В качестве объектов исследования Лаборатория отобрала типичные подвалы в сельских и городских зданиях. Так поступили для сравнения этих типов подвалов для выяснения тех методов, которыми следует руководствоваться в отношении каждого из этих типов для достижения наиболее удачного решения.
Условия хранения пищевых продуктов
В хозяйственных подвалах хранят в течение более или менее длительного времени главным образом продукты, занимающие много места; картофель, овощи, фрукты, консервы и др. Кроме указанных продуктов, хранятся также и другие в меньших количествах и в течение более короткого времени. Их значение в определении условий, создаваемых в подвалах, второстепенно. Сохранность некоторых продуктов можно увеличить применением различных методов консервирования, но в отношении картофеля и овощей это затруднительно, хотя, правда, в последнее время и в этом отношении достигнуты успехи, в особенности на больших складах, где экономичность и возможность осуществления этих мероприятий проявляются полнее. Тем не менее сначала нужно постараться создать оптимальные условия для хранения продуктов, а затем уже использовать искусственные методы, если в этом окажется необходимость.
В настоящем исследовании хранение продуктов рассматривается лишь с точки зрения некоторых важнейших физических условий, и поэтому обойдены, все детальные организационные вопросы.
Важным физическим фактором является правильный выбор температуры. В табл. 46 даны значения температур, рекомендуемых при кратковременном и длительном хранении продуктов.
Наилучшая температура для хранения различных продуктов не одинакова, поэтому нужно выбрать такую, которая была бы наивыгоднейшей с учетом важности продуктов и длительности их хранения. Эта оптимальная температура на несколько градусов выше нуля. Поскольку ряд продуктов совершенно не терпит мороза, а из-за случайных причин легко могут возникать отрицательные температуры, то допускаемым нижним пределом ее на практике следует считать +20. За высший предел можно принять +6°, при котором, например, картофель сохраняется до весны без существенного ущерба. Температура должна удерживаться в этих пределах в течение большей части периода хранения.
Другим важным фактором при хранении продуктов является относительная влажность воздуха в подвале. Это особенно важно для продуктов, которые находятся в непосредственном соприкосновении с воздухом: картофель, корнеплоды, яблоки. Картофель и корнеплоды в процессе своего «дыхания» отдают влагу в количестве, зависящем от температуры: например, для картофеля минимум влагоотдачи наступает при температуре +4°. Выделение влаги из этих продуктов происходит также путем испарения, причем количество испаряемой влаги тем больше, чем ниже относительная влажность окружающего воздуха. С другой стороны, если относительная влажность возрастает до точки росы, влага конденсируется в воду, и условия становятся благоприятными для-развития плесневых и других грибов, вызывающих гниение картофеля. Наивыгоднейшая относительная влажность воздуха для картофеля и яблок составляет около 90%, а для овощей (корнеплодов) несколько ниже.
Объекты исследования
В 1952/1953 г. было обследовано шесть объектов: погреб, первый подвал малого здания, второй подвал малого здания, подвал секционного дома, первый подвал дома городского типа, второй подвал дома городского типа.
Погреб в Корсо (рис. 142). Этот погреб находится вне здания. Пол его расположен почти на уровне земли; с боков погреб обсыпан слоем земли толщиной 70—80 см. Стены, пол и перекрытие погреба — бетонные, вход — через три последовательно расположенные двери с тамбурами между ними. В период обследования в погребе хранилось 3—4 мешка картофеля. Вентиляция осуществлялась через трубу, открытую круглый год.
Первый подвал малого здания в Корсо (рис. 143). Подвал для хранения продуктов находится в нижнем этаже дома, в северном углу, почти целиком ниже уровня земли. Само хранилище продуктов площадью 2,1x2,6 м отделено от остального подвала бетонной стеной толщиной 15 см. Наружная стена состоит из бетонного цоколя, воздушной прослойки, кирпичной кладки в 1/4 кирпича, воздушной прослойки и кладки в кирпича. Пол — бетонированный на земляном основании.
