Воздух в закрытых помещениях

1. Источники порчи воздуха в закрытых помещениях и мерила его испорченности

Воздух как среда, вдыхаемая организмом и окружающей организм, как на улицах населенных пунктов, так и в закрытых помещениях, и те примеси к воздуху, которые являются обычными его спутниками, влияющими на самочувствие человека.

Такими примесями являются:

  1. Пыль органического и неорганического происхождения, заносимая извне в помещения и выделяемая в них самих в процессе бытовой жизнедеятельности человека и в результате разнообразных производственных операций.
  2. Инертные и вредные газы, выделяемые животными организмами, местными приборами отопления, открытыми источниками освещения, разложением органической пыли и производственными процессами.
  3. Влага, выделяемая также животными организмами, бытовыми и производственными процессами. Все эти примеси, скопляясь в воздухе, делают его при известных концентрациях и при известном дефиците кислорода вредным или даже опасным для человека и других живых организмов.

В зависимости от назначения помещения и специфичности источников выделения, портящих воздух примесей, мерилом испорченности воздуха может служить каждая из вышеуказанных примесей в отдельности или их совокупность.

Так, например, в пылящих производствах мерилом испорченности воздуха будет служить наличие в воздухе свойственного этому производству сорта пыли в количестве, превосходящем допустимую норму. В чугунолитейных мастерских и автомобильных гаражах мерилом испорченности воздуха будет служить наличие в известном, максимально допустимом количестве окиси углерода, выделение которой связано с литейным процессом и с работой двигателей внутреннего горения и т. д.

В закрытых помещениях зданий непроизводственного назначения, а именно — жилых и общественных, главнейшими источниками порчи воздуха являются люди, выделяющие в результате физиологических процессов водяные пары, углекислоту и другие разнообразные газы как продукты пищеварения, потовыделения и др., пыль — как продукт распада и отпадения кожного и волосяного эпителия, и, наконец, разнообразные запахи, которые тем обильнее и отвратительнее, чем хуже состояние здоровья тех или иных органов человеческого тела (зубы, желудок, потовые железы и др.). Совокупность этих выделений превращает воздух в среду, негодную для вдыхания, ибо в ней содержатся как непосредственно вредные примеси, так и оказывающие вредное влияние лишь косвенно (водяной пар, углекислота, дурные запахи). Они снижают интенсивность испарения со слизистых оболочек дыхательных путей против нормы, или уменьшают окислительную способность воздуха, или сокращают интенсивность и глубину вдохов и т. д.

Чрезмерный процент влажности и чрезмерно высокая температура воздуха делают его негодным в качестве среды, окружающей организм, так как снижают, охлаждающую способность воздуха, совершенно необходимую для организма, вырабатывающего теплоту.

На основании сказанного влажность и температура воздуха являются двумя самостоятельными и в то же время взаимно связанными мерилами пригодности воздуха закрытых помещений как среды, окружающей организм.

Мерилом пригодности воздуха как среды, вдыхаемой организмом для закрытых помещений жилого и общественного характера, было принято процентное (обычно объемное) содержание в воздухе углекислоты. Объясняется это следующим. Хотя углекислота приносит лишь косвенный вред и то лишь при довольно значительном содержании ее в воздухе, она сигнализирует, даже при небольшом проценте содержания ее в воздухе, о наличии других, всегда ей сопутствующих вредных примесей в таком количестве, что воздух оказывается в целом непригодным для вдыхания. Кроме того, установление процентного содержания углекислоты в воздухе гораздо проще, чем других вредных примесей, так как для этого не требуется сложных аппаратуры и операций.

Гигиеническая норма содержания углекислоты в воздухе закрытых помещений жилого и общественного характера составляет 1 —1,5 л на 1 м3 воздуха, т. е. 1-1,5% по объему или, что то же самое, 2000-3000 мг/м3.

