Кореньков Василий Еремеевич, кандидат технических наук. Статья «Физиологическая климатология и архитектура: о регулировании микроклимата в жилых домах, заводских цехах, общественных зданиях». Публикуется по изданию: Журнал «Архитектура СССР», 1959 г. — № 2. — С. 34—38.

Публикуя эту статью, я хочу привлечь внимание архитекторов и конструкторов к важной проблеме создания здоровой, гигиенической обстановки в жилом доме, в заводском цехе, в школе, в больнице, в столовой, в кинотеатре — словом, во всех зданиях.

Это — попытка по-новому взглянуть на то, как действует на организм человека «внешний», природный климат и микроклимат помещения.

*

На обширной территории нашей Родины в чрезвычайно разнообразных природно-климатических условиях ведется огромное строительство. Везде возводятся здания и сооружения самых различных назначений. Особенно велика программа жилищного строительства, в основе которой лежит благородная задача — быстрее покончить с нехваткой жилищ. Здания строятся добротно и во многих случаях из долговечных железобетонных конструкций. Предстоящий им длительный срок службы тем более обязывает нас обеспечить устойчивую гигиеническую обстановку во внутренних помещениях.

Но для этого необходимо при проектировании каждого здания тщательно учитывать возможные влияния и воздействия среды на человека, который будет здесь жить и работать. Имеются в виду воздействия совершенно конкретных климатических и микроклиматических факторов. А чтобы правильно учесть эти климатические воздействия, проектировщику надо хорошо знать закономерности их проявления.

Учится ли человек, работает ли, спит, развлекается, лечится — всё это происходит обычно в помещении. Что касается жилища, то в нём мы проводим большую часть своей жизни. Этим определяется то исключительное значение, какое имеет для гигиены, здоровья и жизнедеятельности человека микроклимат любого помещения, где ему приходится бывать.

Правильный учёт в проектах особенностей климата и микроклимата тесно связан также с соблюдением оптимальной экономики массового строительства. Убедительной иллюстрацией тому может служить имевшее место до последнего времени необоснованное нормативное завышение высоты жилых помещений (на юге страны, например, это удорожало строительство жилых домов почти на 10%).

Однако недооценка важной проблемы регулирования микроклимата в зданиях приводит не только к удорожанию строительства. Летом на юге из-за духоты и жары в комнатах жители вынуждены отказываться от пользования своим домом и почти не бывают в нем. Они работают, готовят пищу, едят, отдыхают в дневные часы и спят ночью — во дворе или в придомовом садике. Не помогают тут ни увеличенная высота комнат, ни естественная вентиляция, хотя на это расходуются немалые дополнительные средства.

Естественная вентиляция на юге в летние месяцы часто превращается из вытяжной в приточную, доставляя в комнаты отработанный воздух из санитарных узлов и кухонь. Зимой же при интенсивной вентиляции более половины топлива, сжигаемого для отопления, расходуется на подогрев циркулирующего воздуха.

Всем известно, что в зрительных залах кинотеатров душно как летом, так и зимой. В магазинах душно летом и холодно зимой.

Почему всё это происходит?

Да потому, что по действующим нормам проектирования формально допускаются совершенно однотипные объёмно-планировочные решения зданий школ, детских учреждений, больниц, столовых, магазинов, клубов для любых климатических условий — от Заполярья до Ашхабада, от Бреста до Владивостока. Планировка жилищ для разных климатических зон различается по существующим нормам лишь тем, что в I и II климатических районах могут устраиваться квартиры и без сквозного проветривания, а в III и IV климатических районах такие квартиры не допускаются. Обезличены даже государственные стандарты на окна и балконные двери, хотя в нашей огромной стране существует большое разнообразие светового климата и метеорологических условий.

Почему-то в нормах проектирования климатическое районирование предусмотрено не для всех зданий, а только для жилых домов. Как будто бы человек всю свою жизнь проводит лишь в жилище!

Отсутствует в нормах и достаточная климатическая дифференциация градостроительных требований.

В чём же причины таких крупных пробелов в нормах проектирования?

