2.4. Параметры микроклимата помещений и их влияние на организм человека

Большое влияние на самочувствие, здоровье и работоспособность человека оказывает микроклимат учебных и других помеще­ний, кото­рый по Межгосударственному стандарту ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Пара­метры микроклимата в помещениях» [19] характеризуется следующими пара­мет­рами: 1 – температура воздуха; 2 – скорость движения воздуха; 3 – от­носи­тельная влажность воздуха; 4 – результирующая темпера­тура по­меще­ния; 5 – локальная асимметрия результирующей температуры.

В ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» [19] приведены следующие определения.

1. Допустимые параметры микроклимата: Сочетания значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать общее и локальное ощущение дискомфорта, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности при усиленном напряжении механизмов терморегуляции и не вызывают повреждений или ухудшения состояния здоровья.

2. Качество воздуха: Состав воздуха в помещении, при котором при длительном воздействии на человека обеспечивается оптимальное или допустимое состояние организма человека.

3. Оптимальное качество воздуха: Состав воздуха в помещении, при котором при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивается комфортное (оптимальное) состояние организма человека.

4. Допустимое качество воздуха: Состав воздуха в помещении, при котором при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивается допустимое состояние организма человека.

5. Локальная асимметрия результирующей температуры: Разность результирующих температур в точке помещения, определённых шаровым термометром для двух противоположных направлений.

6. Микроклимат помещения: Состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на человека, характеризуемое показателями температуры воздуха и ограждающих конструкций, влажностью и подвижностью воздуха.

7. Обслуживаемая зона помещения (зона обитания): Пространство в помещении, ограниченное плоскостями, параллельными полу и стенам: на высоте 0,1 и 2,0 м над уровнем пола - для людей стоящих или двигающихся, на высоте 1,5 м над уровнем пола - для сидящих людей (но не ближе чем 1 м от потолка при потолочном отоплении), и на расстоянии 0,5 м от внутренних поверхностей наружных и внутренних стен, окон и отопительных приборов.

8. Оптимальные параметры микроклимата: Сочетание значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают нормальное тепловое состояние организма при минимальном напряжении механизмов терморегуляции и ощущение комфорта не менее чем у 80% людей, находящихся в помещении.

9. Помещение с постоянным пребыванием людей: Помещение, в котором люди находятся не менее 2 ч непрерывно или 6 ч суммарно в течение суток.

10. Радиационная температура помещения: Осреднённая по площади температура внутренних поверхностей ограждений помещения и отопительных приборов.

11. Результирующая температура помещения: Комплексный показатель радиационной температуры помещения и температуры воздуха помещения, определяемый по приложению А ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» [19].

12. Скорость движения воздуха: Осреднённая по объёму обслуживаемой зоны скорость движения воздуха.

13. Температура шарового термометра: Температура в центре тонкостенной полой сферы, характеризующая совместное влияние температуры воздуха, радиационной температуры и скорости движения воздуха.

14. Тёплый период года: Период года, характеризующийся среднесуточной температурой наружного воздуха выше 8 °С.

15. Холодный период года: Период года, характеризующийся среднесуточной температурой наружного воздуха, равной 8 °С и ниже.

Метеорологические условия рабочей среды (микроклимат) оказывает влияние на процесс теп­лообмена и характер работы. Длительное воздействие на че­ловека небла­гоприятных метеорологических условий резко ухудшает самочувствие, снижает производительность труда и приводит к заболева­ниям. При нор­мировании метеорологических условий в помещениях учи­тывают время года и физическую тяжесть выполняемых работ. Под вре­менем года под­разумевают два периода: холодный (среднесуточная температура наруж­ного воздуха составляет +8 ºС и ниже) и тёплый (со­ответствующее зна­чение превышает +8 ºС). Для создания благоприят­ных условий работы, соответствующих физиологическим потребностям человеческого организма, санитарные нормы устанавливают оптимальные и допустимые метеороло­гические условия в помещении.

Оптимальные микроклиматические ус­ловия представляют собой сочетание количественных показателей мик­роклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального теплового состояния его организма без напряжения механизмов терморегуляции. Они обеспечи­вают ощущение теплового комфорта и создают предпосылки для высо­кого уровня работоспособности. Допустимые микроклиматические усло­вия представляют собой сочетание количественных показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать преходящие и быстро нормализующиеся из­менения теплового состояние его организма, сопровождающиеся напря­жением организма терморегуляции, не выходящие за пределы физиологиче­ских приспособительных возможностей. При этом не возникает ухудшения или нарушения здоровья, но могут возникать дискомфортные теплоощущения, ухудшение самочувст­вия и снижение работоспособности.

