Содержание

Журнал "Экотехнологии и ресурсосбережение", №2, 2001 год, Быков Г.А., Мхитарян Н.М. "Экология микроклимата газифицированных помещений", с. 42 - 48.

Получившие наибольшее распространение в странах СНГ жилые здания (до 9 этажей), как правило, оборудованы бытовыми газовыми плитами. Многолетний опыт эксплуатации таких зданий и многочисленные натурные исследования физико-химического состава воздушной среды в газифицированных квартирах, проведенные в различных климатических условиях, дают основания полагать, что воздействие этого газового прибора на параметры микроклимата помещений и рациональные пути снижения такого воздействия при проектировании систем децентрализованного энергоснабжения современных зданий могут быть определены с достаточной степенью достоверности.

Основные результаты исследований по влиянию газопотребляющего оборудования на воздушную среду квартир, проведенных во многих городах (Москва, Киев, Львов, Донецк, Саратов, Харьков и др.), сводятся к следующему. При горении природного газа в горелках бытовых газовых плит на кухнях жилых домов происходит существенное изменение физических и химических свойств воздушной среды не только в помещениях кухонь, но и в жилых комнатах. Изменение физических параметров воздуха (температуры, влажности и уровня аэроионизации) и химических свойств (загрязнение воздуха токсичными продуктами сгорания при одновременном снижении содержания кислорода) зависит от продолжительности горения газа и от нагрузки газовых горелок.

При открытом горении газа в бытовых помещениях выделяются продукты неполного сгорания, наиболее токсичным компонентом которых является оксид углерода. Раскрытие механизма его влияния на организм подтверждает гипотезу возможности хронической интоксикации человека оксидом углерода. Длительное время считалось, что единственным воздействием СО на организм является нарушение функции гемоглобина как переносчика кислорода вследствие его связывания оксидом углерода и образования химически нестойкого карбоксигемоглобина.

Оксид углерода был признан “кровяным ядом”, поскольку образование карбоксигемоглобина происходит в 31 раз медленнее, а его распад осуществляется в 10000 раз медленнее, чем оксигемоглобина. Другими словами, химическая активность взаимодействия гемоглобина с СО примерно в 300 раз выше, чем активность взаимодействия гемоглобина с кислородом.

В результате многолетнего изучения различных аспектов воздействия СО на организм установлено прямое токсическое действие СО на живые клетки почти всех систем и органов и доказана возможность хронических интоксикаций организма при длительном вдыхании небольших количеств оксида углерода. Выявлены основные синдромы, характерные для хронической интоксикации человека оксидом углерода: головные боли — стойкие, не поддающиеся медикаментозному лечению, изменчивой локализации в различных зонах головы. Очень важным симптомом является интеллектуальная апатия, когда жалобы в основном сводятся к снижению энергии, инициативы, ослаблению памяти. Часто встречаются жалобы на быструю утомляемость, особенно при физической нагрузке. Типичными являются боли в сердце и нарушение сна. Боли носят разнообразный характер: колющие, тупые, ноющие, бывают боли в груди без определенной локализации, иногда сопровождающиеся кашлем.

Для хронической интоксикации оксидом углерода характерна лабильность настроения (от раздражительности до апатии). Выраженные сдвиги в психике свидетельствуют об изменении деятельности центральной нервной системы, которая наиболее чувствительна к длительному воздействию оксида углерода в незначительном количестве. Однако, более всего чувствителен к таким воздействиям головной мозг, и поэтому часто встречаются психические нарушения. К объективным показателям хронической интоксикации оксидом углерода медики относят изменения, обнаруживаемые в различных системах, органах, тканях и в составе крови.