Потолок перекрыт бетонными балками, на которых лежат плиты с опилочной засыпкой толщиной 40 см. Дверь простая; вентиляционное отверстие сечением 15x15 см, которое закрывается в сильные морозы. Вытяжной трубы нет.
Второй подвал малого здания в Корсо (рис. 144). Хранилище продуктов находится в подвале двухэтажного кирпичного дома у западной стены. Потолок подвала находится выше поверхности на 60—70 см. Стены, отделяющие хранилище от остальной части подвала: цементный кирпич в 1/2 кирпича. Наружная стена состоит из бетонного цоколя толщиной 25 см, прослойки тонкого песка толщиной 12 см, 1/2 цементного кирпича. Потолок настлан по деревянным балкам с опилочной засыпкой толщиной 40 см. Дверь однослойная, неплотная. Пол — бетон по земле. В самом хранилище не было отверстия для вентиляции. Остальное подвальное помещение время от времени проветривается.
Подвал секционного дома в Лауттасаари (рис. 145). Хранилище площадью 3 м2 находится в подвальном этаже двухэтажного дома. Три стены его примыкают к теплым складским помещениям, в которых проходят изолированные трубы отопления.
Потолок хранилища находится почти на уровне земли. Конструкция наружной стены показана на рис. 145. Стены, отделяющие подвал от других помещений: кладка в 1/2 кирпича и штукатурка. Пол — бетон по земле. Потолок выполнен из несущих бетонных плит, па которых настлан мат из стеклянной шерсти и плит из защитного бетона. Хранилище оборудовано вытяжной трубой и люком для притока свежего воздуха. Люки открыты в течение всей зимы. Дверь — одинарная.
Первый подвал городского типа в Хельсинки (рис. 146). Многоэтажные дома в Хельсинки оборудуются подвалами обычного типа. Конструкция их показана на рис. 146. Вентиляционная труба проведена из коридора. В исследуемом отсеке был люк, открывающийся на уровне тротуара улицы, который держали открытым.
Второй подвал дома городского типа в Хельсинки (рис. 147). Это хранилище помещалось посередине дома и через него проходил ряд отопительных труб. Хранилище снабжено большой вытяжной трубой.
Методика исследований
В основном исследования заключались в измерении температуры и относительной влажности наружного воздуха и воздуха в подвале. В подвалах измерения производились самопишущими термогигрографами, как правило, в течение одного года. Так как результаты наблюдений за наружным воздухом мало отличались от данных Центрального бюро погоды в Илмала, то брались данные последнего. Приборы в подвалах помещались между полом и потолком. В некоторых подвалах другими приборами производились дополнительные измерения около пола и потолка. Кроме того, определялись конденсация влаги, и другие особые явления, они описаны ниже по каждому подвалу в отдельности.
Результаты измерений
Данные по температуре и относительной влажности воздуха, полученные во всех шести обследованных подвалах, а также параметры наружного воздуха приведены на рис. 148—155.
Температурные условия. По графикам, приведенным на рис. 148—155, видно, что в течение всего периода наблюдений температура в погребе была ниже, чем в других обследованных подвалах, и с середины 1952 г. до середины 1953 г. в среднем находилась на рекомендованном высшем пределе +6° или немного ниже. Температура воздуха в погребе в начале марта 1953 г. опустилась бы ниже дозволенной (0°), если бы его не отапливали. Это было вызвано тем, что слой земли вокруг погреба был недостаточным, его изоляционная способность и теплоемкость были слишком малыми. По той же причине температура воздуха в погребе в середине лета достигла максимального значения (+15°).
В подвале малого здания температура с середины октября до начала мая была не выше +6° и не ниже +1,5°. Летом максимальная температура в подвале была +12°. Вентиляционное отверстие было открыто до середины зимы, после чего его закрыли до весны.
Во втором подвале малого здания зимой температура оставалась в тех же пределах, т. е. от +6° до +1,5°, летом была уже значительно выше, до +18°.