*

Мы знаем, что в настоящее время достаточно детально выявлено физическое, химическое и даже биологическое (связанное с грибком) воздействие окружающей среды на строительные материалы, из которых возведены здания (то есть — на стены, крыши и т. д.). Воздействие же окружающей среды на человеческий организм, влияние, которое среда оказывает на здоровье, самочувствие и жизнедеятельность человека, до сих пор мало учитывается при разработке типовых проектов. [Отметим, что по этим вопросам уже появился ряд полезных работ, в частности работа кандидата медицинских наук М. С. Горомосова «Гигиенические основы нормирования микроклимата жилищ в разных климатических зонах» (в сборнике под редакцией академика К. М. Быкова «Опыты изучения регуляций физиологических функций в естественных условиях существования организмов», том III, Москва—Ленинград, 1954 г.); проф. H. М. Данциг «Гигиеническое нормирование освещения жилых и общественных зданий», изд-во Академии медицинских наук СССР, Москва, 1948 г.; проф. А. И. Шафир «Гигиена жилища», Медгиз, Ленинград. 1956 г.; и другие работы.] Даже в нормах проектирования жилищ воздействие окружающей среды на человеческий организм долгое время определялось лишь одним фактором — температурой воздуха.

Между тем, общеизвестно, что климатическая обстановка воспринимается человеком отнюдь не только через температуру воздуха, но и через влажность воздуха, через скорость движения воздуха, наконец, через температуру теплового излучения от предметов, окружающих человека.

Эти воздействия проявляются всегда очень различно — в зависимости от того или иного сочетания названных факторов. Например, зимой при совершенно одинаковой температуре воздуха вы ощутите холод гораздо сильнее, когда воздух насыщен влагой или перемещается с большой скоростью, чем тогда, когда воздух сухой или находится в малоподвижном состоянии.

Установлено, что в помещении, где температура воздуха всего лишь +10, человеку будет жарко, если средняя температура поверхностей пола, стен, потолка близка к +50° (такой случай вполне возможен при прямом солнечном облучении помещения через окна).

Следовательно, не столько «внешние», физические признаки элементов микроклимата, сколько физиологическое восприятие человеком микроклимата (во всем многообразии составляющих его факторов) должно служить достоверным и исчерпывающим критерием для гигиенической оценки любого помещения.

Только исходя из особенностей этой, проникнутой заботой о человеке, физиологической трактовки воздействия окружающей среды на человеческий организм, мы сможем определить связи между существующими факторами климата и обязательными эксплуатационными качествами зданий, установить научно обоснованные нормы микроклимата для жилых домов, для производственных корпусов, для общественных зданий.

Такое — единственно правильное — истолкование норм микроклимата зданий обязывает по-иному, в гораздо более развитой форме, осуществить климатическое районирование СССР.

*

На ряде конкретных примеров, приводимых далее в статье, читатель убедится, насколько правильнее и точнее будет пользоваться для районирования показателями не общей, физической климатологии, а физиологической климатологии.

В основу новой, зарождающейся науки — физиологической климатологии принято общеизвестное положение: организм человека всей совокупностью происходящих в нем физиологических процессов поддерживает температуру тела на постоянном уровне. При этом постоянство температуры регулируется изменениями в производстве организмом тепла (теплопродукция) и изменениями в отдаче им тепла (теплоотдача). Эти процессы находятся в тесной зависимости от температуры воздуха и от температуры теплового излучения окружающих предметов.

Рис. 1. Схема теплообмена между человеком и жаркой сухой средой. (Из работы американского ученого Дугласа Ли)

Вот почему организм человека обычно реагирует не непосредственно на температуру внешней среды, а на интенсивность отдачи своего тепла в эту среду. Если уяснить себе это, станет понятным, почему человеку жарко в помещении, где температура воздуха +10°, а температура излучения тепла +50°; почему зябко при температуре воздуха +50° и температуре излучения — около нуля. В первом случае задерживается теплоотдача с кожного покрова человека. Во втором случае человек излучает на окружающие предметы столько своего тепла, что его организм не успевает восполнять эти потери. На рис. 1 наглядно показан теплообмен, происходящий между человеческим организмом и окружающей его жаркой сухой средой.

Но излучение тепла с кожного покрова — не единственный способ теплоотдачи человеческого организма. Человек может освобождаться от излишнего тепла также испарением влаги, так называемой проводимостью к телам и конвекцией тепла через окружающий воздух.