В бытовых помещениях предельно допустимая концентрация СО составляет 2 мг/м³, или 0.00016 % (об.). Однако, при горении газа в бытовых газовых плитах в течение 1 ч средние значения концентрации СО в зимний период достигают в кухнях 29.8, в передних квартир 21.4, в жилых комнатах 20.3 мг/м³, а летом при открытых окнах соответственно 9.3, 5.4 и 4.5 мг/м³. После двухчасового горения газа средняя концентрация СО была зимой в кухнях 56.8, в передних 39.5, в комнатах 34.9, а летом соответственно 26.7, 21.4 и 18.4 мг/м³.

В типовых газифицированных квартирах содержание СО в воздухе кухонь, как правило, превышает ПДК в 10-50 раз, а в воздухе жилых помещений достигает 100 мг/м³. Количество СО в ванных комнатах, оборудованных газовыми проточными водонагревателями с отводом продуктов сгорания через дымоход доходит до 250, в отдельных случаях до 569-1740 мг/м³.

При сжигании природного газа в бытовых приборах выделяются также формальдегид, оксиды азота, бензол, бензапирен. Небольшие концентрации их в воздухе квартир сами по себе не представляют большой опасности, однако в комбинациях в СО они усугубляют тяжесть интоксикации организма. Комплексное влияние продуктов открытого горения газа на организм подтверждено исследованиями, проведенными на животных в натурных условиях пребывания в газифицированных квартирах.

Подопытные животные ежедневно по 3 и 6 ч на протяжении 4 мес. подвергались хроническому воздействию продуктов сгорания газа от бытовой газовой плиты серийного изготовления. Вентиляция помещения осуществлялась в соответствии с действующими нормативами — не менее 90 м³/ч. Существенные сдвиги в организме (в частности, реактивное торможение клеточного деления эпителия роговицы и костного мозга) наступали уже после трехчасовой экспозиции продуктами сгорания газа в бытовых условиях.

Проводились наблюдения в натурных условиях над домохозяйками, значительное время проводящими в газифицированных кухнях. Полученные различными авторами в разное время и в разных населенных пунктах результаты свидетельствуют о хронической интоксикации СО в сочетании с другими токсичными продуктами сгорания природного газа, даже при наличии принятых в настоящее время систем вентиляции кухонь. Отмечается характерная особенность динамики изменения самочувствия домохозяек: привыкание к неблагоприятным субъективным ощущениям, вызываемым интоксикацией организма, затем количество жалоб становится все меньше и наступает время, когда они прекращаются.

Таким образом, при хронической интоксикации продуктами бытового сжигания газа жалобы на состояние здоровья чрезвычайно многообразны, полиморфны, не характеризуются специфичностью; во многих случаях люди привыкают к своему самочувствию и не замечают патологических сдвигов в организме. Действие такой хронической интоксикации усиливается при утомлении, истощении, неправильном режиме питания, под воздействием внешних неблагоприятных факторов (радиация, загрязнение воды и т.п.), в детском и старческом возрасте.

Несомненно, открывание форточек и дверей при работе бытовых газовых приборов, особенно сквозное проветривание, играют большую роль в очистке воздушной среды кухонь и других помещений от токсичных продуктов сгорания. Однако, в большинстве промышленных центров Украины содержание в наружном воздухе токсических продуктов сгорания нефтяных моторных топлив автотранспорта (оксиды углерода и азота, свинцовые соединения, бензапирен — одним из сильнейших канцерогенов) и выбрасываемых промышленностью вредных веществ достигло такого уровня, что проветривание не достигает своей цели.

Кроме того, штукатурка и другие строительные материалы, используемые для внутренних отделочных работ в жилых зданиях, адсорбируют оксиды углерода, азота и другие газообразные токсические вещества до наступления равновесных концентраций с окружающей газовой средой. При прекращении горения газа в бытовых приборах имеет место обратный эффект — десорбция токсичных соединений из стеновых покрытий и с поверхности предметов обстановки.

