Вентиляция зданий (проветривание). Под именем вентиляции, или проветривания, разумеют смену воздуха, замкнутого в стенах какого-либо здания, имея в виду достижение одной из следующих целей: а) обеспечить наиболее постоянный и благоприятный для здоровья состав воздуха в помещениях, обитаемых людьми или животными; б) вызвать наиболее быстрый процесс испарения с поверхности различных более или менее влажных предметов (сушильни, амбары и т. п.); в) регулировать в желательном смысле температуру данного помещения (пневматическое отопление, кладовые, погреба); г) удалять вместе с воздухом механические к нему примеси (пыльные мастерские, прядильные, табачные фабрики и проч.). В гигиеническом отношении наибольшее распространенное значение имеет первая из этих задач, потребная для всех без исключения жилищ людей; она-то и составит ближайший предмет настоящей статьи; о других целях В. будет упомянуто в соответственных местах.
Всякое жилое помещение можно рассматривать, устраняя различные бытовые подробности, как часть атмосферы, отграниченную его стенами, с целью устранить влияние ветра и значительных колебаний в температуре и создать, таким образом, теплый и ровный искусственный климат, в котором человек как бы изолирован от влияний истинного климата местности и колебаний погоды. Для той и другой цели воздух должен быть задержан и скорость его поступательного движения, существующая в свободной атмосфере, должна быть доведена до известного минимума. Следовательно, основная цель жилища как бы прямо противоположна цели В. Неизбежным следствием замедленного движения воздуха будут некоторые изменения в его составе, даже независимо от присутствия дышащих людей, горящих свеч и проч. процессов, значительно уже изменяющих состав воздуха. Изменения, основанные на относительном покое части воздуха, разобщенной от остальной атмосферы, заключаются в оседании из него некоторой части более тяжелых плавающих частиц (см. ст. Пыль) и в потере или прибыли влаги, смотря по температуре, гигроскопичности и степени влажности всех стен и предметов, находящихся в жилище. Пребывание людей, горение свеч, разложение некоторых органических веществ (деревянные стены, полы, грязь, приносимая на ногах, предметы пищи, одежды и проч.) обуславливают уже прямые химические изменения состава воздуха. Приводим здесь лишь в кратком списке типические изменения этого рода в составе жилой атмосферы. 1) Уменьшается содержание кислорода. 2) Увеличивается содержание углекислоты. 3) Увеличивается абсолютное содержание водяных паров. 4) Уменьшается содержание крупных пылевых частиц, приносимых воздухом извне, и значительно увеличивается содержание мельчайших и легких частиц, образующихся измельчением и распылением частиц человеческого тела (чешуйки кожи, волосы и проч.) и различных предметов жилой обстановки человека; в сумме прибыль всегда больше убыли. 5) Уничтожается содержание озона и перекиси водорода. 6) Увеличивается содержание аммиака. 7) Присоединяются к воздуху летучие органические соединения, как то: продукты дыхания и деятельности кожи, а также разложения пота и других выделений, загрязненной одежды, предметов пищи, осветительных материалов и проч. 8) Не всегда, но довольно часто присоединяются газообразные примеси, происходящие от обстановки жилища, каковы: окись углерода, сероводород, сернистый ангидрид и пр.
Этого перечисления достаточно для оценки важности изучения искусственной атмосферы наших жилищ и для допущения возможности иного ее влияния на физиологические отправления организма, сравнительно с влиянием свободной атмосферы. В помещении действительно замкнутом, каким жилище в действительности никогда не бывает, перечисленные изменения, достигая известной степени, делали бы атмосферу жилья невозможной для продолжения жизни человека, даже на короткое время. Если таких быстро губительных изменений в составе атмосферы жилищ в действительности не бывает, то лишь потому, что сам по себе происходит деятельный обмен газообразных составных частей воздуха жилищ с окружающей свободной атмосферой. Не будучи смертоносной, такая, как ее называют, спертая комнатная атмосфера, однако, вредна для пребывающих в ней живых существ, в чем можно убедиться до известной степени теоретически, но еще более рядом доказательств, получаемых путем наблюдения и опыта.
Все, что выделяется нашим организмом (см. слово Выделения), как продукт его жизнедеятельности, более или менее вредно для того же организма при действии на него извне. Таковы составные части мочи, пота, газообразных выделений и пр. Всякий знает из ежедневного опыта то тягостное ощущение, какое испытывается человеком, входящим со свежего воздуха в жилище, неопрятно содержимое и обитаемое большим числом людей. Не все, может быть, замечали, что такие же почти свойства имеет воздух в спальных и детских комнатах людей культурных классов, живущих просторно и опрятно. Не замечается это обыденное явление в силу нашей способности не воспринимать ощущения, нарастающие весьма медленно и постепенно и действующие притом постоянно.
Житель большого города, только выезжая за его пределы, обыкновенно поражается особой чистотой и опрятностью воздуха полей и лесов, который, однако же, несравненно менее отличается по составу от воздуха городских улиц и площадей, чем этот последний от спертой атмосферы жилищ.
Уже один факт возбуждающих отвращение свойств спертой атмосферы жилых помещений, наряду с упомянутыми выше теоретическими соображениями о вреде среды, наполненной выделениями нашего организма, мог бы оправдать желание возможно более деятельной смены воздуха в жилищах. Владея же фактами, доказывающими вредное влияние спертой атмосферы, мы можем утверждать, что вентиляция есть гигиеническая потребность, что она должна быть организуема и оплачиваема в жилищах как страховая премия, соответственно, понижающая риск заболевания и даже смерти в данном жилище. Однако, прямых научных доказательств в пользу вентиляции еще мало, но зато косвенных настолько много, что прямо можно требовать улучшения вентиляции в жилых помещениях и утверждать с громадной вероятностью, что этим улучшается состояние здоровья их обитателей, что она помогает правильному питанию и росту детей, уменьшает вероятность передачи заразных болезней, облегчает течение возникающих болезней.