В состав атмосферного воздуха входит азот (78,08 %), кислород (20,95 %), углекислый газ (0,03 %), аргон и другие газы (0,94 %). Кислород необходим для поддержания жизнедеятельности человека. При дыхании поступающая в лёгкие венозная кровь освобождается от углекислоты и обогащается кислородом. В процессе движения по телу кровь отдаёт тканям кислород и отбирает образовавшуюся в них углекислоту. Газообмен происходит нормально при давлениях, близких к атмосферному. Азот – газ физиологически безвредный. Углекислый газ слабо ядовит, но опасен тем, что, замещая кислород, уменьшает его содержание в воздушной среде. В состав воздуха, кроме того, входят водяные пары, пыль и другие примеси. Небольшие отклонения в содержании указанных газов и в первую очередь уменьшение концентрации кислорода и увеличение содержания углекислоты снижают работоспособность, а при значительных отклонениях от нормы атмосфера становится опасной для жизни человека.

Существенное влияние на организм человека оказывают изменения атмосферного давления в сторону повышения или понижения. Влияние повышенного давления связано с механическим (компрессионным) и физико-химическим действием газовой среды.

Оптимальная диффузия кислорода в кровь из газовой смеси в лёгких осуществляется при атмосферном давлении около 760 мм рт. ст. Проникающий эффект при повышенном атмосферном давлении может привести к токсическому действию кислорода и индифферентных газов, повышение содержания которых в крови может вызвать наркотическую реакцию. При увеличении парциального давления кислорода в лёгких более чем на 0,8–1,0 атмсфер проявляется его токсическое действие – поражение лёгочной ткани, судороги, коллапс. Понижение давления оказывает на организм ещё более сильное действие. Значительное снижение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, а затем в альвеолярном воздухе, крови и тканях человека через несколько секунд приводит к потере сознания, а через 4–5 минут к гибели. Постепенное нарастание дефицита кислорода вызывает расстройство функций жизненно важных органов, затем к необратимым структурным изменениям и к гибели человека.

Самочувствие человека сильно зависит от темпе­ратурного режи­ма. Негативное воздействие на организм чело­века оказывают как повы­шение, так и понижение температуры воздуха в по­мещениях по сравнению с их нормативными величинами для соответ­ст­вующих помещений.

По Санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам СанПиН 2.4.2.2821-10 «Санитарно-эпидемиологические требо­вания к условиям и организации обучения в общеобразователь­ных учреждени­ях» [208] температура воз­духа в зависимости от климати­ческих условий в учебных помещениях и кабинетах, кабинетах психо­лога и логопеда, лабораториях, актовом зале, столовой, рекреациях, библиотеке, вести­бюле, гардеробе должна составлять 18–24 °С; в спортзале и комнатах для проведения секцион­ных занятий, мастерских - 17–20 °С; спальне, игровых комнатах, по­мещениях подразделений дошкольного образо­вания и пришкольного интерната – 20–24 °С; ме­дицинских кабинетах, раздевальных комнатах спортивного зала – 20–22 °С; душевых – 25 °С.

При повышении температуры окружающего воз­духа по срав­не­нию с нормативной, особенно на значительную величину, человек бы­стро устаёт, снижается его трудо­способность, организм рас­слаб­ляется, усиливается потоотделение и даже становятся возможны «теп­ловой удар» и другие серьёзные негативные последствия для здоровья. Поэтому необходимо научить каждого студента эффективным и экономичным методам понижения температуры воздуха в каж­дом помещении до нормативной величины в тёплый период года (ко­гда избытки теплоты поступают в помещения из окружающей среды) и в холодный период года (когда в некоторых помещениях температура может быть выше нормативной из-за разрегулировки систем отопле­ние и так называемого «перетопа», а типичное для таких случаев от­крывание форточек резко снижает относительную влажность воздуха в помещениях и оказывает вредное воздействие на организм человека, если воздух в помещении не увлажняют).