Период наблюдений в подвале секционного дома длился с середины января до середины июля 1953 г. Температура опускалась лишь на короткое время — во время самого сильного мороза до +4°, а в остальное время была выше +6° и на 5—6° выше, чем в первом подвале малого здания. Причиной этому была плохая теплоизоляция между хранилищем и другими окружающими помещениями.
В первом и втором подвалах домов городского типа температурные условия были еще менее благоприятными, чем в секционном доме. В течение всего периода наблюдений не была достигнута температура удовлетворительная для хранения. В первом многоэтажном доме самая низкая температура во время самого сильного мороза была +7,5°. Во втором многоэтажном доме она не опускалась ниже +13°, что было вызвано наличием труб отопления. Этими двумя подвалами почти и не пользовались как хранилищами пищевых продуктов.
Условия влажности. Как явствует из наблюдений, относительная влажность воздуха была самой высокой в погребе, оставаясь все время на уровне 98—99%; летом 1952 г. она понизилась на короткое время, достигнув 90%. Как и следовало ожидать, летом наблюдалась сильная конденсация влаги на поверхности стен из-за проветривания. Температура этого погреба была близка к желательной, чего нельзя сказать о влажности.
Влажность воздуха в подвале малого здания колебалась в пределах 93—85%. В этом отношении подвал удовлетворял поставленным требованиям. Следует заметить, что относительная влажность оставалась хорошей даже в середине зимы, благодаря тому, что люк для притока свежего воздуха был закрыт.
Относительная влажность воздуха в подвале второго малого здания колебалась значительно сильнее. Изменения происходили в пределах от 88% летом до 59% в середине зимы. Столь низкая влажность зимой была вызвана вентиляцией остального объема подвала и наличием щелей в двери, через которую проникало также тепло, что в свою очередь понижало влажность воздуха.
В подвале секционного дома отмечалась еще меньшая относительная влажность, причем колебания ее происходили в пределах от 83 до 42%.
Условия влажности в первом и втором подвалах домов городского типа были столь же неблагоприятными, как и в секционном доме, что объясняется в основном высокой температурой. Притоком свежего воздуха через люк не удавалось существенно повлиять ни на относительную влажность, ни на температуру.
Выводы из наблюдений
Исследования показали, что ни один из обследованных подвалов не соответствовал предъявленным требованиям в отношении температуры и относительной влажности воздуха в течение всего года. Однако подвалы обоих малых зданий, а отчасти и погреб, можно считать хорошими, так как с осени до весны, т. е. в течение самого ответственного периода хранения, в них выдерживались оптимальные условия для хранения пищевых продуктов. Таким образом, в малых зданиях можно простыми способами построить надлежащие помещения для хранения продуктов.
По подвалам секционных домов результаты оказались менее удовлетворительными, но поскольку секционный дом, как тип здания, очень близок к малому зданию, то принципиально не должно быть трудным или дорогим устроить также в них надлежащие подвалы для хранении пищи. В отношении многоэтажных домов городского типа вопрос гораздо сложнее, подвалы в них требуют специального проектирования. Следует отметить, что результаты исследования Сельскохозяйственного научно-исследовательского института идентичны с результатами настоящего исследования.
Факторы, подлежащие учету при проектировании
Здесь уместно вкратце рассмотреть официальные распоряжения и указания по строительству. Так, в опубликованных указаниях строительного инспектора Хельсинки о пищевых подвалах жилых зданий отмечается только то, что в них должны быть люки для притока свежего воздуха и вытяжные трубы. В руководстве от 1955 г. по отопительным вентиляционным устройствам имеется указание, что температура в подвалах для хранения продуктов должна быть —5°. Минимальное количество воздуха при естественной или принудительной вентиляции, которое следует учитывать при проектировании хозяйственных подвалов, определено в 1,5 м3/час на м2 пола.