Обращаясь к частностям приведенного выше списка изменений, происходящих в газовом составе жилой атмосферы от пребывания в ней людей, мы получаем следующие указания: уменьшение в содержании кислорода может быть доказано почти всегда, но в очень слабой степени. Так, напр., вместо 20,9 объемных процентов (см. Воздух), содержание кислорода в жилых помещениях падает до 20,5 — 20,0 — 19,5%. Резкое и быстрое вредное влияние от уменьшенного содержания кислорода, при обыкновенном атмосферном давлении, замечается лишь тогда, когда объемное содержание его падает до 10 — 7%; а потому мы должны считать, что, со стороны содержания кислорода, воздух жилищ с самой дурной вентиляцией бывает достаточен для беспрепятственного дыхания. Отсутствие озона и перекиси водорода, как сильных окислителей, небезразлично для разрушения образующихся в жилище летучих органических соединений; но само по себе оно не составляет, по-видимому, условия, нарушающего правильность физиологических процессов. Кроме того, присутствие этих газов недостижимо в жилых помещениях ни при какой вентиляции: так быстро они разрушаются, встречаясь с органическими веществами жилья. Углекислота накопляется в жилых помещениях в количествах, значительно превышающих содержание этого газа в свободной атмосфере, но отравляющее действие ее на людей заметно обнаруживается лишь тогда, когда содержание ее достигает 4—5 объемных процентов, между тем, как в самом спертом воздухе жилищ оно никогда не превышает 1,5% (против 0,03% в свободной атмосфере), если только источником углекислоты служит дыхание людей, а не какие-нибудь случайные процессы (брожение вина, теста, угарный чад). Известный гигиенист Петтенкофер, который придал углекислоте важное значение в смысле оценки вентиляции (см. ниже), определительно указал, что сама по себе она безвредна в тех малых количествах, в которых встречается в жилых помещениях. Абсолютно увеличенное содержание водяных паров в жилой атмосфере, сравнительно с внешней, есть факт несомненный и имеет прямое физиологическое значение, определяя в известной степени процессы испарения с кожи и легких (подробнее см. в статье Жилище); но влияние это редко лишь достигает высоких степеней, покрываясь регулирующими аппаратами организма. Однако же, для людей с нарушенной или ослабленной деятельностью этих аппаратов (при болезнях гортани, легких, сердца, почек), колебания в условиях влажности комнатного воздуха, существенно отличающихся от тех же условий свободной атмосферы, могут нередко получать весьма важное значение. Содержание аммиака колеблется в жилых помещениях в пределах, безусловно, безвредных для организма. Окись углерода (см. Угар) бывает в жилом воздухе почти постоянно, хотя большею частью в таких незначительных количествах, что в редких только случаях содержание ее вызывает болезненные явления угара и даже смерти от угара. Есть основание думать, однако же, что по совершенно определенному характеру своего действия на кровь, окись углерода есть для человека яд во всяких, даже малейших количествах; вредное ее действие, слагаясь незаметно, подрывает питание, несмотря ни на какую привычку и на отсутствие болезненных ощущений. Сероводород и сернистый ангидрид составляют еще более редкую примесь и, находясь в очень малых дозах, по-видимому, вредного действия на организм не оказывают. Наконец, должно остановиться на органических летучих соединениях, природа которых не вполне известна, но присутствие в жилой атмосфере несомненно и весьма, может быть, неиндифферентно. Перечисленные выше вещества, кроме сероводорода, запаха не имеют; аммиак и сернистый ангидрид производят раздражающее действие на органы обоняния только в значительных количествах, а между тем, спертая атмосфера жилых помещений имеет своеобразный неприятный запах. Пахучие вещества, производящие этот запах, могут быть только органического происхождения и принадлежат к числу выделений, или непосредственно переходящих из организма в окружающую атмосферу, или образующихся из выделений, поглощенных предварительно одеждой и предметами домашней обстановки человека. В пользу предположения, что эти вещества имеются в газообразных выделениях и что они могут обнаруживать прямое вредное влияние на здоровых людей и животных, имеются уже некоторые указания и опытные данные. Так, Ангус Смит (Angus Smith) собрал жидкость, оседавшую на стенках охлажденной свинцовой камеры, внутри которой пребывал человек. Жидкость эта, при испарении и сожигании, давала характерный запах жженых перьев, а предоставленная самой себе, быстро разлагалась, превращаясь в несколько дней в маркую клейкую массу с обильным образованием плесени. Гаммонд (Hammond) помещал обыкновенную мышь в большую бутыль, в которой выделяемая животным углекислота и водяные пары поглощались непрерывно внутри бутыли, а кислород возмещался автоматически, по мере потребления. При таком опыте, повторенном много раз, мышь всегда погибала в течение 45 — 60 минут, а воздух бутыли обнаруживал большое содержание органических соединений, при исследовании минеральным хамелеоном (см. Жилище). Содержание органических продуктов в выдыхаемом воздухе доказывалось также исследованиями Рансома (Ransome), Сегена (Seegen) и Новака (Nowak), а в спертом воздухе вообще — исследованиями Эрисмана (1876). Позже Германс (Hermans) старался доказать опытным путем, что здоровый человек, имеющий чистую кожу и чистую одежду, не выделяет никаких летучих органических продуктов. Однако, присутствие таких продуктов и притом с явно ядовитыми свойствами в недавнее время (1888) снова сделалось вероятным, благодаря исследованиям Броун-Секара (Brown-Séquard) и Дарсонваля (d’Arsonval). Эти авторы нашли, что если воздух, выдыхаемый человеком или животным (собакой), проводить через охлажденные трубки, собирать осевшую на их стенках жидкость и впрыскивать последнюю в вены или под кожу кролику (в количестве 2—4 куб. см), то у него развивается ряд болезненных проявлений, как, напр., расширение зрачков, уменьшение числа дыхательных движений, мышечная слабость и учащение пульса. В количестве 10—12 куб. см жидкость эта убивала кролика в несколько часов, с явлениями холерообразного поноса и сильного понижения температуры. Это действие жидкость сохраняла и после кипячения. Вурц (Wurtz) нашел в ней органическое основание, вступавшее в соединение с кислотами и некоторыми металлическими соединениями. Но в 1889 году явилось несколько исследований (Dastre и Loye, Hoffmann и Wellenhof, Gillberti и Alessi), опровергающих наблюдения Броун-Секара и Дарсонваля относительно ядовитого действия конденсационной жидкости. Вопрос остается спорным, но если иметь в виду даже те только летучие выделения, которые составляют продукты разложения пота и грязи одежды, а также пыли, и в действительности в изобилии находятся во всех жилых помещениях, если сопоставить некоторые из указанных выше положительных наблюдений с новейшими прочными данными о ядовитых веществах, образующихся в теле живых или умерших животных (см. Лейкомаины и Птомаины), то мы все-таки вправе думать, что органические начала живой атмосферы, по всей вероятности, играют определенную роль в действии на человека спертой атмосферы, помимо нарушения эстетических требований обоняния, нарушение которых, как известно, само по себе может вызывать тошноту, головную боль, потерю аппетита. Заметим здесь же, что накопление в воздухе жилищ пылевых частиц и содержащихся в них микроорганизмов, вредное действие которых, бесспорно, идет рука об руку с накоплением предполагаемых органических продуктов и вместе с последними составляет истинную основу вопроса о вентиляции.
