Биологическое воздействие оборудования.

Биологическое воздействие оборудования 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,
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.

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 служит 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 смотрите ниже).

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

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 зависит 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 вне квартирные 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.

Ограждающие конструкции — стены, оконные и дверные заполнения, чердачные перекрытия и крыши — это элементы здания, контактирующие с наружной средой. Российские нормы тесно увязывают эти 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,
излучение.

С теплопроводностью ограждения здания в значительной мере связано представление о теплом жилище. Здесь существует обратная связь: чем меньше теплопроводность, тем защищённее 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 помещения.

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

R_o ≥ R_o^TP(4.3)

где R_o^TP — нормативное сопротивление.

Конвекция — это распространение теплоты в результате направленного перемещения в пространстве газообразного или жидкого вещества. Количество теплоты Q\, 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 t\ — ti и излучательной способности поверхности.

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 Д равным

D = R_o S (4.4)

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 R_H. В соответствии с действующими нормами ограждение отвечает гигиеническому условию, если выдержано отношение

R_H > R_H^TP(4.5)

где R_H^TP — необходимое общее сопротивление воздухопроницаемости.

Влажность ограждений является следствием различных причин. Влага проникает в конструкции из грунтов, поднимаясь по капиллярным материалам, если нет гидроизоляционной преграды. Ограждения могут увлажняться под действием наружной или внутренней среды вследствие их гигроскопичности, т. е. свойства сорбировать — поглощать влагу из воздуха.

Особо опасна конденсация водяных паров на внутренней поверхности или в толще ограждающей конструкции. Это происходит в результате процесса, называемого диффузией пара через преграду, разделяющую две среды: внутреннюю и внешнюю.

Влага может конденсироваться на внутренней поверхности стены или перекрытия, если ее температура тв ниже точки росы тр , т. е. тв < < Тр. В этом случае воздух, соприкасающийся с этой поверхностью, охлаждается и из него выпадает конденсат.

Диффузия паров — процесс паропроницания — происходящее на молекулярном уровне явление, вызванное перемещением молекул газа в сторону меньшего его давления. Как правило, они движутся из теплой среды помещения в наружную, более холодную. Тогда при определенных условиях в конструкциях возможно сорбционное увлажнение, представляющее собой поглощение водяного пара. Под действием молекулярных сил частицы материала притягивают к себе отдельные молекулы пара, которые обволакивают поверхности частиц равномерным тонким слоем.

Сорбционное увлажнение конструкций сказывается на сопротивлении теплопередаче. Стены и перекрытия теряют свои теплотехнические свойства тем больше, чем более насыщен влагой материал. Это отражается не только на микроклимате помещений, но и приводит к повышенному расходу теплоносителя для обогрева здания.

Все описанные выше процессы подробно изучаются в прикладной дисциплине, называемой «Строительная физика». Там же раскрываются методы теплотехнических расчетов наружных ограждающих конструкций.

Звуковой комфорт обеспечивают теми же ограждающими помещения конструкциями и перегородками.

Они защищают помещения от шума, возникающего от внутренних и внешних источников. Рассматривая акустическую эффективность этих конструкций, распространение звука от внутреннего источника Р представляют в виде схем, показанных на рисунке 4.2.

На этом рисунке источник звука Р расположен в помещении А. Волны 1 проникают в соседнее помещение Б через отверстия и щели в ограждении. Волны 2, попадая на разделяющую конструкцию, вызывают ее колебания. Сама преграда превращается в источник шума, излучаемого в помещение Б.

Волны 3 вызывают колебания примыкающих ограждений помещения А. Эти колебания передаются ограждениям помещения Б, которые являются дополнительным источником шума. Волны 4 приводят в колебательное движение перекрытия и через него разносятся по другим конструкциям здания.

Волны 1 — 3 первоначально распространяются через воздух и воздействуют на воздушную среду изолируемого помещения непосредственно или излучением звука колеблющимися под их действием ограждениями. Поэтому такие волны называют воздушным шумом.