Применяемая в обычной практике строительства жилых зданий вентиляционная вытяжка воздуха в малометражных кухнях не обеспечивает надлежащего воздухообмена, особенно на верхних этажах, и, как правило, не может удалить из помещения токсичные продукты сгорания газа. Примитивные способы вентиляции типа местных отсосов (зонты над кухонными газовыми плитами) нельзя считать эффективными в связи с непостоянством их работы. Опасность применения таких зонтов заключается в том, что под ними концентрируются продукты горения газов и в случае обратной тяги или плохой вентиляции наиболее опасной становится зона дыхания человека, работающего у плиты.

Скорость восходящего от газовой плиты потока воздуха с продуктами сгорания на уровне вытяжного вентиляционного отверстия около 1.0 м/с, а расчетная скорость в жалюзийной решетке стандартного размера обычно не превышает 0.5 м/с. При этом фактическая скорость движения воздуха в вытяжном вентиляционном канале может значительно уменьшаться по сравнению с расчетным значением в зависимости от этажности здания, метеорологических условий и даже от качества выполнения и конструкции вентиляционного канала. В результате воздушный поток с продуктами сгорания, поднимающийся от газовой плиты, направляется не к вентиляционному вытяжному каналу, а распространяется по всем помещениям квартиры.

В табл.1 приведены результаты экспериментальных исследований содержания СО в воздухе газифицированной квартиры (кухня/комната) после 2 ч горения газа при различных способах вентиляции кухни.

Таблица 1.

Как видно из табл.1, установка зонта над газовой плитой при естественной вытяжной вентиляции кухни незначительно снижает содержание СО в кухне. Столь же малоэффективным оказывается применение электровентилятора, установленного на входе в вытяжной вентиляционный канал: содержание СО в воздухе кухни и комнаты достигало соответственно 28.0 и 15.0 мг/м³. Несколько лучшие результаты были получены при использовании принудительной (механической) вытяжной вентиляции в кухне с помощью зонта и вмонтированного в него электровентилятора. В этом случае содержание СО в воздухе кухни было снижено до 21 мг/м³, а в жилой комнате он не обнаружен.

Существенно лучших результатов в очистке помещений от токсичных продуктов сгорания можно добиться организацией притока вентиляционного воздуха с механическим побуждением непосредственно в комнаты и осуществлением вытяжки из кухни. В табл.2 приведены результаты исследований загрязнения квартир с механическим притоком воздуха (I) и без него (II) оксидом углерода при сжигании природного газа в двухконфорочной газовой плите в течение 1ч.

Таблица 2.

Примечание. В числителе до сжигания, в знаменателе — после.

Как видно из табл.2, после дозированного сжигания газа в двух конфорках газовой плиты в течение 1 ч при закрытой двери в кухне концентрация СО в квартирах, оборудованных механической системой приточной вентиляции, превышала предельно допустимые значения (ПДК = 2 мг/м³) в кухне в 7.4 раза, в спальне почти в 3 раза и в гостиной почти в 4 раза. Концентрация СО при аналогичных условиях эксперимента в контрольных квартирах, не имеющих приточной механической вентиляции, была существенно выше и превосходила значения ПДК в воздухе кухни в 15.5 раз, в спальне в 11 раз и в гостиной в 8 раз.

Продукты сгорания аккумулировались стенами и предметами обстановки помещений: после получасового проветривания кухонь через форточки после прекращения сжигания газа остаточная концентрация СО в помещениях составляла от 3.0 до 5.0 мг/м³, т.е. превышала ПДК в 1.5-2.5 раза.

Важные результаты получены при исследованиях внутреннего микроклимата помещений в жилых зданиях повышенной этажности (12-25 этажей). Установлено, что естественная подвижность воздуха в помещениях зданий повышенной этажности всегда больше, чем в четырех - пятиэтажных зданиях. Это обусловлено увеличенной инфильтрацией воздуха через наружные ограждающие конструкции в нижней части здания. При этом в верхних этажах вместо инфильтрации наружного воздуха часто имеет место обратный процесс — эксфильтрация. В результате существенно ухудшаются физические параметры и химико-бактериологические показатели воздуха в помещениях, расположенных на верхних этажах таких зданий.

