Повітря в закритих приміщеннях

1. Джерела псування повітря в закритих приміщеннях та міри його зіпсованості

Повітря як середовище, вдихуване організмом і що оточує організм, як на вулицях населених пунктів, так і в закритих приміщеннях, і ті домішки  повітря, які є звичайними його супутниками, що впливають на самопочуття людини.

Такими домішками являються:

  1. Пил органічного і неорганічного походження, що заноситься ззовні в приміщення і що виділяється в них самих в процесі побутової життєдіяльності людини і в результаті всіляких виробничих операцій.
  2. Інертні і шкідливі гази, що виділяються тваринними організмами, місцевими приладами опалювання, відкритими джерелами освітлення, розкладанням органічного пилу і виробничими процесами.
  3. Волога, що виділяється також тваринними організмами, побутовими і виробничими процесами. Всі ці домішки, нагромаджуючись в повітрі, роблять його при відомих концентраціях і при відомому дефіциті кисню шкідливим або навіть небезпечним для людини і інших живих організмів.

Залежно від призначення приміщення і специфічності джерел виділення, що псують повітря домішок, мірою зіпсованості повітря може служити кожна з вищезгаданих домішок окремо або їх сукупність.

Так, наприклад, у виробництвах, що запилюють, мірою зіпсованості повітря служитиме наявність в повітрі властивого цьому виробництву сорту пилу в кількості, що перевершує допустиму норму. У чавуноливарних майстернях і автомобільних гаражах мірою зіпсованості повітря служитиме наявність у відомій, максимально допустимій кількості окислу вуглецю, виділення якого пов'язане з ливарним процесом і з роботою двигунів внутрішнього горіння і т.д.

В закритих приміщеннях будівель невиробничого призначення, а саме — житлових і суспільних, найголовнішими джерелами псування повітря є люди, що виділяють в результаті фізіологічних процесів водяні пари, вуглекислоту і інші всілякі гази як продукти травлення, потовиділення і ін., пил — як продукт розпаду і відпадання шкірного і волосяного епітелію, і, нарешті, всілякі запахи, які тим рясніше і огидніше, чим гірше стан здоров'я тих або інших органів людського тіла (зуби, шлунок, потові залози і ін.). Сукупність цих виділень перетворює повітря в середовище, непридатне для вдихання, бо в ньому містяться як безпосередньо шкідливі домішки, так і ті що роблять шкідливий вплив лише побічно (водяна пара, вуглекислота, погані запахи). Вони знижують інтенсивність випару із слизистих оболонок дихальних доріг проти норми, або зменшують окислювальну здатність повітря, або скорочують інтенсивність і глибину вдихів і т.д.

Надмірний відсоток вологості і надмірно висока температура повітря роблять його непридатним в якості середовища, оточуючого організм, оскільки знижують, охолоджувальну здатність повітря, абсолютно необхідну для організму,яке виробляє тепло.

На підставі вищеописаного вологість і температура повітря є двома самостійними і в той же час взаємний зв'язаними мірилами придатності повітря закритих приміщень як середовища, що оточує організм.

Мірою придатності повітря як середовища, вдихуваного організмом для закритих приміщень житлового і суспільного характеру, було прийнято відсотковий (зазвичай об'ємне) вміст в повітрі вуглекислоти. Пояснюється це наступним. Хоча вуглекислота приносить лише непряму шкоду і те лише при досить значному вмісті її в повітрі, вона сигналізує, навіть при невеликому відсотку вмісту її в повітрі, про наявність інших, завжди їй супутніх шкідливих домішок в такій кількості, що повітря виявляється в цілому не придатним для вдихання. Крім того, встановлення відсоткового вмісту вуглекислоти в повітрі набагато простіше, ніж інших шкідливих домішок, оскільки для цього не вимагається складної апаратури і операцій.

Гігієнічна норма вмісту вуглекислоти в повітрі закритих приміщень житлового і суспільного характеру складає 1 —1,5 л на 1 м повітря, тобто 1-1,5% по об'єму або, що те ж саме, 2000-3000 мг/м³.