Как бы то ни было, при оценке влияния спертой атмосферы должно постоянно иметь в виду, что оно не может быть сравниваемо с быстрым и резким действием какого-либо яда. Оно скорее аналогично известным примерам хронического отравления (фосфором, свинцом), которое сказывается медленно, но дает в результате опасную болезнь. Оно аналогично, далее, некоторым неправильностям в питании, в сне и бодрствовании, в действии ряда душевных потрясений и т. д., где причина и следствие более или менее несомненно связаны между собою, но не могут быть доказаны немногими примерами и в короткое время. В подобных случаях убеждающими доводами являются правильно поставленные наблюдения фактов, взятых в большом числе и за большой период времени, словом, путем доказательств, полученных статистическим методом. По отношению к данному случаю статистические факты говорят также за то, что пребывание в спертой атмосфере жилищ вредно. Смертность в городах выше, чем в деревнях, — в городских квартирах в среднем выводе тем больше, чем большее число жителей приходится на одну комнату. Из числа людей различных специальных профессий большую смертность обнаруживают те, занятия которых происходят в замкнутых помещениях, каковы портные, швеи, сапожники. Поденщики же, плотники, каменщики и проч. рабочие, проводящие большую часть дня на открытом воздухе, обладают лучшим здоровьем даже при худших материальных условиях жизни. Смертность в различных тюрьмах представляет громадные различия, смотря по различной тесноте помещения и по качеству вентиляции. Смертность в войсках вообще и от легочной чахотки в особенности резко и значительно уменьшалась во всех европейских армиях, по мере того как увеличивались заботы о расширении казарменных помещений и о вентиляции в них. С улучшением вентиляции в больницах уменьшается смертность от отдельных болезней. Значение чистоты воздуха для хирургических больных громадно. Словом, если мы не можем всегда указать на научно определенную причинную связь между спертой атмосферой и болезнями, которые ею порождаются или поддерживаются, то, с другой стороны, мы владеем большим числом фактов, где связь эта является как окончательный результат, не подлежащий сомнению. В высокой степени вероятно, что более или менее продолжительное пребывание человека в спертой жилой атмосфере причиняет постоянный вред его здоровью, увеличивает риск заболевания серьезными болезнями и повышает шансы более ранней смерти. В практическом отношении мы имеем право (см. Гигиена) преувеличивать в известной мере основательность наших требований, так как рискуем ошибаться только в сторону пользы для человека.
Возвратимся к вопросу о том, чем должна быть вентиляция при правильном понимании ее качественного значения. Если обитатель большого дома затопляет в своей комнате камин или открывает так называемый вентилятор и видит, как воздух комнаты быстро уносится в отверстие камина или вентилятора, то полагает, что комната вентилируется. Но выносимый воздух в таких случаях нередко замещается воздухом из соседних комнат, коридора, нижнего этажа, кухонь и т. д. и разве в ничтожной только доле из щелей, окон или наружной двери. То же наблюдается иногда и при открывании небольшой форточки, в отверстии которой, как это можно доказать, существует тяга наружу, и вентиляция может быть так же призрачна, как и в первом случае. Дело становится более ясным, если всегда иметь в виду основные физические причины перемещения воздушных масс. Воздух более теплый, чем окружающая его среда, поднимается вверх. Это движение происходит только тогда, когда окружающий более холодный воздух оказывает на порцию теплого воздуха большее давление снизу, чем сверху, и поднимает его своею тяжестью. Здесь происходит подобное тому, что при поднятии аэростата, при всплывании куска дерева, погруженного в воду и проч., когда обнаруживает свое действие так называемый закон Архимеда.
Поэтому, когда топится печь или камин, продукты горения топлива, вместе с входящим в печь воздухом, уносятся в трубу лишь настолько быстро, насколько свободен снизу доступ более холодного воздуха. Этот последний будет проходить тем путем, который наиболее свободен, т. е. по пути наименьших сопротивлений. Таким путем для свободной атмосферы будут, прежде всего, отверстия дверей и окон, а когда они закрыты, — остающиеся в них щели, затем щели и промежутки пола и самих стен. Очевидно, следовательно, что когда мы говорим о вентиляции в гигиеническом смысле, мы должны иметь в виду не только один факт смены воздуха, но также основательно знать путь, по которому приносится воздух, заменяющий воздух, выносимый из помещения. Вентиляцией в гигиеническом смысле мы называем постепенную замену атмосферы жилого помещения воздухом внешним, свободным. Последний, можно сказать, почти не меняется в своих свойствах, если он берется за пределами стен, окружающих наше жилище, на более или менее значительном расстоянии от поверхности земли.