Существует и другой вид шума — ударный, возникающий в результате механического воздействия на ограждения, например во время хождения. Этот шум излучает подверженная удару колеблющаяся конструкция в виде звуковых волн, аналогичных волнам 4 (смотрите схему разреза на рисунке 4.2). Механическому воздействию чаще всего подвержены перекрытия зданий.

Исходя из изложенного выше, акустической эффективности добиваются, возводя стены, перегородки и перекрытия, рассчитанные на звукоизоляцию от воздушного шума. Перекрытия дополнительно проверяют на изоляцию от ударного шума.

Рисунок. 4.2. Пути распространения звуковых волн в здании от источника звуковых волн Р.

Звукоизоляционные способности конструкций, ограждающих помещения, рассчитывают, исходя из предпосылки, что звукоизолирующая способность E_B^H стен при воздушной передаче звука должна находиться в пределах

20 ≤ E_B^H ≤ 10 дБ (4.6)

Перекрытия проверяют и на изоляцию от ударного шума. Устанавливают его изолирующую способность E_y^H в рамках неравенства

5 ≤ E_y^H ≤ 20 дБ (4.7)

Расчет ведут по методикам строительной физики.

Защищая застройку от внешних источников шума, прибегают к устройству шумозащитных домов. В наружных стенах устанавливаю оконные блоки, обладающие повышенными звукоизоляционными свойствами. По зашумленным фасадам размещают комнаты, где не требуется особой тишины. Выполняют и мероприятия, описанные в "Влияние среды, окружающей здание".

В обеспечении безопасности здания первостепенную роль играет конструктивное решение.

От выбора общей конструктивной схемы и правильного подбора параметров каждого элемента зависит прочность и устойчивость сооружения. Конструкции должны быть надежными. Проблемы надежности и прочности изучают в ряде инженерно-строительных дисциплин, например, курсах «Строительные конструкции», «Основания и фундаменты» и др.

Условия безопасности вступают в противоречие с экономикой, поскольку повышение прочности влечет за собой увеличение сечений рабочих элементов конструкций. Следовательно, возрастают капитальные вложения в строительство или реконструкцию. Возникает проблема оптимальных запасов прочности, которые обеспечивали бы необходимую степень безопасности при минимальных затратах.

Пожаробезопасность в значительной степени зависит от того, насколько легко могут воспламеняться конструкции различных частей здания. Их стойкость к пожарам складывается из двух факторов: степени возгораемости и предела огнестойкости.

По степени огнестойкости части зданий делят на несгораемые, трудно сгораемые и сгораемые. К несгораемым относят конструкции, изготовленные из неорганических материалов, сгораемым — из органических горящих, не подвергнутых специальной обработке, повышающей их огнестойкость. Трудно сгораемые конструкции представляют собой сочетание несгораемых и сгораемых элементов.

Пределом огнестойкости называют продолжительность (в ч) дней Данные методики изложены в книге Н. М. Гусева «Основы строительной физики».

Действия огня или высоких температур до потери конструкцией несущей способности, начала появления трещин (отверстий) или повышения температуры не обогреваемых поверхностей более чем на 140°С. По огнестойкости конструктивные части зданий подразделяют на пять степеней. К I степени относят несгораемые, имеющие высокий предел огнестойкости. Если же эти качества частично или полностью отсутствуют, назначают более низкую степень-—от II до V.

С точки зрения огнестойкости особое место занимают конструкции из стали. Они не горят, но при нагреве теряют прочность, поэтому металлоконструкции отнесены к неорганическим, но обладающим низким пределом огнестойкости.

Долговечность конструктивных систем здания обеспечивают систематическими осмотрами и обслуживанием. При необходимости выполняют профилактический ремонт, а при значительном износе дома-— капитальный.

На долговечность существенное влияние оказывает окружающая среда. Воздух, содержащий большое количество примесей, при повышенной влажности обладает щелочной и кислотной реакцией. Взаимодействуя со строительными материалами, он способствует интенсивному разрушению зданий. Кислотные дожди оказывают аналогичные воздействия.