2. Метеорологічні чинники повітря, опромінення, допустима і оптимальна температури. Комфортні умови

Як було зазначено раніше, повітря як середовище, що оточує організм, має бути здатним відводити від організму те тепло, яке виділяється їм в результаті його життєдіяльності.

Віддача тепла організмом, як і будь-яким взагалі нагрітим тілом, відбувається кондукцією, що породжує конвекцію тепла навколишнім повітрям, і випромінюванням, і, крім того, в значній мірі, випаром вологи з поверхонь слизистих оболонок і зовнішнього шкірного покрову. Кондукція тепла, а значить і створена нею конвекція тепла, можуть відбуватися досить інтенсивно лише за наявності відповідної різниці температур людського тіла і повітря, що оточує його. Інтенсивність тепловіддачі випромінюванням залежить від різниці (четвертих мір) абсолютних температур людського тіла і тіл, що оточують його, тобто огорож приміщення, всієї внутрішньої його обстановки, приладів опалювання та ін. Температура переважаючого числа конструкцій приміщення і його стану, що захищають, може бути у багатьох випадках практично прийнята рівній температурі повітря в приміщенні.

Таким чином, температура повітря в приміщенні має бути тим нижче, чим більше тепла виділяє людський організм. Останнє залежить від більшої або меншої фізичної напруги (робота, спокій), від віку і від стану здоров'я. Тому температура повітря в приміщеннях повинна підтримуватися на рівні, відповідному призначенню приміщення.

Випар вологи в повітря може відбуватися лише за умови дефіциту її в повітрі при даній його температурі. 

Якщо шляхом кондукції і створення нею конвекції, випромінюванням і випаром людський організм не може віддати належної кількості тепла в  оточуєче його нерухоме повітря внаслідок надмірної його вологості або надмірно високої температури. То при тому ж фізичному стані повітря його охолоджувальна дія на організм може бути збільшена приведенням повітря в рух; при  русі повітря, створеному штучними заходами, тепловіддача шляхом конвекції і випару зростає.

Отже, ми бачимо, що три так звані «метеорологічні чинники» повітря — температура, вологість і швидкість руху — є чинниками, що сукупно діють на людський організм. Тому вони не можуть розглядатися порізно як міра придатності або непридатності повітря як організм середовища.

Чинник вологості грає істотну роль лише при температурах повітря вище +21˚С, при температурах від +16 до +21˚С коливання вологості в межах 25—70% не роблять помітного впливу на тепловіддачу людини, що знаходиться в нормальному одязі і в стані спокою. Лише при температурах вище +21°С, а також при виконанні напруженої м'язової роботи значна вологість повітря, ускладнює тепловіддачу.

Спільна дія систем опалювання і вентиляції тому повинна  створювати відповідні комбінації всіх трьох метеорологічних чинників, при яких дія повітря, що охолоджує, на організм є таким, що відповідає тепловому його виробленню.

Окрім трьох розглянутих чинників повітря, слід зазначити ще один, вплив якого на самопочуття людини, за останніми дослідженнями, значно це — електричний стан повітря, тобто його іонізація.

Наявність в повітрі негативних іонів  благотворно діє на людський організм.

Одним з методів утворення негативних іонів в повітрі є пропуск останнього через завісу дрібно розпиленої  води. Цей метод застосовується у вентиляційній техніці з метою промивання повітря і підвищення його волого місткості.

До розглянутих чотирьох чинників фізичного стану самого повітря додається ще один чинник, що вносить значні зміни до самопочуття людей, — це промінеобмін тіла людини з предметами, що оточують його, і оточенням закритих приміщень. Якщо температура оточення або предметів значно відрізняється від температури повітря, то цей п'ятий чинник має бути, безумовно, врахований.