Второе существенное требование от вентиляции в гигиеническом смысле заключается в необходимости известного количества притекающего свежего воздуха. Идеалом вентиляции была бы замена в каждый данный момент портящегося воздуха жилья воздухом свежим. Такой идеал недостижим, по крайней мере, в холодное время года и дурную погоду. Так как изменения в составе жилой атмосферы происходят непрерывно, то известная степень отклонения этого состава от состава свободной атмосферы есть неизбежная необходимость. Кроме того, процесс вентиляции нельзя представлять себе как вытеснение спертого воздуха свежим без смешения их между собою. Для уяснения этого процесса возьмем пример из обыденной жизни. Представим себе, что в обыкновенный стакан вливается одновременно струя крепкого чайного настоя и струя чистой воды. Если эти две струи льются непрерывно и одновременно, то как бы мы не увеличивали силу одной в ущерб другой, во всяком случае, нельзя получить в стакане совершенно чистую воду, без всякого следа чайной окраски. Если, по наполнении стакана, обе струи будут продолжать действовать, то избыток жидкости будет выливаться через края, а жидкость в стакане все время будет сохранять однородную степень окраски. Крепкий настой чая, вливаемый тонкой струей, может представлять собою те прибавки к составу воздуха, которые происходят от пребывания в жилище людей и прочих источников порчи воздуха, а более сильная струя воды будет отвечать в деле вентиляции притоку воздуха свободной атмосферы. Как в регулировании этих двух струй мы можем достигнуть желаемой наименьшей степени окраски смешанной жидкости, так и в деле вентиляции возможно довести изменения в составе воздуха до некоторой наименьшей величины. Разрешение этой задачи требует, прежде всего, ответа на следующие вопросы: 1) Что может быть принято за критерий порчи воздуха в жилом помещении от пребывания в нем людей и каков может быть размер этой порчи в единицу времени от присутствия одного человека? 2) Какова может быть наименьшая степень порчи, достижимая при самых лучших условиях вентиляции без нарушения типических свойств и удобств жилья? 3) Каков должен быть приток в единицу времени свежего воздуха для того, чтобы достигнуть минимума порчи? Приходится остановиться лишь на некоторых косвенных признаках порчи воздуха, из которых на первый план можно поставить тот характерный жилой запах, усиливающийся по мере того, как нарастают перечисленные выше изменения в составе жилой атмосферы. Но оценка запаха не может подлежать какому-либо измерению. Ввиду этого Петтенкофер еще в 50-х годах предложил руководиться в оценке качества воздуха лишь измерением возрастания в воздухе содержания углекислоты, которое идет параллельно нарастанию упомянутого запаха. Входя в комнату и замечая в ней отсутствие жилого запаха, Петтенкофер находил, что содержание углекислоты в этом воздухе, тотчас же взятом для исследования, немногим только превышало содержание ее в свободной атмосфере; оно оказалось значительно увеличенным, если воздух, по всем другим признакам, можно было назвать более или менее испорченным. Эти количественные отношения углекислоты приблизительно таковы: в свободной атмосфере содержание углекислоты несколько колеблется (см. Воздух), но в малых пределах и средним числом составляет 3 — 4 объемных части в 1000 объемных частях воздуха или, что то же, 0,3 — 0,4 на 1000 объемов. В комнатной атмосфере, не дающей нам ощущение спертости и не имеющей своеобразного запаха, содержание углекислоты составляет средним числом 0,6 — 0,7 на 1000 объемов или, как обыкновенно говорят, pro mille (что обозначают 0,6 — 0,7‰). Такой же результат получен английским химиком Роско (Roscoe) и др. Наоборот, в очень спертой атмосфере спален, школ и проч. содержание углекислоты повышается нередко до 5 — 10‰, что совпадает с ощущением сильной спертости. Углекислота рассматривается здесь не как ядовитое вещество, а только как указатель или критерий порчи воздуха и при условии, конечно, что в данном жилом помещении нет в то же время других, чисто химических источников углекислоты, каковы, напр., горение свеч, брожение теста и т. п., и что, кроме того, углекислота тотчас же по выделении равномерно распределяется во всем пространстве жилого помещения, что приблизительно и отвечает действительности. Критерий этот, как мы видим, довольно произволен; но лучшего пока мы не имеем и должны им довольствоваться, как признаком объективным и притом легко измеряемым.
Ответив на первый из поставленных выше вопросов, мы в этом ответе разрешаем в то же время и второй. Наименьшее содержание углекислоты в жилом воздухе, соединенное с отсутствием характерного запаха (0,6 — 0,7‰), есть тот минимум порчи воздуха, достижимый при всех тех сложных условиях, которым должно удовлетворить жилое помещение человека. Нам остается, следовательно, ответить лишь на третий, самый существенный в практическом отношении вопрос: какое количество свежего воздуха должно вводить в жилое помещение, чтобы достигнуть установленного минимума порчи? Определим, прежде всего, какое количество его вносится в жилую атмосферу пребыванием одного человека в единицу времени, напр. в 1 час. Воздух, выдыхаемый человеком из легких, содержит около 40‰ углекислоты, и, при покойном дыхании, взрослый человек выдыхает при каждом выдохе около 0,5 литра воздуха. Число дыханий в минуту у здорового человека равняется средним числом 18. Следовательно, в 1 час он выдыхает 0,5×18×60×(40/1000) = 21,6 литра углекислоты, находящейся в 0,5×18×60 = 540 литрах выдыхаемого воздуха. Если выдыхаемая углекислота тотчас же равномерно распределяется по всей комнате, то можно рассчитать, как велико будет содержание этого газа в комнате данного объема по прошествии одного часа, если в ней дышал один человек, притом никакой В. не происходило и если воздух при начале опыта содержал, напр., 0,3‰ углекислоты, как в свободной атмосфере. Положим, что вместимость такой предполагаемой замкнутой комнаты равняется 30 куб. м. В ней будет распределено 30×(0,3/10000) = 0,009 к. м = 9 литров углекислоты. По прошествии 1 часа прибавится еще 21,6 литра этого газа. 9 + 21,6 = 30,6 литров углекислоты распределяется в тех же 30 куб. метрах вместимости. Это даст содержание углекислоты = (30,6×1000)/30000 = 1,02 pro mille, при котором уже должен быть заметен слабый запах и другие свойства спертой жилой атмосферы. Если в той же комнате будут пребывать в течение одного часа 3 человека, то содержание углекислоты к концу этого периода возрастет уже до 2,46‰, и т. д. Совершенно замкнутых помещений, как уже упомянуто выше, в действительности не бывает, и процесс нарастания углекислоты идет одновременно с процессом вентиляции, по типу упомянутого выше примера двух жидкостей. Следовательно, зная число людей, пребывающих в данном помещении и желая обеспечить в нем известный минимум содержания углекислоты, мы должны регулировать приток в каждую единицу времени такого количества свежего воздуха, чтобы в смеси его с выдыхаемой углекислотой общее содержание последней не превышало, за тот же период времени, назначенного минимума, напр. 0,7‰. В 1 литре воздуха, выдыхаемого из легких, содержание углекислоты = 40/1000. К этому литру нужно прибавить х литров внешнего воздуха с содержанием 0,4/1000 углекислоты, чтобы получить 1 + х литров с содержанием 0,7/1000:
- откуда
Это значит, что для достижения желаемой степени чистоты воздуха в жилом помещении необходимо на каждый объем выдыхаемого воздуха вводить в то же время 131 объем воздуха свежего. А так как каждый выдох составляет приблизительно 0,5 литра, то для соответственного разбавления выдохнутого воздуха свежим нужно ввести за время выдоха 65,5 литра свежего воздуха, что составит, на основании приведенных выше данных, 65,5×18×60 = 70,7 куб. метров (около 7 куб. саж.) свежего воздуха на 1 человека. Расчет этот требует, на самом деле, различных поправок и более сложных вычислений, но он может служить пояснением того, что требование большинства гигиенистов — обеспечивать в жилых помещениях введение свежего воздуха в количестве 60 — 100 куб. метров в час на человека — имеют серьезные физиологические и гигиенические основания. Это подтверждается и фактическими наблюдениями в зданиях с хорошо устроенной и контролируемой вентиляцией, при которой нет признаков спертой атмосферы с ее вероятными вредными свойствами.
