Сезонные изменения влажности воздуха внутри помещения и их влияние на организм человека и температуро-влажностный режим ограждающих конструкций.А.А. Плотников, к.т.н., доцент каф. Архитектуры МГСУ И. В. Борискина, к.т.н., НИУПЦ «Межрегиональный Институт Окна» Влажность воздуха внутри помещения и её нормируемые величины представляют из себя одну из наиболее спорных позиций с точки зрения оценки параметров комфортности микроклимата и температуро-влажностного режима ограждающих конструкций. В сфере оконного бизнеса термины «влажность» и «точка росы» являются наиболее часто употребляемыми оконными фирмами и производителями комплектующих во множестве ситуаций: начиная от продаж разнообразных вентиляционных клапанов и заканчивая аргументами в свою пользу при возникновении конфликтов с заказчиками. Широкие возможности для споров и разнообразной трактовки позиций говорят не о чём более, как об отсутствии ясности в этом вопросе.Общеизвестно, что значения температуры точки росы положены в основу нормирования теплозащитных качеств светопрозрачных ограждающих конструкций. Так, согласно п.5.10. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», температура внутренней поверхности остекления окон должна быть не ниже 3 оС, а непрозрачных элементов окон – не ниже температуры точки росы при расчётной температуре наружного воздуха в холодный период года.Согласно п.5.9. СНиП 23-02-2003 температура внутренней поверхности на оконных откосах должна быть не ниже температуры точки росы внутреннего воздуха при расчётной температуре наружного воздуха в холодный период года. Относительную влажность внутреннего воздуха для определения температуры точки росы на оконных откосах следует принимать:f = 55% : для помещений жилых зданий, больничных учреждений, диспансеров, амбулаторно-поликлинических учреждений, родильных домов, домов-интернатов для престарелых и инвалидов, общеобразовательных детских школ, детских садов, яслей, яслей-садов (комбинатов) и детских домов;f = 50% : для помещений общественных зданий кроме указанных выше;f = 60% : для помещений кухонь;f = 65% : для ванных комнат;f = 75% : для тёплых подвалов и подполий с коммуникациями;f = 55% : для тёплых чердаков жилых зданий.При этом ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях», регламентирующий требования к микроклимату помещений гражданских зданий, устанавливает следующие нормируемые показатели относительной влажности (табл.1):Таблица 1^ Нормативные значения относительной влажности воздуха в помещениях жилых зданий (в соответствиии с табл.1 ГОСТ 30494-96) Период года № п/п Наименование помещения Относительная влажность, % оптимальная допустимая, не более Холодный 1 Жилая комната 45-30 60 2 Кухня НН* НН 3 Туалет НН НН 4 Ванная, совмещенный санузел НН НН 5 Помещения для отдыха и учебных занятий 45-30 60 6 Межквартирный коридор 45-30 60 Теплый 7 Жилая комната 60-30 65 Примечания«НН» — показатель не нормируетсяПриведённые выше цифры наглядно демонстрируют отсутствие логики и реальной взаимосвязи между нормативными документами. Давайте постараемся понять, что же происходит в реальности с влажностью внутреннего воздуха помещений на протяжении годового цикла.Более 90 % наших гражданских зданий не снабжены системами искусственного кондиционирования микроклимата. Основным условием для поддержания необходимых санитарно-гигиенических условий – влажности и температуры воздуха в помещениях жилых и административных зданий является естественный воздухообмен. При этом температура внутри помещения (20-22 оС согласно ГОСТ 30494-96) в зимнее время зависит от системы отопления, а летом от температуры наружного воздуха. А влажность внутреннего воздуха круглогодично определяется естественным воздухообменом, за счёт которого (как зимой, так и летом) осуществляется постоянная замена внутреннего воздуха на свежий наружный.