Особливе значення чинник опромінення має в гарячих виробничих цехах і котельних, де робочі місця знаходяться під впливом сильно нагрітих поверхонь виробничих печей, оброблюваних матеріалів і виробів, або під безпосереднім впливом випромінювання з топкових або виробничих дверець, що періодично відкриваються, казанів і печей. Тривале і інтенсивне опромінення людського організму порушує його тепловий баланс і шкідливо діє на організм. Допустима тривалість перенесення людиною опромінення різної інтенсивності наступна:

Інтенсивність опромінення (кал/см2*мин.) Тривалість перебування
(сек.)
0,4-0,8 невизначено довго
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
більше 5,0 2-5

Із вищесказаного видно, що самопочуття людини в оточенні повітря і твердих предметів (стан і конструктивні огородження приміщення) складається під впливом складної одночасної дії ряду різних за своєю природою чинників. Системи опалювання і вентиляції покликані змінювати по потребі ці чинники. Пристосувавши кожен з них та їх сукупність до тих умов, в яких знаходиться в даному приміщенні і в даний час людина, тобто в умові спокою, руху або фізичної роботи, в  здоровому або хворому стані, за наявності нормального або полегшеного одягу. Крім того, при призначенні параметрів чинників, що створюють людині в закритому приміщенні обстановку, сприятливу його самопочуття, повинна враховуватися температура зовнішнього повітря, з обстановки якої людина потрапляє в закрите приміщення і в яку він повертається після виходу з приміщення. Таким чином, вимоги до цих чинників і їх параметри мають бути різні в холодний тобто зимову, і теплий, тобто літню, пори року.

Існує  безліч комбінацій цих чинників, які можуть створити однаково сприятливу обстановку для самопочуття людини, що знаходиться в закритому приміщенні.

Було зроблено ряд спроб, охопити єдиним критерієм всю сукупність дії цих багаточисельних чинників. У свій час вважалися сповна задовільними критерії, створені Американським суспільством інженерів по опалюванню і вентиляції в результаті багаточисельних, ретельно обставлених і виконаних фізіологічних спостережень над великою кількістю людей. Ці критерії названі «допустимі» і «оптимальні» параметри повітряного середовища.

Допустима температура відноситься до практично нерухомого повітря, а оптимальна — до повітря, що має помітну швидкість руху.

Допустимою температурою називається така температура практично нерухомого повітря, яка при 100% відносній його вологості створює таке ж відчуття людиною тепла і холоду, яке створює також нерухоме повітря, але що має деякі інші значення температури і відносної вологості.

Поняття оптимальної температури повітря можливо сформулювати неоднозначно:

  1. Оптимальна температура — це така температура практично нерухомого повітря, яка при 100% відносній його вологості створює таке ж відчуття людиною тепла і холоду, яке створює повітря також при 100% відносній вологості, але при деякій інший, вищій температурі і при деякій абсолютно певній швидкості.
  2. Оптимальна температура — це така температура практично нерухомого повітря, яка при 100°/0 відносній його вологості створює таке ж відчуття людиною тепла і холоду, яке створює повітря при деякому іншому, меншому відсотку відносної вологості, при іншій, ще більшій температурі і при деякій абсолютно певній його швидкості.

Для практичного використання обох розглянутих критеріїв Американським суспільством інженерів по опалюванню, холодильним пристроям і кондиціюванню повітря, була створена номограма, зображена на мал. 1.

Номограма  оптимальної температури  повітря

На лівій вертикальній шкалі відкладені температури, що показуються сухим термометром, а на правій вертикальній шкалі — температури, що показуються одночасно вологим термометром психрометра. Нижня крива пучка кривих, позначена нулем, відноситься до нерухомого повітря, а інші, вищерозміщені криві, — до швидкостей повітря від 0,5 до 3,5 м/с.

Прокладаючи лінійку через точки температур сухого і вологого термометрів на лівій і правій шкалах, відповідні даній реальній температурі і вологості повітря, ми пересічемо криві допустимих температур на кривій V = 0 м/сек. і оптимальних температур на кривих різних швидкостей руху повітря. І ті, і інші температури позначені на номограмі короткими лініями, що пересікають пучок кривих швидкостей.