Мы видим, насколько важно включать в понятие о вентиляции количественное ее значение. Если, например, в помещении, переполненном людьми, топится камин или открывается какое-либо вентиляционное отверстие, то весьма возможно, что, несмотря на видимое существование сильной «тяги», воздух в помещении может сохранять все свойства спертой атмосферы. Равным образом, если, из боязни холода, размеры форточек низводятся до величины ничтожных трубок или дырчатых пластинок, то и при частом открывании таких вентиляционных приспособлений они весьма часто не могут обеспечивать действительной вентиляции.
Для большей ясности закончим эту часть изложения полным определением понятия о вентиляции жилых помещений с гигиенической точки зрения. Оно будет таково: вентиляцией жилищ называется непрерывное разведение заключенного в них воздуха воздухом свободной атмосферы, с сохранением основных свойств жилища, т. е. достаточной теплоты и относительного покоя его атмосферы, и притом в таких количественных отношениях, чтобы неизбежные отклонения в составе атмосферы жилища не превышали некоторой наименьшей величины.
Принимая, что для обеспечения удовлетворительной вентиляции в жилом помещении должно вводить в него на каждого обитателя не менее 60 куб. метров свежего воздуха в час; зная, что для согревания этого воздуха в холодное время до средней комнатной температуры требуется некоторое время, и допуская, что скорость движения воздуха внутри жилища должна быть неощутима людьми (это есть скорость около 0,5 метра в секунду) — мы должны придти к заключению, что самое пространство, в котором пребывает человек, должно быть не менее некоторой определенной величины. Приемы и приборы В. далеко еще не составляют осознанной потребности, и в устройстве зданий преобладающее значение имеют бытовые условия, значение которых не может быть ослаблено частными требованиями вентиляции. Принимая все это в соображение и опираясь на некоторые специальные исследования гигиенистов, произведенные над различными типами существующих жилищ, мы можем сообщить, не входя в подробности, что, по существующий данным, быстрота вентиляции должна ограничиваться в среднем выводе не более как троекратной в течение 1 часа полной сменой воздуха, заключенного в данном жилом помещении. Отсюда, как обратное заключение, вытекает весьма важное для практической жизни требование, чтобы внутренняя вместимость жилого помещения была не менее 20 куб. метров (около 2 куб. саж.) на каждого человека. А так как достижение такой смены воздуха (3 раза в течение 1 часа) удается только при действии некоторых сложных приборов и особой заботливости лиц, управляющих вентиляцией, то для обыденной практики большинство гигиенистов допускает возможность только двукратной смены воздуха в течение 1 часа, но зато наименьшую норму вместимости повышает до 30 кубич. метров (3 куб. саж.) на человека. Применяясь к существенным количественным требованиям от вентиляции, норма емкости должна быть повышаема для тех жилых помещений, которые, помимо присутствия людей, имеют другие источники порчи воздуха, каковы, напр., некоторые ремесленные и промышленные помещения, больницы, детские приюты, вообще, помещения, содержимые неопрятно, помещения пыльные и т. под. Кроме того, повышение этой нормы необходимо также для всех вообще помещений в сравнительно более теплое время или в более теплом климате, в зданиях, имеющих толстые стены с малым числом отверстий и пр. Наоборот, эта норма может быть понижаема в чистых и опрятных помещениях, в холодное время, в более легких деревянных постройках и т. д. Для соображения всех этих обстоятельств и правильного вывода из них нужно или иметь навык гигиениста-практика или предпринимать специальные исследования над действительным размером вентиляции в данном помещении при помощи существующих способов контроля вентиляции, указанных во второй части этой статьи. Здесь мы коснемся в заключение одного только вопроса — насколько следует прилагать особые заботы о вентиляции и насколько она происходит сама собою в наших жилищах.