В строительной карточке RT 028,3 и в шведских указаниях о подвалах для хранения пищевых продуктов сказано, что сечение люка для притока свежего воздуха должно быть регулируемым и иметь площадь не менее 150 см2. В карточке RT 813,03 от 1947 г. о подвалах малых зданий указано, что температура в них должна быть от +1° до +5°, а также приведены некоторые указания но поводу теплоизоляции стен подвалов и другие конструктивные соображения. Относительная влажность воздуха в подвалах не упоминается ни в одном из вышеуказанных руководств.
При проектировании подвалов основным фактором является достижение правильных температурных условий. Это означает, что температура не только должна оставаться в оптимальных пределах, но она должна быть как можно более стабильной и в крайнем случае лишь медленно изменяющейся.
В жилых и других помещениях, окружающих хозяйственный подвал, температура круглый год, как правило, выше, чем допускаемая для хранения пищевых продуктов. Таким образом, соседними к хранилищу помещениями должны быть такие, температура в которых была бы как можно ниже, и тем самым следует избегать размещения вблизи хозяйственного подвала котельных, бань и т. п. помещений. Проникновение тепла из соседних помещений в хозяйственный подвал необходимо уменьшать при помощи теплоизоляции и устройства плотных конструкций, не пропускающих воздуха. Этими же свойствами должны обладать двери. Желательно их делать двойными.
Наружный воздух и поверхностный слой земли имеют летом более высокую, а зимой более низкую температуру, чем допускается для хозяйственных подвалов, поэтому следует обратить внимание на теплоизоляцию и на плотность стен, отделяющих хранилище от наружного воздуха и от поверхностного слоя земли. Кроме теплоизолирующих качеств, наружные стены должны обладать как можно большей теплоемкостью, чтобы они могли летом компенсировать приток тепла, а зимой — влияние морозов.
В процессе физиологической деятельности хранимых продуктов выделяется тепло, количество которого, например, для картофеля составляет 200—500 ккал/т в сутки, в зависимости от температуры в подвале. В больших складах и ларях это приходится учитывать, но в маленьких масштабах количество тепла, возникающее таким путем, не играет особой роли по сравнению с другими видами тепла, которые приходится отводить из подвалов. В середине больших ларей температура может значительно повышаться, и это следует учитывать.
Отвод тепла из хранилищ имеет важное значение. Основное количество тепла можно вывести в более низкие слои земли, а остающуюся часть при помощи принудительной вентиляции выводить наружу. Отвод тепла в нижележащие слои земли зависит от расположения пола подвала по отношению к уровню земли, а также от соотношения между площадью пола и наружных стен хозяйственного подвала. Эти факторы также определяют, насколько низко следует опускать теплоизоляцию стен. Качество грунта также имеет значение. Ниже дана формула, при помощи которой можно определить влияние изменения температуры поверхности земли А на температуру В на глубине х метров через t часов с момента, когда произошло изменение температуры А.
где: е — основание натуральных логарифмов; а — коэффициент температуропроводности грунта;
здесь: λ — коэффициент теплопроводности; Ср — коэффициент теплоемкости при постоянном давлении; γ — плотность.
Следующая формула выражает влияние изменения температуры поверхности земли на скорость проникновения тепла в м/час:
Для проектирования вообще достаточен приблизительный учет вышеприведенных факторов; главное — нужно учесть каждое из указанных обстоятельств, не упустив ни одного. Достижение абсолютно безошибочного результата невозможно, так как температурные условия наружного воздуха в разные годы отличаются друг от друга как по характеру, так и по длительности.
Отвод тепла из подвала проветриванием -исключительно тесно связан с изменением относительной влажности воздуха в подвале, и поэтому он рассматривается ниже в связи с условиями влажности.
Относительную влажность следует поддерживать в пределах от 80 до 90%. С первого взгляда достижение такой влажности кажется нетрудным, так как речь идет о сравнительно низких температурах. При более тщательном рассмотрении вопрос оказывается довольно сложным, так как для вентиляции служит наружный воздух, влагосодержание и температура которого сильно колеблются, особенно в различные времена года. При относительной влажности воздуха, равной 100%, 1 м3 воздуха содержит следующее количество влаги в зависимости от температуры.