Понижение температуры воздуха в помещениях по сравнению с

норма­тивными величинами в холодный период года, ухудшающее условия труда в них и нанося­щее ущерб здоровью людей, происходит при ра­боте всех даже пра­вильно спроектированных и смонтированных сис­тем центрального во­дяного отопления, так как в соответствии с действующими норматив­ными до­кументами они проектируются с коэффици­ентом обеспечен­ности К_об = 0,92. То есть все проекты предусматривают, что 8% вре­мени от про­должительности отопительного периода температура во всех по­меще­ниях должна быть ниже нормативной величины.

Например, в го­роде Туле все системы центрального водяного отопления зданий за­проектированы так, что не менее 16 дней в самый холодный период года, равный 207 суткам при К_об = 0,92 [213-215], они не могут на­гре­вать воздух помещений до норматив­ных тем­ператур при расчётных параметрах и расходах теплоносителя, а из-за недостатков при их мон­таже и при длительной эксп­луатации систем (из-за образо­вания на­кипи в отопительных приборах и трубах, гидравлической раз­регули­ровки и т. д.) – и дольше. Поэтому при вы­полнении работы сту­денты должны изучить и нау­читься применять лучшие мировые дости­жения в целях улучше­ния микро­климата в помещениях в любое время и при минимуме необходимых для этого затрат средств и труда, что важ­но для реального улучшения условий их труда на лю­бой ра­боте.

Радиационная температура помещения, результирующая температура помещения и локальная асимметрия результирующей темпера­туры стали показателями микроклимата потому, что при одинаковой температуре воздуха в помещении тепло­ощущение человека из-за лу­чистого теплообмена может быть различным, особенно вблизи окон.

Кроме температуры воздуха важнейшим показателем является радиа­ционная температура, что подтверждается предписаниями, действую­щими во многих странах. В этих предписаниях одними из основных исходных данных считаются значения так называемой результирую­щей температуры, вычисляемые по различным формулам. Влияние на теплоощущение человека радиационной температуры изучалось мно­гими учёными, некоторые из которых исследовали также роль радиационной температуры при определении степени отрицательной и положительной радиации, которая характеризует перепад радиаци­онно-конвективной температуры, и возможности уменьшать этот перепад в тёплый и холодный периоды года засчёт правильного размещения растений на подоконниках.

Результирующая температура помещения (температура помеще­ния) – это температура окружающей среды, в которой человек путем радиации и конвекции отдаёт столько же теплоты, что и в окружаю­щей среде с одинаковой температурой воздуха и окружающих поверх­ностей при одинаковой влажности и скорости движения воздуха.

Тепловое излучение представляет собой процесс превращения теп­лоты в лучистую энергию и передачи её в окружающее пространство. При нагревании всех тел часть теплоты в результате атомных возмуще­ний не­избежно преобразуется в лучистую энергию. Носителями лучис­той энергии являются электромагнитные волны. Результирующий теп­ло­вой поток от излучающей среды с абсолютной температурой Т_окр к по­верхно­сти, средняя абсолютная температура которой равна Т_с, опреде­ляется по формуле (1), основанной на законе Стефана-Больцмана:

, Вт /м², (1)

где σ₀ - коэффициент излучения, Вт/ (м² К⁴); ε_пр - приведённая степень черноты, зависит от свойств излучаю­щей среды и поверхности и вы­ража­ется в долях от степени черноты абсолютно чёрного тела, равной 1.

В формулу (1) величины абсолютных температур входят в чет­вёр­той степени, поэтому и при небольших перепадах темпе­ра­тур по­верхно­стей тел, излучающих электромагнитные волны, вели­чины теп­ловых по­токов значительны. Из-за этого и роста стои­мо­с­ти энергоре­сурсов надо уметь улучшать микрокли­мат и охрану труда в помеще­ниях и энергосбе­режение, умень­шая лу­чис­тый тепловой поток прежде всего через остек­ление окон (в тёплый и в хо­лодный периоды года).

На самочувствие человека оказывает влияние и влажность воздуха. Высокая относительная влажность (отношение содержания водяных паров в 1 м³ воздуха к их максимально возможному содержанию в этом же объеме) при высокой температуре воздуха способствует перегреванию организма, при низкой же температуре она усиливает теплоотдачу с поверхности кожи, что ведёт к переохлаждению организма.

Низкая влажность вызывает пересыхание слизистых оболочек дыхательных путей человека. По санитарным нормам допустимая относительная влажность воз­духа (процент влаги от максимально возможной величины при данной температуре) в учебных помеще­ниях должна быть 40-60%, в тёплое время года возможно увеличение её до 75%.