Механический процесс вентиляции, состоящий в передвижении воздушных масс, требует для своего осуществления: 1) свободного сообщения между воздухом жилища и внешней атмосферой и 2) силы, приводящей воздух в движение. Первое условие всегда в известной степени присуще жилищу. Движущей силой служит, во-первых, ветер, т. е. движение самой внешней атмосферы, а во-вторых, разность плотностей внешнего и внутреннего воздуха, обуславливаемая, главным образом, различием их температуры, особенно в холодное время года. Раз эти условия налицо, вентиляция должна происходить. Этот процесс носит особое название естественной вентиляции жилищ. Если мы открываем окно или форточку, если устраиваем какую-либо трубу для более свободного сообщения внешней атмосферы с жилой, то во всех этих случаях мы увеличиваем размер В., но, тем не менее, пользуемся В. естественной. Она хороша тем, что доступна, в известной степени, во всяком жилище и достигается средствами простыми и дешевыми, а иногда даже происходит в должном размере и сама собою, без всяких забот. Но естественная вентиляция имеет и существенный недостаток, заключающийся в ее зависимости от метеорологических факторов, каковы ветер и внешняя температура, результатом чего является количественное непостоянство. Ввиду этого обитатели жилища, пользующиеся только естественной В., должны прилагать много забот к достижению ее в надлежащей мере, должны обладать некоторыми сведениями и верить в то, что заботы о В. важны для здоровья, по меньшей мере, настолько же, насколько важно заботиться о надлежащей степени тепла. Ввиду этих обстоятельств, для действительного достижения постоянной В. в надлежащем размере необходимо иметь средства управлять ею и, следовательно, прилагать сторонние силы, назначенные специально для этой цели. Этот вид вентиляции называется искусственной и может давать наиболее верные результаты. Если, напр., В. будет производиться механическим действием насоса (вентилятора), нагнетающего в жилое помещение воздух, нагретый до той температуры, какая нужна в жилом помещении, и в количестве, точно отвечающем потребности в единицу времени, по числу обитателей, причем будет дан определенный путь для выхода воздуха испорченного, то мы получим совершенную формулу искусственной В., не зависимую от внешних условий температуры и погоды. То же достигается устройством особого рода каминов и печей, главная задача которых не отопление, а вентилирование зданий. Если естественная В. дается легко и почти даром, то искусственная требует ряда приспособлений и специальных затрат на ее осуществление. Какие именно приборы и приспособления употребляются для целей В., об этом говорится во второй половине этой статьи. Здесь ограничимся еще добавлением, что, осуществляя В. жилища, должно стремиться к тому, чтобы вводимый свежий воздух по возможности освобождался от плавающих в нем мелких частиц, равно как воздух, извлекаемый из жилого помещения, должен уносить с собою и плавающие частицы, обильно переходящие в него в самом жилище. Объяснение важности этого обстоятельства читатель найдет в статье «Пыль». Не должно забывать также, что никакая В. не исключает забот о чистоте и опрятности в жилых помещениях. Без этих забот она даже бессильна обеспечить безвредные свойства жилой атмосферы.
Литература. Гигиенические основания В. излагаются преимущественно в руководствах гигиены (см. Гигиена). Из отдельных монографий и статей укажем: M. Pettenkofer, «Ueber den Luftwechsel in Wohngebäuden» (1858); W. A. Hammond, «A treatise on Hygiene» (1863, p. 170; опыт с мышью); Morin, «Manuel pratique de chauffage et de ventilation» (1868); F. Erismann, «Untersuchungen über die Verunreinigung der Luft etc.» («Zeitschr f. Biologie», XII, 1876); J. Fodor, «Das gesunde Haus und die gesunde Wohnung» (1878); Wolpert, «Theorie und Praxis der Ventilation und Heizung» (2 изд., 1879); Seegen u. Nowak («Pflügers Archiv», том 19, 1879); J. Hermans, «Ueber die vermeintliche Ausathmung ograuischer Substanzen durch den Menschen»; Brown-Séquard et d’Arsonval («Comptes rendus», 106, 1888, p. 106); Wurtz (ibid, p. 213); Richard, «Sur la taxicité de l’air expire» («Revue d’hygiène», 1889, p. 338 — обзор работ, опровергающих наблюдения Brown-Séquard’a, и d’Arsonval’я).
Вентиляция, средства вентилирования зданий. Способы вентиляции зданий должны соответствовать количеству воздуха, подлежащего возобновлению, что, в свою очередь, зависит от назначения здания. Помещения для работающих людей, для больных, в особенности во время эпидемий, залы для продолжительных собраний, помещения сами по себе нездоровые, отхожие места и т. п., помещения с особенно сильным освещением свечами, керосином и газом требуют вдвое и втрое быстрейшего возобновления воздуха, чем помещения для здоровых людей, залы для немноголюдных и непродолжительных собраний и т. д. Оставляем численные определения до различных частных случаев, которые будут рассмотрены в статьях соответственного названия.
Естественная вентиляция жилищ обнаруживается при значительной разности температур комнатного воздуха и внешней атмосферы, так как при этом происходит течение воздуха низшей температуры (предполагаемой вне жилища) через поры стен и щели окон и дверей в жилище. Внутренний воздух, мало-помалу вытесняемый внешним, выходит наружу тоже подобными путями. Естественная вентиляция значительнее, чем вообще предполагают, но зависит от степени пористости стен, от рода их обделки, оклейки и окраски. Так, Петтенкофер приводит для примера некоторую комнату в 75 куб. м емкости, при температуре 18°С; при внешней температуре — 1°С весь этот объем воздуха заменяется новым в течение 1 часа. Если же щели окон и дверей заклеить, то в комнату в час проникает только 54 куб. м свежего воздуха. С увеличением разности температуры внутри и снаружи возрастает и объем входящего воздуха. Открывание форточек и окон помогает вентилированию, но при незначительной разности температуры и польза от этого невелика. Так, например, при разности температур в 4°С и площади отверстия в 3/4 кв. м количество возобновленного воздуха в час составит около 42 куб. м, т. е. почти только вдвое против того, сколько вошло бы воздуха (22 куб. м) при закрытом окне.
Проницаемость стены для воздуха зависит от материала, из которого она сложена (см. Проницаемость и Скважность). При толщине стен в 0,3 метра и при разности давлений внешнего и комнатного воздуха, образующейся при разности их температур в 1°С и составляющей 0,91 кг на 1 кв. метр, количество воздуха, проходящего сквозь 1 квадр. метр стены в течение одного часа, будет:
| для известкового туфа | 3,780 куб. м |
| » бетона | 0,120 » » |
| » портландского цемента | 0,060 » » |
| » гипса | 0,020 » » |
| » сосны | 0,002 » » |
| » ели | 0,003 » » |
| » кладки из песчаника | 1,750 » » |
| » » известняка | 2,410 » » |
| » » кирпича | 2,930 » » |
| » » глинистого камня | 3,330 » » |
При этом надо заметить, что кладка из мелких камней пропускает больше воздуха, чем кладка из крупных.
Покрытие стен окраской и обоями уменьшает проницаемость стен; и степень уменьшения идет, увеличиваясь при следующих покрытиях:
1) Окраска известковым составом.
2) » клеевой краской.
3) Оклейка обыкновенными обоями.
4) » глянцевыми обоями (чем гуще клей, тем более отнимается проницаемость у стенок).
5) Окраска масляной краской, в свежем виде, делает стены совершенно непроницаемыми для воздуха.