2. Метеорологические факторы воздуха, облучение, допустимая и оптимальная температуры. Комфортные условия

Как было отмечено раньше, воздух как среда, окружающая организм, должен быть способным отводить от организма то тепло, которое выделяется им в результате его жизнедеятельности.

Отдача тепла организмом, как и всяким, вообще нагретым телом, происходит кондукцией, порождающей конвекцию тепла окружающим воздухом, и излучением, и, кроме того, в значительной степени, испарением влаги с поверхностей слизистых оболочек и наружного кожного покрова. Кондукция тепла, а значит и порождаемая ею конвекция тепла, могут происходить достаточно интенсивно лишь при наличии соответствующей разности температур человеческого тела и окружающего его воздуха. Интенсивность теплоотдачи излучением зависит от разности (четвертых степеней) абсолютных температур человеческого тела и окружающих его тел, т. е. ограждений помещения, всей внутренней его обстановки, приборов отопления и др. Температура преобладающего числа ограждающих конструкций помещения и его обстановки может быть во многих случаях практически принимаема равной температуре воздуха в помещении.

Таким образом, температура воздуха в помещении должна быть тем ниже, чем больше тепла выделяет человеческий организм. Последнее зависит от большего или меньшего физического напряжения (работа, покой), от возраста и от состояния здоровья. Поэтому температура воздуха в помещениях должна поддерживаться на уровне, соответствующем назначению помещения.

Испарение влаги в воздух может происходить лишь при условии дефицита ее в воздухе при данной его температуре. 

Если путем кондукции и порождаемой ею конвекции, излучением и испарением человеческий организм не может отдать должного количества тепла в окружающий его неподвижный воздух вследствие чрезмерной его влажности или чрезмерно высокой температуры. То при том же физическом состоянии воздуха его охлаждающее действие на организм может быть увеличено приведением воздуха в движение; при движении воздуха, созданном искусственными мерами, теплоотдача путем конвекции и испарения возрастает.

Итак, мы видим, что три так называемых «метеорологических фактора» воздуха — температура, влажность и скорость движения — являются факторами, совокупно действующими на человеческий организм. Поэтому они не могут рассматриваться порознь в качестве мерила годности или негодности воздуха как окружающей организм среды.

Фактор влажности играет существенную роль лишь при температурах воздуха выше +21оС, при температурах от +16 до +21оС колебания влажности в пределах 25—70% не оказывают заметного влияния на теплоотдачу человека, находящегося в нормальной одежде и в состоянии покоя. Только при температурах выше +21°С, а также при выполнении напряженной мышечной работы значительная влажность воздуха, затрудняет теплоотдачу.

Совместное действие систем отопления и вентиляции должно поэтому создавать соответствующие комбинации всех трех метеорологических факторов, при которых охлаждающее действие воздуха на организм является отвечающим тепловой его выработке.

Кроме трех рассмотренных факторов воздуха, следует отметить еще один, влияние которого на самочувствие человека, по последним исследованиям, значительно это — электрическое состояние воздуха, т. е. его ионизация.

Наличие в воздухе отрицательных ионов понижает кровяное давление и вообще благотворно действует на человеческий организм.

Одним из методов образования отрицательных ионов в воздухе является пропуск последнего через завесу мелко распыленной воды. Этот метод применяется в вентиляционной технике с целью промывки воздуха и повышения его влагосодержания.

К рассмотренным четырем факторам физического состояния самого воздуха прибавляется еще один фактор, вносящий значительные изменения в самочувствие людей, — это лучеобмен тела человека с окружающими его предметами и ограждениями закрытых помещений. Если температура ограждений или предметов значительно отличается от температуры воздуха, то этот пятый фактор должен быть, безусловно, учитываем.