Этими же путями (кроме испарения влаги) человеческий организм может получать от внешней среды недостающее ему тепло.

Рис. 2. Теплоотдача человека при разных его состояниях в жаркой сухой среде. (Из работы американского ученого Дугласа Ли). Размер теплоотдачи указывается в кило-калориях в час

Мы отдаем тепло в тех случаях, когда температура нашего кожного покрова выше температуры окружающих тел и воздуха. Мы получаем тепло — при обратном соотношении температур.

На рис. 2 показана теплоотдача человека (при разных его состояниях) в жаркой сухой среде, на рис. 3 — в теплой влажной среде.

Рис. 3. Теплоотдача человека при разных его состояниях в теплой влажной среде. (Из работы немецкого ученого Фридриха Тонне). Размер теплоотдачи указывается в кило-калориях в час

Для поддержания постоянной температуры у человека, находящегося в помещении, можно пользоваться свойством проводимости к телам. Это физическое свойство широко используют в строительстве за рубежом.

Итальянцы в гигиенических целях устраивают в своих жилищах полы террацо и полы из керамических плиток, а греки — мраморные полы. Благодаря своей высокой температуропроводности такие полы отводят тепло от ног человека в шесть раз быстрее, чем деревянные, облегчая человеку теплоотдачу в жаркое летнее время.

Рис. 4. Типовой проект трёхэтажного дома, применяемый в Корейской Народно-Демократической Республике

В Корее и в западных приморских районах Японии—наоборот — используют теплоизлучение с поверхности пола в зимнее время. Здесь обогревают полы комнат дымом от кухонных очагов. По кирпичным боровам дым отводится под пол первого этажа, в междуэтажные перекрытия. На рис. 4 показаны план типовой секции и разрез типового трехэтажного дома в Корейской Народно-Демократической Республике. В таком доме общие комнаты отапливаются печами, а спальные комнаты — дымом от кухонных очагов. Для этого дым отводится непосредственно в конструкцию междуэтажных пустотных перекрытий.

Кроме постоянного выделения тепла, человек, как известно, постоянно выделяет и влагу: легкими, кожей и другими путями. Через кожный покров выходит три четверти всех влаговыделений. Таким образом, испарение влаги тоже является одним из каналов освобождения организма от излишнего тепла.

Остаётся выяснить еще роль движения воздуха в теплообмене человека, происходящем по трем названным выше каналам. Когда температура воздуха, окружающего человека, ниже, чем температура его кожного покрова, то движение воздуха облегчает отдачу человеком тепла (проводимостью. конвекцией и испарением влаги). Когда температура воздуха равна или выше температуры кожного покрова, то движение воздуха не только прекращает отдачу тепла проводимостью, но даже усиливает тепловую нагрузку на человека (проводимостью и конвекцией). При высокой температуре воздуха и очень большой его влажности прекращается испарение влаги с кожного покрова.

*

Насколько климат влияет на формирование того или иного типа жилища, наглядно видно по показываемым здесь типовым домам для Голодной Степи (рис. 5), для Туркмении (рис. 6, 7, 8), а также по типовому дому, выстроенному недавно в Индонезии на острове Ява (рис. 9).

Основными показателями для определения как климата так и микроклимата следует считать температуру воздуха, температуру теплового излучения окружающих предметов, влажность воздуха, скорость его движения.

Рис. 5. Типовой проект двухквартирного дома для строительства в Голодной Степи (Узбекистан). Авторы проекта — архитекторы И. Мерпорт, Р. Абдурасулев, инженеры Н. Воинов, И. Бухвостов. Уличный фасад. Дворовый фасад. План

Рис. 6. Типовая рядовая секция для строительства трехэтажных домов в Туркмении. Авторы проекта — архитекторы Е. Высоцкий, Г. Айвазов

Рис. 7. Типовые дома для Туркмении. Фрагмент застройки. Проект. Авторы архитекторы Е. Высоцкий, Г. Айвазов

Рис. 8. Типовые дома для Туркмении. Фрагмент застройки. Проект. Авторы — архитекторы Е. Высоцкий, Г. Айвазов

Рис. 9. Типовой дом в Индонезии на острове Ява. Здесь в стенах устраиваются особые отверстия для проветривания, на фронтонах — вентиляционные решетки. Для защиты от солнца применяются оконные жалюзи, заглубленные входы (типа лоджий), свесы крыш над входными дверями

Физиологическая (а не физическая, как обычно) трактовка этих четырех показателей не только вскрывает их взаимообусловленность, но и устанавливает последовательность их действия по всей «цепочке»: человек — микроклимат помещения — климат внешней среды — макроклимат.