Воздушная среда жилых зданий с большим числом этажей (до 25) изучалась при типах приточной вентиляции с естественным и механическим побуждением. В воздухе квартир и лестничных площадок всех этажей были обнаружены значительные концентрации СО, образующегося в кухнях при работе газовых плит. Принятая система вентиляции, рассчитанная на кратность воздухообмена в комнатах 0.2-1.8 в час, не способна существенно разбавить поступающие в воздух продукты сгорания от бытовых газовых приборов.

В 25-этажном здании интенсивная инфильтрация наружного воздуха в нижние этажи зимой привела к тому, что температура внутренней поверхности наружной стены в помещении 3-го этажа была на 7 °С ниже, чем 25-го этажа. Изучение воздухообмена с применением микробиологических методов и задымления здания подтвердили явление интенсивного перетекания воздуха внутри здания из нижних этажей в верхние. Основными каналами перетекания воздуха в зданиях повышенной этажности являются лифтовые шахты и лестничные клетки, в которых из-за разности температур и плотности воздуха на нижних и верхних этажах возникает естественная тяга, наподобие тяги в дымовых трубах. Естественным следствием такого перетекания воздуха является существенное ухудшение качества воздушной среды и повышение ее микробной обсемененности на верхних этажах зданий.

Увеличение содержания СО, СО2 и концентрации пыли по мере повышения этажности подтверждается исследованиями. В табл.3 приведены осредненные за отопительный сезон физические параметры и уровень загрязнения воздуха в квартирах (в числителе) и на площадках лестничных клеток (в знаменателе) 12-этажных зданий Санкт-Петербурга.

Таблица 3.

Как видно из табл. З, качество воздуха квартир и лестничных клеток значительно ухудшается по мере повышения этажа. В воздухе лестничных клеток СО обнаруживается на уровне 5-го этажа, его концентрация постепенно возрастает по мере повышения этажности, достигая максимума (9 мг/м³) на 12-м этаже. В результате инфильтрации наружного воздуха на нижних этажах происходит перетекание его из квартир нижних этажей на лестничную клетку и его подъем I по лифтовой шахте, откуда загрязненный в кухнях нижних этажей воздух поступает в результате эксфильтрации в квартиры верхних этажей. Поэтому концентрация СО и пыли в квартирах верхних этажей имеет максимальное значение.

Аналогичные результаты были получены при исследовании воздушной среды газифицированных квартир 12-этажных жилых зданий Москвы: наибольшие концентрации СО (10-20 мг/м³) обнаружены в квартирах 8-12-го этажей, оборудованных обычной вытяжной вентиляцией с естественным побуждением.

В 12-этажном здании гостиничного типа была применена приточно-вытяжная механическая вентиляция с расчетной подачей воздуха в комнаты 30 м³/ч на каждого человека. Наличие подпора должно было интенсифицировать работу вытяжных вентиляционных каналов, установленных в санитарно-кухонных блоках, и препятствовать перетеканию воздуха из кухонь в комнаты. Экспериментальные исследования в натурных условиях эксплуатации этого здания показали, что работа вытяжных вентиляционных каналов действительно интенсифицируется подпором воздуха.

При этом через вытяжные каналы удалялось на нижних этажах воздуха примерно 230, на средних этажах — 130, на 12-м этаже - 115 м³/ч. Эти результаты подтверждают интенсификацию процесса инфильтрации наружного воздуха через неплотности ограждающих конструкций нижних этажей здания повышенной этажности. Концентрация СО в воздухе кухонь нижних этажей составила 3 мг/м³ (т.е. была ниже, чем в зданиях, оборудованных вытяжной вентиляцией с естественным побуждением), на 12-м этаже — 6.4 мг/м³, т.е. более чем в 2 раза превышало уровень СО на нижних этажах.