Сырость стен также уменьшает проницаемость их для воздуха. Ветер может иногда, при определенном направлении относительно стены, производить высасывающее действие, величину которого можно определить лишь при помощи особых приборов, показания которых, впрочем, далеко уклоняются от действительности. Естеств. В. может быть усилена обыкновенными комнатными печами. Для горения топлива требуется значительное количество воздуха, который вытягивается из комнаты в печь. Это действие продолжается и после окончания топки, так как сильно нагретая дымовая труба продолжает вытягивать воздух, проникающий из комнаты сквозь поры стены трубы, в которой она проложена, в щели дверец и место для вьюшек. Однако, не следует преувеличивать значение печей в деле вентиляции. Напр., если в некоторую комнату, о которой было говорено выше, вследствие разности внутренней и внешней температуры в 19°С проходит в 1 час 75 куб. м свежего воздуха, то во время топки проходит сквозь стены 94 куб. м, т. е. на долю действия печи приходится всего 19 куб. м, что вообще ничтожно, когда идет речь о вентилировании больших помещений с большим сборищем людей. Притом же свежий воздух, входя в комнату сквозь щели окон и дверей, как более холодный, опускается вниз и направляется прямо в печь, не возобновляя вовсе воздуха в комнатах. Течение свежего воздуха из окон и дверей вызывает зимою неприятную тягу и холод возле окон (двойные рамы, закрываемые зимою, заключая между собою слой воздуха, до некоторой степени умеряют эту тягу). Это явление особенно неприятно в кабинетах, присутственных местах, конторах и прочих подобных помещениях, где надо долго сидеть во время занятий. Иногда устраивают в окнах третьи рамы, располагая их часто не во всю высоту окна, а лишь до половины или несколько выше. При этом воздух, проходящий сквозь щели окон, опускаясь вниз, попадает в пространство между второй и третьей рамами, где он несколько подогревается раньше, чем будет выдавлен в комнату новым притоком свежего воздуха. Устраивая окна особенно плотно, с целью по возможности сократить приток через них холодного воздуха, необходимо в стенах устраивать особые для притока свежего воздуха отверстия. Несомненно, что целесообразнее холодный воздух впускать в комнату вверху, а не внизу и не через одно, а через несколько отверстий; испорченный же комнатный воздух должен быть вытягиваем внизу. Расположение этих отверстий должно быть таково, чтобы по возможности устранить ощущение сквозного ветра и чтобы свежий холодный воздух, распространяясь в комнате, успел предварительно несколько согреться.
Если существует при этом центральное отопление (см. Отопление), то для вытягивания комнатного испорченного воздуха устраиваются в стенах особые вытяжные трубы, располагаемые подле дымовых труб, постоянно нагреваемых (напр. труб из кухонь), и, поднимая их выходной конец выше крыши дома. Это уже представляет переход к искусственной вентиляции. Вытяжные для воздуха трубы никогда не следует вводить, как это иногда делают, в дымовые трубы, ибо дым может легко попасть в эту трубу, а из нее и в комнату.
Такое устройство В. действует особенно хорошо зимою при большой разнице температур наружного и внутреннего воздуха и когда вытяжная труба, будучи постоянно нагрета, содержит столб теплого воздуха; в летнее время тяги в трубах очень мало или даже иногда бывает обратная тяга. Иногда бывает недостаточно одной естественной В., даже усиленной топкой печей и указанным расположением вытяжных труб.
Системы исключительно искусственной вентиляции могут быть или нагнетательные, или вытяжные, или же сложные, заключающие в себе приспособления особого рода. Первая заключается в том, что свежий воздух при помощи какого-нибудь механического движителя вгоняется в помещение и производит давление на комнатный воздух, вытесняя его или через вытяжные каналы, или через щели окон и дверей и сквозь поры стен.
Вытяжная, или аспирационная, система заключается в том, что комнатный испорченный воздух вытягивается из помещения также при помощи механического движителя или вытяжною трубою, в которой искусственно поддерживается постоянная тяга, а свежий наружный воздух входит или через особые каналы или сквозь поры стен и щели окон и дверей. Для подогревания холодного воздуха до входа его в жилое помещение устраивается общая для всего здания камера, в которой температуру доводят до 25 — 30°С; затем воздух попадает в нагнетательный насос и далее распределяется по зданию стенными каналами и трубами. При проходе воздуха по трубам и каналам он еще нагревается и входит в комнаты. Скорость входа воздуха должна заключаться, смотря по его температуре, между 1,65 и 3,25 ф. в одну секунду, так как при этом устраняется неприятное ощущение тяги и сквозного ветра.
Нагнетательная система В. применяется преимущественно в больших помещениях, каковы театры, казармы, больницы и т. п.; но существенные преимущества этой системы перед вытяжной по настоящее время не доказаны. Для вытягивания воздуха из помещения можно употреблять механический вентилятор или основать тягу на разности температур. В последнем случае устраивают вокруг комнатной печи кожух, внутри которого воздух нагревается от печи; выводя его потом в особую вытяжную трубу, образуют сильную тягу, действующую все время, когда печь топится, и после, когда она еще не остыла. Для успешного действия вытяжной системы необходимо, чтобы температура воздуха в вытяжной трубе была на 20 — 30°С выше температуры воздуха в комнате.
Устраивая В. искусственно, соединяя обе системы вместе и применяя механическую силу, проводя воздух по металлическим двойным трубам с тонкими стенками, можно отчасти воспользоваться теплотою выходящего воздуха для нагревания входящего.
При вытяжной системе ощущается иногда неприятность от входящего в помещение через окна и двери наружного холодного воздуха; поэтому лучше устраивать особые каналы для впуска его. Приемные отверстия для вытяжных труб, казалось бы, лучше расположить также ближе к потолку, но, принимая во внимание, что при этом свежий вошедший воздух может прямо попасть в вытяжную трубу, не проходя по всей комнате и не обменивая в ней воздуха, необходимо вытяжные отверстия расположить ближе к полу. Если воздух, входящий в комнату, предварительно нагрет, то лучше его впустить сквозь отверстия, расположенные не у самого потолка, но и не у пола, где, во-первых, его движение более ощутительно и где он мог бы, поднимая пыль, распространять ее по всей комнате.