При этом выявляются те факторы, которые необходимы для вдумчивого проведения типизации жилища. Это — связь между теплоизлучением на человека от внутренних поверхностей ограждений здания и интенсивностью солнечной радиации в данном районе: связь между температурой воздуха в помещении и температурой наружного воздуха; связь между влажностью воздуха в помещении и влажностью наружного воздуха; и, наконец, связь между перемещениями воздуха внутри здания и в открытом пространстве, окружающем это здание.

Для выявления этих связей требуется установить переходные ступени — нечто вроде коэффициентов, определяющих зависимость показателей микроклимата помещений от соответствующих показателей внешнего климата. Знание таких «местных коэффициентов» совершенно необходимо для рационального проектирования.

При устройстве кондиционирования воздуха в здании физиологическая трактовка основных элементов микроклимата помещений является непременным условием.

Кстати сказать, сейчас кондиционирование воздуха — это проблема не такого уж отдаленного будущего. Есть все основания предполагать, что последние открытия в физике полупроводников, электронике, химии редкоземельных элементов, автоматике и «малой энергетике», сочетаясь с достижениями современной физиологии дадут возможность в недалеком будущем иметь в жилых домах даже автоматическое регулирование микроклимата помещений. Более того — микроклимат помещения, видимо, будет наделен даже функциями физиотерапии.

Уместно привести один поучительный пример, о котором сообщает немецкий журнал «Baumeister» (№ 7 за 1956 год, статья Фридриха Тонне). В школах Техаса (США) было проведено обследование освещенности предметов в классах. В обследовании участвовали учителя, врачи, специалисты по светотехнике, оптике, цвету, стеклу. В соответствии с полученными результатами обследования были приняты меры к снижению контрастности в освещении различных предметов в классе. Разница между максимумом и минимумом освещенности предметов была сведена до пятикратной. Результаты не замедлили сказаться. Спустя полгода более половины случаев расстройств зрения у школьников было устранено. Носившие очки сняли их. 40% заболеваний уха, горла, носа, все болезни кровообращения у учащихся исчезли.

Это свидетельствует о том, что в задачи физиологической климатологии должно входить также изучение проблемы оптимального светового режима в помещениях.

*

Задачи становления новой прикладной науки — физиологической климатологии и применения ее выводов в повседневной строительной практике — это задачи большие и сложные. Для их разрешения потребуются усилия крупных научных коллективов. Придется существенно изменить бытующее сейчас представление о том, каким должно быть современное благоустроенное жилище. Понадобится внести изменения в практику нормирования, проектирования и строительства. Нужно будет серьезно дополнить учебные программы архитектурных и строительных вузов, факультетов.

Где же должна родиться инициатива по развитию физиологической климатологии как части архитектурно-строительной науки? Где должны разрабатываться конкретные рекомендации по внедрению в жизнь законов и выводов этой новой отрасли науки?

Считаю, что инициативу следует взять на себя Академии строительства и архитектуры СССР.

Здесь уже сегодня создается благоприятная обстановка для этого. В Институте жилища, в некоторых других научно-исследовательских типологических институтах академии, в ее местных филиалах организованы и организуются специальные лаборатории по изучению микроклимата зданий. При институте градостроительства открыта лаборатория по изучению микроклимата городов.

Сложная работа ведётся в этой области в Институте жилища. Это — подготовка к новому климатическому районированию территории СССР. Хочется надеяться, что новое климатическое районирование позволит проектировать жилые дома с учетом всех требований физиологической климатологии, с соблюдением научных законов по созданию благоприятного микроклимата в помещениях.