Изучалось состояние воздушной среды 9-этажных жилых зданий, построенных по типовым проектам в Киеве. При сжигании газа в течение 1 ч содержание СО в воздухе кухонь достигает 54 мг/м³, температура повышается на 10-19 ⁰С и достигает 28.2-35.8 °С, вызывая тепловой дискомфорт в организме человека. Наихудшие условия воздушной среды кухонь наблюдались в квартирах, расположенных на верхних этажах 9-этажных домов секционного типа. Физико-химические показатели микроклимата этих квартир подтверждают перетекание воздуха из кухонь в другие комнаты даже в улучшенных вариантах планировочных решений с изоляцией кухонь от комнат. Поэтому в квартирах как с односторонним, так и с двусторонним расположением комнат при эксплуатации бытовых газовых плит в жилых помещениях происходит накапливание СО и других токсичных продуктов сгорания.

Применяемая в 9-этажных домах система канальной вытяжной вентиляции с естественным побуждением работает крайне неудовлетворительно. В 60 % случаев наблюдается специфическое явление обратного перетекания воздуха в жилые помещения (до 20 м³/ч). Бетонные блоки с многочисленными каналами, которые используются в типовом строительстве в качестве вентиляционных вытяжных каналов, не обеспечивают достаточной герметичности и не предотвращают подсоса и перетекания воздуха из одних помещении в другие.

Исследовалось влияние процесса сжигания газа в квартирах на ионизационный состав воздуха. Как известно, благоприятное воздействие на самочувствие человека оказывает наличие в воздухе легких ионов с отрицательным зарядом. Увеличение количества тяжелых ионов в воздухе ухудшает его ионизационный состав, который характеризуется обычно двумя показателями: коэффициентом униполярности легких ионов q и коэффициентом загрязненности К. При этом под величиной коэффициента униполярности понимают отношение количества положительно заряженных легких ионов n⁺, содержащихся в единице объема воздуха (1 см³), к количеству легких ионов, заряженных отрицательно n^–, т.е. q = n⁺/ n^–. Под коэффициентом загрязненности понимается отношение суммарного количества тяжелых ионов N в единице объема воздуха к суммарному количеству легких ионов n, т.е. К=N/n. В соответствии с принятыми определениями, качество воздушной среды по ионизационному составу ухудшается с ростом значений q и К.

В табл.4 приведен экспериментально полученный ионизационный состав внутреннего воздуха газифицированных квартир, оборудованных разными системами вентиляции комнат. Из табл.4 видно, что сжигание газа в бытовых плитах существенно уменьшает количество легких отрицательных ионов и увеличивает число тяжелых ионов в воздухе помещений, т. е. ухудшает ионизационный состав воздушной среды. В квартирах, оборудованных механической приточной вентиляцией, ионизационный состав воздуха после работы газовой плиты оказывается более благоприятным по сравнению с воздушной средой квартир, оборудованных вытяжной вентиляцией с естественным побуждением.

Таблица 4.

Примечание. В числителе – газ не включён, в знаменателе –1 ч после горения.

Более подробные результаты исследований по ионизационному составу воздуха в современных квартирах сводятся к следующему:

• лучшие в санитарно-гигиеническом отношении показатели ионизации воздуха наблюдаются в квартирах с воздушным отоплением по сравнению с квартирами, оборудованными водяными отопительными системами;
• применение повышенных параметров теплоносителя в водяных системах отопления существенно уменьшает количество легких отрицательных ионов в воздухе помещений (на 30-40 %); при этом коэффициент загрязненности воздуха увеличивается на 60-70 %;
• эксплуатация бытовых газовых приборов с открытым пламенем в квартирах обусловливает ухудшение ионного режима воздушной среды.