В целом содержание влаги во внутреннем воздухе помещения определяется следующими факторами:влагосодержанием наружного воздуха;температурой воздуха внутри помещения;дополнительными поступлениями бытовой влаги и влаги из ограждающих конструкций в процессе их естественной сушки и увлажнения.При анализе влажностного режима помещения и ограждающих конструкций необходимо различать понятия абсолютной и относительной влажности. Под абсолютной влажностью внутреннего воздуха помещения e в понимается парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе помещения, и измеряемое в мм.рт.ст. или гПа или влагосодержание в г/м 3. Под относительной влажностью внутреннего воздуха помещения f в понимается отношение реальной абсолютной влажности воздуха в данный момент времени к максимально возможному значению абсолютной влажности воздуха при данной температуре E (t) и соответстствующему его полному насыщению водяным паром, т.е.f в = e в / E (t) (1)Таким образом, значение относительной влажности f в = 100 % соответствует полному насыщению воздуха водяным паром. Зависимость абсолютной влажности воздуха при полном насыщении (100% относительной влажности) от температуры по данным[1] представлена на рис. 1 в виде графика E= f (t) (в распространённой терминологии – «кривой влажности»). Рис. 1. График зависимости E= f (t )^ В течение летнего периода, когда отопление выключено, температура внутри помещения близка к температуре наружного воздуха, и отличается от него амплитудой суточных колебаний. Соответственно, в этот период среднесуточные значения как абсолютной, так и относительной влажности внутреннего и наружного воздуха близки между собой.^ В течение зимнего периода, когда отопление включено, относительная влажность внутреннего воздуха значительно отличается от относительной влажности наружного воздуха, так как температура внутри помещения значительно отличается от температуры наружного воздуха.Из графика рис.1 хорошо видно, что чем ниже температура воздуха, тем меньше водяного пара может в нём содержаться. Так при температуре – 30 оС в воздухе не может содержаться влаги более 0.33 г/м3, в то время как при температуре + 30 оС в воздухе может содержаться влаги до 30.39 г/ м3. Таким образом, содержание влаги в воздухе при изменении его температуры от – 30 оС до + 30 оС может измениться в 92 раза.Рассмотрим изменение относительной влажности наружного воздуха в течение годового периода для конкретного климатического района (г. Москвы), используя данные СНиП 23.01.99 «Строительная климатология» и график зависимости E= f (t) (рис.1). Параллельно проанализируем характер изменения относительной влажности внутреннего воздуха помещения. При этом значения средней месячной относительной влажности наружного воздуха f н принимаются согласно данным СНиП 23.01.99, а соответствующие им значения абсолютной влажности e н могут быть определены как e н = f нE (t) (2) Вычисленные значения для наглядности сведём в табличную форму (табл.2).Примем, что в течение отопительного периода в помещении поддерживается температура внутреннего воздуха, равная + 20 оС и посчитаем его относительную влажность для этого периода, исходя из соотношения f в = e н / E (t) * (3) где e н - значение среднемесячной абсолютной влажности наружного воздуха, вычисленное по формуле (1). При этом значения относительной влажности внутреннего воздуха для летнего периода примем равными соответствующим значениям относительной влажности наружного воздуха. Вычисленные и принятые значения запишем в графе 4 табл.2.Таблица 2 ^ Среднемесячные значения влажности наружного воздуха и воздуха и внутри помещения (для условий г. Москвы). № п/п Г. Москва Влажность и температура наружного воздуха по месяцам I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII ^ Отопительный период ^ Отопительный период 1 Среднемесячная температура наружного воздуха, t н,оС -10,2 -9,6 -4,7 +4 +11,6 +15,8 +18,1 +16,2 +10,6 +4,2 -2,2 -7,6 2 Абсолютная влажность наружного воздуха e н, ГПа 2,8 2,9 3,7 6.0 8,9 12,4 14,7 14,2 10,4 6,9 4,8 3,6 3 Среднемесячная относительная влажность наружного воздуха f н % - - 88 75 66 73 72 82 85 88 91 - 4 Относительная влажность внутреннего воздуха f в % 12 12 15 25 37 53 62 61 44 30 19 16 f в При условии отсутствия дополнительных поступлений бытовой влаги и влаги из ограждающих конструкций. Из табл. 2. видно, что относительная влажность воздуха внутри помещения в течение отопительного периода для г. Москвы при отсутствии дополнительных поступлений влаги будет ниже 30%.