При снижении относи­тельной влажности воздуха ниже этих величин сухой воздух «вытяги­вает» влагу из организма человека, из деревянных ве­щей и растений. В результате даже у здоровых людей ухудшается об­щее са­мочувствие (появляется сонливость, рассеянность, повышается утом­ляемость, снижаются работоспособность и иммунитет). Из-за того, что сухие слизистые оболочки органов дыхания плохо улавливают бакте­рии и вирусы, возникает «першение» горла, снижается способность бронхов к самоочищению. В результате увеличивается вероятность возникно­вения респираторных инфекций, ухудшается самочувствие больных бронхиальной астмой, аллергиков. Также возникает чувство «песка» в глазах, особенно заметное у тех, кто носит контактные линзы. В сухом воздухе можно скорее замёрзнуть, поскольку испа­ряющаяся с поверх­ности кожи влага охлаждает тело. Недостаток влаги в воздухе приво­дит к сухости и раннему старению кожи.

Особенно страдают от сухости воздуха маленькие и грудные дети, у которых в первые месяцы и годы жизни очень нежные и чувст­вительные кожа и слизистая оболочка полости рта и носа. Поэтому пе­диатры рекомендуют, чтобы относительная влажность в комнате груд­ного ребёнка была не меньше 50%.

Недостаток влаги в воздухе неблагоприятно влияет на картины, музыкальные инструменты, деревянную мебель, паркетные полы (ни рассыхаются, трескаются и их срок службы сильно снижа­ется). Сухой воздух также способствует накоплению статичес­кого электричества и препятствует оседанию комнатной пыли, которая буквально висит в нём и её бывает очень трудно убрать. От недостаточной влажности воздуха также страдают комнатные растения и домашние животные.

Особенно низкая влажность бывает в помещениях зимой. Мороз­ный воздух содержит мало влаги и поэтому проветривание по­мещения снижает влажность воздуха в нём. Работа отопительных сис­тем высу­шивает воздух ещё больше. Зимой относительная влажность воздуха в помещениях часто падает ниже 25%, так как при проветривании помещений в зимний период через верхнюю часть любой форточки из помещения за счёт разности плотностей выходит более лёгкий тёплый влажный воздух, а через нижнюю часть форточки в помещение поступает более тяжёлый и сухой холодный наружный воздух, в котором влаги во много раз меньше.

Поэтому из-за сухости воздуха в помещениях в зимнее время, как показано зарубежными исследователями, у находящихся в таких помещениях людей возникают хронические заболевания верхних дыхательных путей. И если в ре­зультате обменных процессов кожа тела теряет приблизи­тельно 0,5 литра влаги в течение суток, то зимой этот показатель дохо­дит до од­ного литра. Летом воздух в помещении становится суше из-за работа­ющих кондиционеров. Работающие электроплиты, утюги, теле­визоры, компьютеры также осушают воздух в квартире, так как нагревают его.

Для устранения всех этих неприятных явлений необходимо, осо­бенно в осенне-зимний период, увлажнять воздух в помещении, то есть насыщать его водяными парами. Раньше для этих целей хозяйки ставили поддоны с водой на радиаторы центрального отопления или развешивали сушить в комнатах мокрое бельё. Но эти способы мало­эффективны и негигиеничны. Поэтому в настоящее время в мире выпускается и продаётся множе­ство различных увлаж­нителей - приборов, которые позволяют поддерживать необхо­димый уровень влажности воздуха в помещении.

Немаловажно для самочувствия человека движение окружающего воздуха. Оно эффективно способствует теплоотдаче организма человека и положительно проявляется при высоких температурах, но отрицательно – при низких. До начала занятий и после их окончания необходимо осуществлять сквозное проветривание учебных помещений, открыв окна и двери. Проветривание учебных помещений во время перемен, а рекреационных во время уроков осуществляется открытием форточек и фрамуг, площадь которых должна быть не менее 1/50 площади пола. Форточки и фрамуги должны функционировать в любое время года, забивать их гвоздями и заклеивать запрещается.

Средние скорости движения воздуха в производственных и учебных заведениях должны составлять 0,2–0,5 м/с в холодное и переходное время года и 0,5–1,5 м/с в тёплое время года. Ощущать воздушные потоки человек начинает со скорости воздуха 0,15 м/с.

Указанные выше параметры даны для рабочей зоны, под которой понимается пространство высотой до 2 метров над уровнем пола или площадки, на которых находятся места постоянного или временного пребывания человека, и считаются допустимыми для учебных помещений образовательных учреждений.