Неприятное ощущение притекающего воздуха зависит не только от скорости притока, но и от температуры, между которыми существует следующая зависимость. При температуре входящего воздуха в 14° — 16°С скорость в 1,65 — фут. в 1″ не производит еще неприятного ощущения, скорость 2,62 для большинства чувствуется неприятною, а скорость в 3,25 фут. неприятною для всех. При температуре же в 21°С можно допустить еще большую скорость.
Когда при центральном отоплении воздух предварительно нагревается в особой камере, то его тут же увлажняют или летом освежают раньше, чем он впускается в помещение. Здесь же помещается прибор для удержания пыли.
Часто относятся с недоверием к действию В. вследствие того, что нет способов для определения количества органических веществ в воздухе, составляющих главную причину порчи его; определение же количества углекислого газа, которое увеличивается с увеличением образования веществ, действительно портящих воздух, как было объяснено в первой части этой статьи, может быть сделано по способу, всем доступному.
Воздух, содержащий углекислоту, будучи пропущен чрез известковую или баритовую воду, делает их мутными, что происходит от образования углекислой извести и углекислого барита. Приборы, употребляемые при этом, устроены гг. Лунге и Вальторп.
Центральная В. и центральное отопление составляют принадлежность общественных зданий, а в жилые дома, даже и очень значительных размеров, проникает весьма медленно. В них продолжают пользоваться такого рода устройствами и приборами, которые позволяют обособить В. отдельных помещений и даже комнат здания и воспользоваться для вентиляционных целей комнатным отоплением, освещением и т. п. При крайнем разнообразии подобных устройств и приборов, встречающихся в практике, здесь возможно указать только наиболее типичные.
На черт. 1 (см. табл. Вентиляция зданий) представлено устройство комнатной В. в связи с печным отоплением. — В печах имеются вертикальные сквозные каналы, сообщающиеся внизу с подпольным каналом, всасывающим наружный воздух, вверху — с воздухом комнаты. Когда печи нагреваются, в печном канале устанавливается тяга воздуха, и он входит в комнату уже нагретым. Для удаления испорченного комнатного воздуха служит вытяжная труба, внутри которой помещена дымоотводная; вследствие нагревания воздуха между стенками обеих труб является тяга комнатного воздуха через расположенные в нижней части вытяжной трубы отверстия. Регулирование притока свежего воздуха производится посредством заслонки, помещенной в подпольном канале.
Освещение зданий газом влечет за собою усиленное нагревание и порчу комнатного воздуха продуктами горения. Для удаления последних пользуются часто нагреванием воздуха посредством горящего газа. Одно из простейших устройств, достигающих этой цели, показано на чертеже 2. Газовые горелки прикрыты здесь колпаком-рефлектором, сообщающимся с вытяжной трубой.
Наиболее распространенный комнатный вентилятор представляет собою простое отверстие в вытяжном канале или даже дымовой трубе, закрываемое крышкой (чертежи 3 и 12) более или менее сложного устройства. Чистый воздух входит при этом в помещение через щели окон и дверей, поры стен, форточки или же, при более благоустроенной В. — через особые каналы, о которых говорилось выше. Чтобы избежать при таких каналах в комнате токов холодного воздуха, их закрывают иногда особыми крышками с многочисленными коническими отверстиями (черт. 11), способствующими быстрому смешиванию входящего воздуха с комнатным. Если температура вытяжного канала недостаточна, чтобы обеспечить в нем необходимую тягу воздуха, то у вентиляционного отверстия помещается газовая или керосиновая горелка (черт. 4). Подобная система часто находит применение при вентиляции отхожих мест, где нужно заставить воздух из помещения проходить в вытяжную трубу сквозь отверстие в стульчаке (черт. 5)
Для вентиляционных целей находит также успешное применение вода из водопровода. На черт. 6 показан водоструйный вентилятор, где всасывание воздуха вызывается механическим действием воды, падающей в виде массы мелких брызг. Металлический цилиндр, в котором падает распыленная вода, открыт вверху и внизу. Сверху к нему примыкает канал, сообщающий вентилятор с наружным воздухом; снизу помещен приемник и отводная труба для воды. Увлекаемый водой воздух насыщается влагой, поднимается между стенами водопроводного цилиндра и внешнего кожуха вентилятора и выходит в комнату. Увлажнение воздуха — одно из главных преимуществ этой системы. Иногда вода употребляется здесь как движущая сила, для вращения маленькой турбины, соединенной с центробежным вентилятором, который уже всасывает или нагнетает воздух. Примеры таких снарядов показаны на чертежах 7, 8, 9 и 10. Турбинки, нагнетающие воздух в жилые помещения, имеют обыкновенно вертикальную ось вращение и снабжены приспособлением для увлажнения и очистки вгоняемого воздуха. Напр., в вентиляторе, представленном на черт. 10, для этой последней цели служит вбрызгивание распыленной воды, независимо от той, которая приводит в движение турбину.
Совершенно аналогично с водоструйными вентиляторами действуют пароструйные, основанные на принципе инжектора, разница заключается только в том, что они применяются для высасывания воздуха из помещений, а не для нагнетания его (черт. 14). Вентиляторы этой системы могут извлекать очень большие количества воздуха и служить и для значительных помещений, но они гораздо менее распространены, чем винтовые или центробежные (см. Вентиляторы техн. и Вентиляция рудников). Винтовые вентиляторы имеют несколько винтовых лопастей захватывающих при вращении воздух и вгоняющих его в трубу (черт. 13). Для приведения их в движение, как и для центробежных, нужен особый двигатель.
При употреблении сильных вентиляторов, винтовых или центробежных, для нагнетания воздуха — очистка, увлажнение, охлаждение или нагревание его не может уже производиться в самом вентиляторе. Тут нужны особые приборы, вроде показанного на черт. 15, где воздух проходит в охлаждаемом или нагреваемом змеевике, фильтруется и увлажняется.
Для успешного действия вентиляционных выводных каналов необходимо, чтобы ветер не препятствовал свободному вытеканию из них газов и даже, по возможности, способствовал такому вытеканию. С этой целью на вершинах выводных каналов ставятся, подобно тому, как и в дымовых трубах, особые флюгарки такого устройства, что ветер автоматически вызывает в каналах тягу воздуха наружу (чертежи 16, 17, 18 и 19).