Введение к работе
Актуальность работы. Инсоляция или облучение прямым солнечным светом жилых помещений обладает положительным психофизиологическим воздействием на человека и обеспечивает необходимые санитарно-гигиенические условия, поскольку ультрафиолетовая (УФ) радиация солнца вызывает гибель болезнетворных бактерий и вредных микроорганизмов.
В соответствии с действующими нормами эффективность инсоляции определяется на определенные календарные даты в зависимости от широты местности (22.02; 22.03 или 22.04). При этом предполагается, что если в эти дни нормативная продолжительность инсоляции обеспечена, то в помещении круглый год обеспечено санитарно-гигиеническое благополучие.
Количественная мера инсоляции – продолжительность облучения прямым солнечным светом за последние десятилетия неуклонно снижалась. Если в первых отечественных нормах 1963 года она составляла 3 часа в день непрерывного облучения, то в нормах 2010 года она составляет 2, а в некоторых случаях 1,5 часа в день и допускается прерывистое облучение.
Побудителем такого снижения продолжительности инсоляции оказалось давление рыночной экономики, направленное на повышение плотности застройки, особенно в центральных районах крупных городов.
Противостояние между снижением продолжительности облучения за счет увеличения плотности застройки и сохранением продолжительности облучения для обеспечения необходимых санитарно-гигиенических условий в помещениях жилых зданий выливается в многочисленные дискуссии и выступления специалистов в научных изданиях и средствах массовой информации. Каждая сторона выдвигает свои аргументы, не принимая аргументы противоположной стороны.
По нашему мнению, истоки дискуссии заключаются в том, что количественная мера инсоляции – продолжительность облучения прямым солнечным светом, не является однозначной количественной мерой. Облучение помещений солнечным светом, равной продолжительности в утренние, околополуденные или вечерние часы суток принесет в эти помещения различную по величине солнечную энергию, что приведет к различному уровню санитарно-гигиенического воздействия на микрофлору жилых помещений.
Истинно количественной мерой инсоляции жилых помещений должна стать доза солнечного облучения, которая представляет собой произведение интенсивности радиации на продолжительность ее воздействия, а необходимый уровень стерилизации помещений различного назначения должен обеспечиваться обоснованной величиной дозы солнечной радиации.
Наряду с этим в последние годы появляются новые типы оконных конструкций, стекол с различными напылениями и стеклопакетов с заполнениями различными газами, призванные решать задачи энергосбережения. Однако пропускание УФ части солнечного спектра производителями этих стекол не рассматривается, хотя известно, что УФ область солнечного спектра оказывает наибольшее воздействие на микроорганизмы в силу более высокой энергии УФ лучей. Обоснованно встает вопрос о необходимости исследования прозрачности современных типов оконных конструкций в УФ части солнечного спектра.
Таким образом, исследование закономерностей распределения интенсивности УФ радиации солнечного спектра по рабочим зонам жилых помещений и определение доз УФ облучения при различной продолжительности инсоляции являются весьма актуальной проблемой.
Цель работы – разработка рекомендаций по совершенствованию нормирования и расчета инсоляции жилых помещений путем исследования закономерностей прихода интенсивности и дозы УФ радиации к рабочим зонам помещений.
В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:
1. Исследовать прозрачность современных стекол и светопрозрачных конструкций при разных углах падения луча на плоскость стекла и установить зависимость степени прозрачности стекол к УФ радиации от угла падения луча.
2. Исследовать прозрачность современных стекол в характерных длинах волн УФ спектра, то есть таких длин волн, энергия которых наиболее эффективна для уничтожения тех или иных микроорганизмов.
3. Разработать методику расчета относительной бактерицидной эффективности УФ радиации диапазона (В+С).
4. Установить необходимый уровень стерилизации жилых помещений и дозы УФ радиации, которые обеспечивают этот уровень, как в воздухе помещений, так и на его поверхностях.
5. Провести натурные исследования по приходу УФ радиации к фасадам зданий различных ориентаций и установить:
5.1. Степень поглощения УФ радиации светопрозрачными конструкциями в эксплуатируемых жилых зданиях.
5.2. Распределение интенсивности УФ радиации и дозы УФ облучения в воздухе жилых помещений и на его поверхностях при нормативной продолжительности облучения.
