержащегося в воздухе количества водяных паров к их максимально возможному количеству при данной температуре. Это соотношение легко измеряется как «температура по мокрому термометру». Обычно регистрируемая температура воздуха известна как «температура по сухому термометру».
Когда семья строит новый дом, проблема устраивать охлаждение или нет зависит от ответов на несколько вопросов: сколько будет стоить устройство системы охлаждения, сколько будет стоить ее эксплуатация? Как часто мы будем пользоваться ею? Короче говоря, во что это все нам обойдется? Для застройщика, который намеревается создать значительное число жилищ для продажи или сдачи в аренду, решающим фактором становится состояние рынка. Захотят ли будущие арендаторы иметь охлаждение? Захотят ли они оплатить цену покупки или аренды, которая будет включать расходы на устройство системы? При сдаче жилищ в аренду кто будет оплачивать эксплуатационные расходы? Бели владелец принимает эти расходы на себя, то позволит ли уровень цен на рынке арендных жилищ покрыть эти расходы? Если платят арендаторы, то согласятся ли они с этой «скрытой» арендной платой, и захотят ли арендаторы, наиболее нуждающиеся в охлаждении квартир (на верхнем этаже многоэтажного дома или с окнами на юг и запад), оплачивать более высокие счета за услуги? Ответы на многие из этих вопросов могут быть очевидными, но они должны быть еще раз проверены на этапе проектирования, чтобы убедиться в обоснованности решения.
Вентиляция — относительно бесспорная проблема. Естественная вентиляция в виде окон или вытяжных отверстий для жилых помещений в обязательном порядке предусмотрена строительными нормами и, более того, является эстетическим элементом в проекте жилого дома. Обязательная вентиляция требуется для таких помещений, как ванные комнаты и кухни, в которых возможно образование запахов и водяных паров. Другие внутренние помещения — кладовые и гардеробные — обычно не требуют устройства вентиляции, но, по соображениям здравого смысла, в особых условиях к ним могут предъявляться специальные требования.
Под обязательной вентиляцией кухонь и ванных комнат понимается удаление воздуха из этих помещений и выброс его вне здания. Строительные нормы и опыт эксплуатации устанавливают, что скорость удаления воздуха должна быть такой, чтобы весь объем воздуха в помещении полностью заменялся по крайней мере каждые пять минут. Для кухонь в дорогих жилищах, в которых пожелания жильцов могут находиться в соответствии с уровнем цены или арендной платы, воздух может заменяться через две минуты.
Следует иметь в виду, что вместо кубического метра удаленного из здания воздуха должен поступить кубический метр свежего. Эта замена может происходить путем притока воздуха через окна и двери или более целесообразными и управляемыми способами, но в любом случае приток воздуха неизбежен. Конечно, зимой этот свежий воздух должен быть нагрет, а летом, если здание оборудовано системой охлаждения,— охлажден.
Топливные и энергетические ограничения побудили к поискам средств уменьшения расходов на обработку поступающего воздуха. Один такой прием, когда из удаляемого воздуха устраняются запахи, после чего очищенный воздух вновь подается в помещения, а не выбрасывается наружу, допускается некоторыми строительными нормами. Известно, что химически активированный древесный уголь поглощает из воздуха и удерживает частицы, несущие запахи; поэтому воздух, удаленный из помещений, перед тем как снова вернуть его в помещение, пропускают через активированный древесный уголь. Уголь исчерпывает свою адсорбционную способность обычно через 3—12 месяцев. Затем его либо заменяют, либо регенерируют. Другой способ устранения неприятных запахов — применение ароматических веществ, небольшого количества озона и т. п., что, однако, неприемлемо для вентиляции жилых домов.
Регулирование запахов и рециркуляция удаляемого воздуха не могут, однако, полностью заменить вентиляцию. Активированный уголь не устраняет накапливающуюся в воздухе в результате приготовления пищи и купания влагу и не пополняет воздух кислородом. Таким образом, определенная приточная вентиляция все равно необходима: либо путем инфильтрации наружного воздуха за счет ветрового напора, либо механическим способом.
Вопросы влажности уже были затронуты. Известно, что содержание влаги в воздухе может быть выше при более высокой температуре, чем при низкой, и что комфортность связана с относительной влажностью. Рассмотрим такой пример. Допустим, что наружный воздух при —18° С имеет 100%-ную относительную влажность, т.е. содержит максимально возможное количество влаги. Если этот воздух подать в здание и нагреть до 21° С без дополнительного увлажнения, то его относительная влажность понизится примерно до 7%!
«Ну и что?»— может сказать кто-либо в ответ на это откровение. Что плохого в очень низкой или очень высокой относительной влажности?
Крайне низкая влажность вызывает сухость кожи и других поверхностей тела, таких, как слизистая оболочка носа. Многие специалисты, в том числе медики, считают, что сухость слизистой оболочки носа повышает восприимчивость человека к респираторным заболеваниям. Сухость кожи сопровождается быстрым испарением влаги с поверхности тела, что имеет охлаждающий эффект. Это не опасно, однако это означает, что индивидуум в помещении при температуре 21° С и 7%-ной относительной влажности не будет чувствовать себя лучше, чем при 19° С и 30%-ной относительной влажности. Существенно, что с повышением в разумных пределах влажности можно допустить понижение внутренней расчетной температуры и сэкономить топливо.
Другое отрицательное проявление пониженной влажности — ее влияние на некоторые материалы (такие, как древесина и ткани), в результате чего они могут коробиться, становиться хрупкими или получать повреждения.
Чрезмерная влажность в свою очередь может вызывать дискомфортность, задерживая испарение влаги с поверхности кожи и создавая ощущение духоты и перегрева. Обычное проявление высокой влажности— выпадение конденсата на холодных поверхностях, в частности на окнах, хотя это случается только при низких наружных температурах. В условиях мягкого климата или в длительные периоды повышенной влажности древесина и ткани имеют склонность к загниванию.
При проектировании кондиционирования воздуха для жилья прежде всего имеют в виду пониженную влажность в зимнее время. Неприятные ощущения от высокой влажности — следствия жарких и влажных условий окружающей среды — уменьшаются за счет охлаждения самого здания. Если же оно не охлаждается, жильцы должны будут мириться с влажностью, так же как и с температурой.
При низкой влажности зимой комфортные условия зачастую могут быть достигнуты путем применения дешевого по цене и эксплуатации увлажнительного оборудования. В этом случае вновь играют решающую роль факторы желания и возможностей жильцов, а также окупаемости капиталовложений.
Для большинства людей оптимальная относительная влажность в жилом помещении из условия комфорта составляет около 40%. Такой уровень влажности, однако, вызывает некоторое выпадение конденсата на холодных поверхностях. В районах с низкими наружными температурами это явление может быть предотвращено путем применения двойного остекления, деревянных или полых металлических оконных переплетов и коробок, стен и крыш с достаточной теплоизоляцией. Если же по экономическим или каким-либо другим соображениям не удается избежать наличия некоторых холодных поверхностей в интерьере, компромиссное решение достигается путем уменьшения относительной влажности на 20—30% ниже оптимальной.