Натурные наблюдения параметров температурно-влажностного режима помещений подтверждают данные, приведённые выше, и показывают, что для климатических условий средней полосы России, естественная относительная влажность внутри жилой квартиры при обычном режиме эксплуатации в зимнее время составляет порядка 30%. Эти условия традиционны для жизни в данных климатических условиях. На Севере в зимний период температура наружного воздуха ниже, чем в Центральной России. В результате этого в жилых помещениях относительная влажность воздуха ещё ниже значений, наблюдаемых в средней полосе. Так, по данным многолетних исследований Научно-исследовательского Института Гигиены имени Ф. Ф. Эрисмана, относительная влажность воздуха в жилых помещениях в Норильске не превышает 20%. Проведенные ЛенЗНИИЭПом зимой 1974 и 1975 гг. исследования микроклимата жилых домов в Якутске и Воркуте показали, что относительная влажность внутреннего воздуха в обследованных помещениях колебалась в пределах 12-18% [2].Гигиенистами установлено, что при значительной сухости воздуха у человека усиливается испарение влаги с поверхности слизистой оболочки. В результате на ней образуются трещины, приводящие к кровотечению из мелких сосудов, при этом ухудшается фильтрационная способность слизистой оболочки верхних дыхательных путей задерживать содержащиеся в воздухе микроорганизмы. Кроме того, отмечено, что в помещениях с полимерными покрытиями полов при низкой относительной влажности наблюдается накопление на их поверхности значительных зарядов статического электричества [2].Именно этим и объясняется значение относительной влажности внутреннего воздуха, равное 30 %, выводимое исследователями как минимально допустимое по санитарно-гигиеническим требованиям. Именно эта цифра и фигурирует в ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» в качестве нижнего предела оптимальных значений.За счёт чего в зимний период в условиях Средней полосы и севернее может поддерживаться это значение? Исключительно за счёт дополнительных влаговыделений внутри помещений, потому, что как показывают приведённые выше расчёты, условия естественного воздухообмена этого значения не обеспечивают. В незаселённых квартирах, в длительное время пустующих помещениях и т.п. приближённо будут формироваться влажностные условия, иллюстрируемые рис.2. Если зафиксировать прямую линию на рис.2 на значении относительной влажности равном 30%, то можно увидеть зону пониженной влажности, формирующуюся в отопительный период. Если в это время активизировать естественный воздухообмен путём более интенсивного притока наружного воздуха, относительная влажность воздуха внутри помещения будет постоянно падать, приближаясь к критическим для здоровья человека значениям. Рис 2. Изменение температуры и абсолютной влажности наружного воздуха и воздуха внутри помещения в течение годового цикла (для г.Москвы)Рис 2. Изменение относительной влажности наружного воздуха и воздуха внутри помещения в течение годового цикла (для г.Москвы)Теперь рассмотрим как изменяется температура точки росы (выпадения конденсата на охлажденной поверхности) в зависимости от относительной влажности воздуха внутри помещения. Примем температуру воздуха внутри помещения постоянной и равной +20 °С. При этом предельное значение абсолютной влажности E (t) будет равно 23,33 гПа (график рис.1). При относительной влажности воздуха 30% из формулы (1) находимe в = f вE (t) = 0,3 х 23,33 = 7.0 гПа. При этих условиях (E (=100%) = 7.0 гПа (5.26 мм.рт.