6. Разработать рекомендации по совершенствованию нормирования и расчета инсоляции жилых помещений, в основе которых использовать закономерности прихода УФ радиации к светопрозрачным конструкциям и рабочим зонам помещений, а также с учетом объемно-планировочных и конструктивных решений жилых помещений.
Научная новизна работы:
1. Установлено, что нормативная продолжительность инсоляции помещений не является количественной мерой обеспечения санитарно-гигиенического благополучия жилых помещений, поскольку помещения разных ориентаций при одинаковой продолжительности облучения получают разное количество солнечной энергии.
2. Установлен диапазон длин волн солнечного спектра, энергия лучей которых вызывает гибель микроорганизмов и обеспечивает санитарно-гигиеническое благополучие жилых помещений. Это диапазоны В и С УФ радиации (220-320 нм). Энергия остального диапазона длин волн солнечного спектра обеспечивает общестимулирующее, эмоциональное и психофизиологическое воздействие.
3. Разработана методика расчета интенсивности и относительной бактерицидной эффективности солнечной радиации, проникающей в помещение в эффективном диапазоне длин волн солнечного спектра (220-320 нм). Основу методики составляют математическая модель солнечного спектра и массив экспериментальных данных по прозрачности современных стекол и светопрозрачных конструкций в этом диапазоне по каждой длине волны.
4. Установлены дозы УФ облучения, которые обеспечивают, предложенный в работе, 70 %-ный уровень бактерицидной эффективности. Это 39 Дж/м3 для воздуха помещений и 15 Дж/м2 – для поверхностей помещений, причем санитарно-гигиеническое благополучие жилых помещений достигается при одновременном соответствии доз УФ радиации для воздуха помещений и его поверхностей.
5. Разработана методика расчета доз УФ облучения в диапазоне (В+С) в воздухе помещений и на его поверхностях в зависимости от общей энергии УФ радиации, приходящей в помещение, объемно-планировочных параметров помещения и конструкций светопроемов.
Практическая значимость работы:
1. Получены данные о прозрачности современных типов стекол в УФ диапазоне солнечного спектра двух крупных производителей стекла: ЗАО «АвтоСтройСтекло» и компания AGC, в том числе при различных углах падения луча на стекло, что позволяет обоснованно использовать стекла компании AGC для помещений, где требование инсоляции является обязательным, а стекла ЗАО «АвтоСтройСтекло» – для помещений, где требование инсоляции не является обязательным.
2. Метод расчета доз УФ облучения и бактерицидной эффективности помещений внедрен в курсовое проектирование на специальности 270114 «Проектирование зданий».
3. Разработаны Рекомендации по совершенствованию и расчету инсоляции жилых помещений, позволяющие оценить дозы УФ облучения в воздухе и на поверхностях помещений в зависимости от параметров жилых помещений (размеров и расположения светопроемов, объемно-планировочных решений жилых помещений, глубины помещений), а также от ориентации светопроемов и времени суток.
Достоверность результатов, научных выводов и рекомендаций диссертационной работы обеспечиваются большим массивом эксперименталь-ных данных, выполненных на сертифицированном оборудовании. Общее количество измерений интенсивности превышает 45 тысяч.
Апробация работы. Основные результаты исследований обсуждались на Республиканских научных конференциях по проблемам архитектуры и строительства (Казань, КГАСУ, 2010, 2011, 2012); II, III, IV Академических чтениях РААСН – научных конференциях «Актуальные вопросы строительной физики» (Москва, НИИСФ РААСН, МГСУ, 2010, 2011, 2012).
Работа отмечена Дипломом стипендиата Мэра г. Казани (2011), Дипломом республиканского конкурса научных работ студентов и аспирантов им. Н.И. Лобачевского (2012), Дипломом III степени Республиканского молодежного Форума (2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных статей (в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 4 научные статьи).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов и списка литературы. Текст изложен на 145 страницах, содержит 63 рисунка, 25 таблиц. Список литературы - 131 наименование.
Личный вклад автора. Автором самостоятельно поставлены задачи исследования, выбраны объекты и методы исследования, разработана программа экспериментов и лично выполнены все эксперименты и расчеты.