Если зимой наружный воздух имеет температуру —20° и относительную влажность 85%, а температура в подвале +3°, то относительная влажность поступающего воздуха снижается примерно до 12%, т. е. гораздо ниже необходимого оптимального значения. Летом же наружный воздух с температурой +20° и с относительной влажностью 70%, попадая в подвал, остывает до +5°, и из каждою кубического метра воздуха конденсируется 5,3 г воды с одновременным выделением тепла. Эти примеры показывают, что наружный воздух, вводимый в подвал в больших количествах, способен нарушать оптимальные показатели в первую очередь влажности, а затем и температуры. Из сказанного можно сделать вывод, что допустимо лишь небольшое вентилирование хозяйственных подвалов наружным воздухом главным образом для предотвращения затхлости подвала, а также для частичного регулирования оптимальных условий. Пи большим, ни малым проветриванием нельзя исправить недостатки, вызванные неудачной конструкцией подвала, и также нельзя обеспечить постоянное поддержание оптимальных условий.
Выше рассматривался случай проветривания, когда вентиляционный воздух смешивается с воздухом подвала, как обычно делается и как согласно указаниям это должно происходить. Если бы вентиляция производила главным образом охлаждение или нагревание подвального пространства, не смешивая вентиляционный воздух с воздухом подвала, то значение вентиляции изменилось бы резко, и поддержание оптимальных условий также было бы легче. В простейшем виде такое устройство не вызывает особых дополнительных расходов по сравнению с ныне применяемыми решениями. Ведь основным элементом была бы, например, двойная плотная стена, снабженная воздушной прослойкой, через которую для охлаждения пропускался бы наружный воздух, а для нагрева — воздух из остального подвального помещения.
Для подвалов многоэтажных зданий вышеизложенные принципы остаются в силе при условии, что общий объем подвальных отсеков и связанных с ними коридоров рассматривается вместе, как одно подвальное пространство. Таким образом, следует отказаться от общепринятой практики, когда отсеки и коридоры рассматриваются отдельно. Учитывая стоимость многоэтажного дома, имеется больше возможностей и оснований делать более совершенные подвальные устройства путем совершенствования конструкций, вплоть до автоматического регулирования температуры и влажности. В настоящем исследовании нет основания рассматривать это подробнее.
Общие выводы
Исследование показало, что удачное проектирование хозяйственных подвалов вполне возможно, хотя распространенное представление об их нецелесообразности во многом обосновано.
В малых зданиях можно добиться хороших результатов без специальных устройств, разумным использованием теплоизоляционных материалов, теплоемкости грунта и его низкой температуры, а также обдуманной планировкой подвального помещения как в отношении расположения различных помещений, так и труб отопления. При расположении подвалов в многоэтажных зданиях неудачи были общим явлением, так как при возрастании объема подвального этажа указанные средства оказываются недостаточными. Пренебрегали эффективным изолированием хозяйственного подвала от других теплых помещений, а возлагали надежды на сильную вентиляцию, как на фактор, будто бы улучшающий условия. Согласно результатам исследования устройство удачного хозяйственного подвала во многоэтажных зданиях возможно лишь при совершенно ином решении, чем нынешнее.
В качестве общего указания можно сказать, что при хранении продуктов недостаточно только отнести их в подвал и брать их оттуда, а необходимо постоянно следить за температурой и относительной влажностью воздуха в подвале.
Официальные указания, касающиеся подвалов, следовало бы дополнить и, по крайней мере для руководства проектировщиков, ввести в них оптимальные значения как температуры, так и влажности воздуха, необходимые для хранения продуктов.
В настоящем изложении хозяйственные подвалы рассмотрены с конструктивной точки зрения. Физиологические свойства хранимых продуктов так же, как и организационные вопросы хранения, подведомственны Сельскохозяйственному научно-исследовательскому институту, который частично помогал в выполнении настоящего исследования.