Приведенные выше результаты многолетних исследований экологических показателей жилых зданий различной этажности в разных климатических условиях стран СНГ при высоком уровне газификации жилого фонда позволяют сделать вывод о несовместимости широко применяемых в строительстве по типовым проектам инженерных технических решений по теплоснабжению, вентиляции и газоснабжению квартир с условиями физиолого-биологического комфорта, необходимыми для обеспечения нормальной жизнедеятельности человека.

Канальная вытяжная вентиляция с естественным побуждением в кухонных блоках при отсутствии организованного притока свежего воздуха не обеспечивает необходимого воздухообмена для полного сжигания природного газа в бытовых приборах и для удаления образующихся продуктов сгорания. Положение ухудшается, если наряду с газовой плитой в квартире используются газовые отопительные печи, котлы или водонагревательные колонки. В этих случаях мощно выделяются продукты сгорания газа, для удаления которых необходима хорошая тяга в дымоотводящих каналах. При отсутствии механической приточной вентиляции невозможно добиться полного сжигания газового топлива, поэтому в отходящих газах появляется много токсичных продуктов неполного горения. В следствие обратной тяги в дымоходах, образования пробок холодного воздуха, преждевременно закрытой заслонки в дымоходе и других причин наблюдаются нередкие случаи острых отравлений оксидом углерода, подчас с летальным исходом.

В зданиях повышенной этажности каналы вытяжной вентиляции с естественным побуждением играют роль приточной вентиляции при определенных метеорологических условиях, осуществляя перетекание загрязненного воздуха из санитарно-кухонных помещений нижних этажей в помещения, расположенные на верхних этажах. Наряду с этим перепад температур воздуха по высоте лифтовых шахт и лестничных клеток приводит к возникновению естественной тяги, вызывающей увеличение инфильтрации наружного воздуха в помещениях нижних этажей и эксфильтрацию внутреннего воздуха на верхних этажах. Это вызывает существенное ухудшение качества воздушной среды по мере увеличения этажности, особенно в газифицированных зданиях. В квартирах верхних этажей из-за малой высоты вытяжных вентиляционных каналов величина расчетного гравитационного давления оказывается недостаточной для удаления необходимого количества загрязненного воздуха даже при малых гидравлических сопротивлениях каналов. Поэтому загрязненный токсичными примесями воздух распространяется по всем помещениям квартиры и удаляется через неплотности в ограждающих конструкциях.

Следует считаться с возможностью существенного ухудшения микроклимата в помещениях старых зданий после реализации широко рекламируемых в Украине дорогостоящих мероприятий по утеплению наружных стен и установке герметичных “теплых” окон. Такая герметизация при отсутствии в здании регулируемой приточной вентиляции с механическим побуждением, роль которой исполняли (в точном соответствии с требованиями действовавших' до недавнего времени строительных норм и правил) щели и неплотности в окнах и стеновых панелях, приводит к существенному повышению влажности воздуха в квартирах и делает невозможной по экологическим соображениям эксплуатацию бытовых газовых приборов с открытым факелом пламени. Примеров таких технически неграмотных решений много в Украине и других странах СНГ.

В связи с этим представляется, что принятое в 70-е гг. Госстроем СССР решение о категорическом запрете использования бытовых газовых приборов в зданиях выше 9 этажей явилось весьма паллиативным средством улучшения состояния воздушной среды в высотных зданиях. Замена в таких зданиях газовых бытовых плит электрическими при сохранении системы вытяжной вентиляции с естественным побуждением и нерегулируемого притока наружного воздуха за счет инфильтрации через неплотности ограждающих конструкций проблемы улучшения качества воздушной среды в квартирах верхних этажей не решает.

Большое количество антропотоксинов, выделяемых в результате жизнедеятельности организма, оксид углерода и другие токсичные вещества, образующиеся в процессах высокотемпературной обработки пищевых продуктов (при жарке в открытой посуде) – все эти загрязнители в большом количестве накапливаются в воздухе помещений независимо от того, какой вид энергоносителя используется в быту: дрова, керосин, природный газ или электроэнергия.

Содержание