Сейчас силами Института жилища проводятся натурные обследования, жилых домов в различных климатических районах страны. На местах собираются необходимые материалы. Для ряда городов выявляются их климатические характеристики — по данным метеослужб. В Киеве, Харькове, Нововолынске (Волынская область УССР), Тбилиси и Батуми проведены инструментальные натурные исследования микроклимата жилищ. Исследования эти осуществлялись совместно с Институтом коммунальной гигиены Министерства здравоохранения УССР (Киев). Харьковским медицинским институтом. Московским архитектурным институтом. В подготовке нового климатического районирования широкое участие принимает также Институт общей и коммунальной гигиены Академии медицинских наук СССР.

Уже теперь стало ясным, что внутри крупных климатических районов придется выделить подрайоны, где в определенные сезоны года наблюдается повышенная влажность воздуха (например. Прибалтика. Тихоокеанское побережье), и такие подрайоны, где, наоборот, наблюдается недостаток влажности (например, Туркменская ССР). При строительстве жилищ в этих зонах придется предусматривать особые профилактические меры по улучшению микроклимата жилых помещений.

Требования физиологической климатологии должны найти своё отражение во всех выпускаемых проектах зданий, в генеральных планах жилых кварталов и городов, в конструкциях установок для отопления и вентиляции.

Министерству высшего образования СССР следовало бы учредить в Московском архитектурном институте кафедру физиологической климатологии для преподавания этой новой строительной науки на всех факультетах. Надо ввести курс физиологической климатологии в строительных институтах, на архитектурных факультетах политехнических институтов.

В нашем распоряжении сейчас есть уже достаточно научно разработанных данных, чтобы безотлагательно приступить к практическому разрешению поставленной здесь проблемы — на таком уровне и в таких масштабах, каких она заслуживает.

Что касается затрат, то следует сказать, что никаких дополнительных затрат в строительстве для этого вообще не понадобится. Все работы, связанные с регулированием микроклимата в зданиях, могут быть осуществлены за счет введения более рационального проектирования и строительства. Для установления нужного микроклимата в помещениях часто достаточно таких простых мер, как добавление весьма несложных деталей и приспособлений к уже существующим конструкциям. Эти детали и приспособления будут затенять помещение или же, наоборот, привлекать в него лучи солнца, увлажнять или осушать воздух комнаты, способствовать аэрации всех помещений в доме.

При переходе к регулированию микроклимата помещений могут быть получены даже прямые экономические выгоды в строительстве. И они, несомненно, будут получены благодаря введению более рационального проектирования, основанного на точных данных науки, на точных расчетах,— вместо всевозможных «ориентировочных соображений», которыми сейчас нередко пользуются проектировщики.

Наше замечание о пользовании приблизительными, «ориентировочными» данными в проектировании отнюдь не случайно. Зададимся, например таким вопросом: почему в Баку применяется точно такая же отопительная система, как в Якутске? Ведь известно, что в Баку средняя температура отопительного сезона на 26° выше, чем в Якутске (+ 3° и —23°), а продолжительность отопительного сезона в пять раз меньше (46 дней и 238 дней). При сравнительной оценке суровости климата становится очевидным, что в Баку выгоднее применять более простую систему отопления — не столь громоздкую, не столь металлоёмкую и дорогую, как в Якутске.

Или — почему в жилых домах тех же двух городов, находящихся в совершенно различных климатических условиях, применяются, по существу, однотипные конструкции наружных стен? В Баку возводят наружные стены толщиной в полтора кирпича, в Якутске — толщиной в три кирпича. Двухкратное утолщение — при сорокакратной разнице в количестве градусо-дней отопительного сезона!

Несомненно, что для Якутска необходимо качественно иное проектное решение ограждений жилого дома, а вовсе не механически принимаемое увеличение толщины стены из того же самого материала.

Подобных примеров в нашей строительной практике есть немало. Однако и приведенные здесь достаточно убедительно подтверждают чрезвычайную актуальность выдвигаемой проблемы.

Уже само проведение мероприятий по регулированию микроклимата в значительной мере поможет внедрению рациональных и экономичных типов зданий, ограничив расходы на всё второстепенное, необязательное, высвободив средства для главного, жизненно необходимого человеку.

Нет никаких сомнений, что усилия, связанные с введением в строительную практику мероприятий по улучшению микроклимата в жилых домах, заводских цехах, общественных зданиях, сторицей окупятся улучшением здоровья, самочувствия и работоспособности советских людей.