Особое значение фактор облучения имеет в горячих производственных цехах и котельных, где рабочие места находятся под влиянием сильно нагретых поверхностей производственных печей, обрабатываемых материалов и изделий, или под непосредственным влиянием излучения из периодически открываемых топочных или производственных дверок котлов и печей. Длительное и интенсивное облучение человеческого организма нарушает его тепловой баланс и вредно действует на организм. Допустимая длительность перенесения человеком облучения различной интенсивности следующая:

Интенсивность облучения (кал/см2*мин.) Продолжительность пребывания (сек.)
0,4-0,8 неопределенно долго
0,9-1,5 180-300
1,6-2,3 40-60
2,4-3,0 20-30
3,0-4,0 12-24
4,0-5,0 7-10
более 5,0 2-5

Из сказанного видно, что самочувствие человека в окружении воздуха и твердых предметов (обстановка и конструктивные ограждения помещения) складывается под влиянием сложного одновременного действия ряда различных по своей природе факторов. Системы отопления и вентиляции призваны изменять по потребности эти факторы. Приспособляя каждый из них и их совокупность к тем условиям, в которых находится в данном помещении и в данное время человек, т. е. в условии покоя, движения или физической работы, в состоянии здоровом или больном, при наличии нормальной или облегченной одежды. Кроме того, при назначении параметров факторов, создающих человеку в закрытом помещении обстановку, благоприятную его самочувствию, должна учитываться температура наружного воздуха, из обстановки которой человек попадает в закрытое помещение и в которую он возвращается по выходе из помещения. Таким образом, требования к этим факторам и их параметры должны быть различные в холодный т. е. зимний, и теплый, т. е. летний, сезоны года.

Существует бесчисленное множество комбинаций этих факторов, которые мог создать одинаково благоприятную обстановку для самочувствия человека, находящегося в закрытом помещении.

Был сделан ряд попыток, охватить единым критерием всю совокупность воздействия этих многочисленных факторов. Одно время считались вполне удовлетворительными критерии, созданные Американским обществом инженеров по отоплению и вентиляции в результате многочисленных, тщательно обставленных и выполненных физиологических наблюдений над большим количеством людей. Эти критерии названы «допустимые» и «оптимальные» параметры воздушной среды.

Допустимая температура относится к практически неподвижному воздуху, а оптимальная — к воздуху, имеющему заметную скорость движения.

Допустимой температурой называется такая температура практически неподвижного воздуха, которая при 100% относительной его влажности создает такое же ощущение человеком тепла и холода, какое создает также неподвижный воздух, но имеющий некоторые другие значения температуры и относительной влажности.

Понятие оптимальной температуры воздуха можно формулировать двояко:

  1. Оптимальная температура — это такая температура практически неподвижного воздуха, которая при 100% относительной его влажности создает такое же ощущение человеком тепла и холода, какое создает воздух также при 100% относительной влажности, но при некоторой другой, более высокой температуре и при некоторой совершенно определенной скорости его движения.
  2. Оптимальная температура — это такая температура практически неподвижного воздуха, которая при 100°/0 относительной его влажности создает такое же ощущение человеком тепла и холода, какое создает воздух при некотором другом, меньшем проценте относительной влажности, при другой, еще большей температуре и при некоторой совершенно определенной скорости его движения.

Для практического использования обоих рассмотренных критериев Американским обществом инженеров по отоплению, холодильным устройствам и кондиционированию воздуха, была создана номограмма, изображенная на рис. 1.

Номограмма оптимальной температуры воздуха

На левой вертикальной шкале отложены температуры, показываемые сухим термометром, а на правой вертикальной шкале — температуры, показываемые одновременно влажным термометром психрометра. Нижняя кривая пучка кривых, обозначенная нулем, относится к неподвижному воздуху, а другие, вышележащие кривые, — к скоростям воздуха от 0,5 до 3,5 м/с. Прокладывая линейку через точки температур сухого и влажного термометров на левой и правой шкалах, соответствующие данной реальной температуре и влажности воздуха, мы пересечем кривые допустимых температур на кривой ν = 0 м/сек. и оптимальных температур на кривых различных скоростей движения воздуха. И те, и другие температуры обозначены на номограмме короткими линиями, пересекающими пучок кривых скоростей.