Точки однакових температур обох вертикальних шкал і кривої V= 0 м/сек. лежать на одній прямій. Розуміти це треба так: однакові показники «сухого» і «вологого» термометрів вказують  про 100-відсоткову вологість повітря. Крива V= 0 м/сек., що відноситься до нерухомого повітря, точками своїх температур визначає допустимі температури. Якщо повітря нерухоме і має 100% відносної вологості, то його дійсна температура є одночасно і допустимою температурою, відповідною  даному стану повітря.

Те, що ліві кінці пучка кривих заходять за шкалу температур «сухого» термометра, пояснюється наступним: при температурах нерухомого повітря вище 7,5°С, а рухомого із швидкістю 3,5 м/сек. вище 9,5°С велика вологість створює ефект відчуття більшого тепла, бо випаровування вологи з поверхонь слизових оболонок, оболонок і шкіри стає млявішим, завдяки меншому дефіциту вологи в самому повітрі. При нижчих температурах навколишнього повітря, коли вологовиділення людським тілом скорочується, ми відчуваємо, при деякій незмінній температурі і швидкості руху повітря, тим більший холод, чим вологіше повітря, що нас оточує. Збільшена вологість повітря не сприяє в даному випадку зменшенню охолоджування тіла тому, що, як було відмічено, в холодному повітрі волговиділення людським тілом мізерне. Із збільшенням же вологості зростає і теплопровідність повітря, чому холодне вологе повітря наше тіло відчуває холоднішим, ніж сухіший при тій же температурі і тій же швидкості його руху.

На розглянутій номограмі виділяються в пучку кривих дві зони – для літа і для зими, які американці назвали «зонами комфорту» (мал. 1), ототожнюючи, таким чином допустимі і оптимальні температури і - в деякому їх діапазоні з критерієм комфортного відчуття людини. Проте в сучасному розумінні стану речей допустима і оптимальна температури зберігають своє значення лише в рішенні питання про відчуття людиною лише тепла і холоду, але не того відчуття, яке створюється «сукупністю всіх розглянутих чинників, що одночасно діють. Тому, „комфортне відчуття" не може бути охарактеризоване тією або іншою температурою.

Таким чином, в даний час поняття допустимої температури, як критерій, що приймався раніше всеосяжним, піддається критиці на підставі наступного:

  1. В основу побудови шкали допустимих температур покладено спостережене  на досвіді відчуття людини при показника  сухого термометра рівному 100% відносній вологості. Проте за цих умов не може бути нормальної тепловіддачі організму, а значить, і відчуття комфорту.
  2. Допустима температура (оптимальна температура) не враховує теплообміну випромінюванням.
  3. Оптимальна температура недостатньо враховує роль малих швидкостей повітря (між 0 і 0,5 м/сек.), які при низьких температурах мають особливе значення.
  4. Оптимальна температура не враховує відмінності в теплоутворенні тіла при різній м'язовій роботі.
  5. Оптимальна температура не відображає суб'єктивного відчуття пори року. 
  6. Оптимальна температура не може бути повністю поширена на всіх людей незалежно від кліматичних умов, в яких вони живуть. 

За порівняльну основу комфортного самопочуття людини покладений насичений водяними парами стан повітря. Для повітря, насиченого водяними парами, значення температур результуючою по сухому і по вологому термометрам збігаються.

Проте цей збіг має місце і при понятті ефективної температури, недолік же насиченого водяними парами повітря, як порівняльної основи комфортного самопочуття людини, вже наголошувався вище.

Таким чином, слід визнати, що доки не вдалося встановити єдиний, всеосяжний критерій цієї дії внаслідок численності чинників, що створюють те або інше (і у тому числі комфортне) самопочуття людини. Заважає цьому також надзвичайна складність комбінованої дії цих чинників на людський організм.

«Опалення та вентиляція»
Проф.Б.М.Аше та доц..Г.А.Максимов