ст) – см. график рис.1) температура, соответствующая точке росы будет равна: t р = +2 °С. Аналогично рассчитаем значения температуры точки росы при других значениях относительной влажности и сведём результаты в табличную форму (табл.3). Таблица 3^ Сравнительные результаты расчетов температуры точки росы для различных значений относительной влажности Параметры воздуха в помещении Относительная влажность воздуха в помещении, % 30 40 50 1 Абсолютная Влажность, гПа 7.0 9.33 11.67 2 Точка росы, ° С +2. +6. +9.2 Увеличение относительной влажности воздуха зимой до 40 – 50% приводит к повышению температуры точки росы до 9°С, а также к увеличению разницы абсолютной влажности воздуха внутри помещения и снаружи, что неблагоприятно как для ограждающих строительных конструкций так и для человека.Цифры, приведённые в табл. 3, показывают, что значение температуры точки росы при относительной влажности воздуха 50% на 7.2 °С превышает последнее при относительной влажности воздуха, равной 30%. Тогда закономерно возникает вопрос о том, на сколько же завышены требования СНиП 23-02-2003 по сравнению с реальными условиями эксплуатации конструкций и насколько они соотносятся с таким понятием как «санитарно-гигиенические показатели» ? Насколько корректно при каждом удобном случае спекулировать термином «избыточные выделения влаги внутри помещения»? Ведь как мы видим, выделения бытовой влаги в климатических условиях большинства российских регионов не только не вредны, но и жизненно необходимы для поддержания нижней границы влажности в пределах 20 – 30% на протяжении всего отопительного периода.Как показывает опыт экспертных обследований оконных конструкций, проведённых авторами в Московском регионе за период 1999 – 2004 гг., среди главных причин выпадения конденсата на внутренней поверхности оконных профилей, стеклопакетов и оконных откосов, является повышенная влажность воздуха внутри квартиры и переохлаждение отдельных зон за счет:^ Избыточная инфильтрация холодного воздуха, вызванная разуплотнением окон из ПВХ и дерева за счёт депланации створок из плоскости.Инфильтрация холодного воздуха в нижней части окон из ПВХ и алюминия через дренажные отверстия при неблагоприятном сочетании низких температур с ветром.Промерзание петлевых групп фурнитуры.Отсутствие герметичности монтажных швов.Тепловое экранирование окон шторами, жалюзи и т.п., снижающими поступление радиационного тепла из помещения. Каждая из этих причин, вызывая общее или локальное переохлаждение окон или их отдельных элементов, приводила к понижению их температуры до значений температуры точки росы. Если ориентироваться на данные табл.3, при значениях относительной влажности внутреннего воздуха fв =30-40%, соответствующих реальным эксплуатационным условиям, эта температура будет колебаться в пределах +2… +6 ° С.Наверное, есть повод задуматься. За многочисленными стандартными мнениями, а зачастую, и мифами, фигурирующими на современном оконном рынке, мы не видим ключевых факторов, определяющих эксплуатацию современных окон в российских климатических условиях. Видимо, главная беда не в том, что у нас сплошь и рядом не проветриваются помещения и не работает система вентиляции, а в том, что существуют достаточно сильные по своей природе воздействия и их неблагоприятные сочетания, характерные для климата России и конкретных строительных условий, вызывающие переохлаждение оконных конструкций до низких критических температур.На наш взгляд эта проблема является фундаментальной; для её научного анализа необходимо вести комплексные системные исследования. Если перестать рассматривать окна исключительно с точки зрения теплофизики, а ввести в качестве оценочного фактора термин «неблагоприятное сочетание нагрузок и воздействий», то будет понятно и реальное место вопросов, связанных с влажностью и влажностным режимом. Литература. 1. Ильинский В.М. Строительная теплофизика. Москва, Высшая школа, 1974.2. Либер И.С. Проектирование отопления и вентиляции жилых домов на Крайнем Севере. Ленинград, Стройиздат,1980 с. 32-34.