Точки одинаковых температур обеих вертикальных шкал и кривой ν = 0 м/сек лежат на одной прямой. Понимать это надо так: одинаковые показания «сухого» и «влажного» термометров говорят о 100-процентной влажности воздуха. Кривая ν = 0 м/сек, относящаяся к неподвижному воздуху, точками своих температур определяет допустимые температуры. Если воздух неподвижен и имеет 100% относительной влажности, то его действительная температура является одновременно и допустимой температурой, соответствующей данному состоянию воздуха.

То, что левые концы пучка кривых заходят за шкалу температур «сухого» термометра, объясняется следующим: при температурах неподвижного воздуха выше 7,5°С, а движущегося со скоростью 3,5 м/сек выше 9,5°С большая влажность создает эффект ощущения большего тепла, ибо испарение влаги с поверхностей слизистых, оболочек и кожи становится более вялым, благодаря меньшему дефициту влаги в самом воздухе. При более низких температурах окружающего воздуха, когда влаговыделение человеческим телом сокращается, мы ощущаем, при некоторой неизменной температуре и скорости движения воздуха, тем больший холод, чем влажнее окружающий нас воздух. Увеличенная влажность воздуха не способствует в данном случае уменьшению охлаждения тела потому, что, как было отмечено, в холодном воздухе влаговыделение человеческим телом ничтожно. С увеличением же влажности растет и теплопроводность воздуха, почему холодный влажный воздух наше тело чувствует более холодным, чем более сухой при той же температуре и той же скорости его движения.

На рассмотренной номограмме выделяются в пучке кривых две зоны – для лета и для зимы, которые американцы назвали «зонами комфорта» (рис. 1), отождествляя, таким образом допустимые и оптимальные тёмпературы и - в некотором их диапазоне с критерием комфортного ощущения человека. Однако в современном понимании положения вещей допустимая и оптимальная температуры сохраняют свое значение лишь в решении вопроса об ощущении человеком только тепла и холода, но не того ощущения, которое создается «совокупностью всех одновременно действующих рассмотренных факторов. Поэтому, „комфортное ощущение" не может быть охарактеризовано той или иной температурой.

Таким образом, в настоящее время понятие допустимой температуры, как критерий, принимавшийся ранее всеобъемлющим, подвергается критике на основании следующего:

  1. В основу построения шкалы допустимых температур положено наблюденное на опыте ощущение человека при показании сухого термометра равном 100% относительной влажности. Однако при этих условиях не может быть нормальной теплоотдачи организма, а значит, и ощущения комфорта.
  2. Допустимая температура (оптимальная температура) не учитывает теплообмена излучением.
  3. Оптимальная температура недостаточно учитывает роль малых скоростей воздуха (между 0 и 0,5 м/сек.), которые при низких температурах имеют особенное значение
  4. Оптимальная температура не учитывает различия в теплообразовании тела при различной мышечной работе.
  5. Оптимальная температура не отражает субъективного ощущения времени года.
  6. Оптимальная температура не может быть полностью распространена на всех людей независимо от климатических условий, в которых они живут.

За сравнительную основу комфортного самочувствия человека положено насыщенное водяными парами состояние воздуха. Для воздуха, насыщенного водяными парами, значения температур результирующей по сухому и по влажному термометрам совпадают.

Однако это совпадение имеет место и при понятии эффективной температуры, недостаток же насыщенного водяными парами воздуха, как сравнительной основы комфортного самочувствия человека, уже отмечался выше.

Таким образом, следует признать, что пока не удалось установить единый, всеобъемлющий критерий этого воздействия вследствие многочисленности факторов, создающих то или иное (и в том числе комфортное) самочувствие человека. Мешает этому также чрезвычайная сложность комбинированного воздействия этих факторов на человеческий организм.

«ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ»
Проф. Б.М. Аше и доц. Г.А. Максимов