1.3. Влияние на человека теплового воздействия и влажности окружающей среды

В человеческом организме происходят процессы массоэнергообмена, при которых высвобождается энергия вследствие химического окисления веществ, получаемых с пищей, или окисления собственных органических веществ организма в случае, если суточный рацион не покрывает потреб­ностей энергопотребления. Полученная энергия расходуется в основном на поддержание нормальной температуры тела (37 °С) и на выполнение физической работы, к которой относится, в том числе и работа, затрачи­ваемая на поддержание определенного положения тела в гравитацион­ном поле. Исследования показывают, что в общем балансе энергообмена доля, приходящаяся на внешнюю работу, совершаемую человеком, не превосходит в среднем 5 %, в то время как 95 % энергии выделяется в виде теплоты.

Теплообмен между человеческим организмом и окружающей средой происходит с помощью конвекции, испарения, излучения и теплопро­водности. Интенсивность протекания этих процессов зависит от многих факторов – температуры, влажности и скорости движения окружающего человека воздуха, температуры ограждающих поверхностей, вида и свойств одежды, характера выполняемой работы и т.п.

Согласно официально принятому в США инженерами-теплотехниками и специалистами по системам кондиционирования воздуха определению [4] под тепловым комфортом подразумевается такое душевное состояние челове­ка, при котором он выражает удовлетворённость микроклиматическими ус­ловиями окружающей его среды. Такое очевидно субъективное состояние со­ответствует полному тепловому равновесию, поддержание которого требует минимальных физиологических усилий, т.е. это состояние, при котором вся метаболическая (т.е. выработанная в организме) теплота быстро передается среде, непосредственно окружающей человека, не вызывая у него каких-либо значительных реакций (потения или озноба). Опыты свидетельствуют, что в состоянии теплового комфорта потребление человеком кислорода минималь­но (это, несомненно, важно для космических летательных аппаратов).

1.4. Требования к составу и чистоте воздуха герметической кабины

Воздух в кабинах летательных аппаратов должен удовлетворять опре­деленным санитарно-гигиеническим требованиям, в частности по со­держанию вредных газовых примесей. Согласно Единым нормам лётной годности гражданских самолётов (ЕНЛГС) [5] концентрация вредных веществ в воздухе кабины пассажирского самолета не должна превы­шать (мг/м³):

- окиси углерода...................................................................20

- окислов азота.......................................................................5

- паров топлива (в пересчёте на углерод)…………..........300

- ароматических углеводородов...........................................5

- паров и аэрозолей синтетических смазочных масел……..5

- фторорганических соединений

(в пересчёте на фтористый водород)................................0,5

- формальдегида..................................................................0,5

- альдегидов (суммарно).....................................................0,6

На высотах более 7 км при продолжительности полёта до 3 часов, включая время набора высоты и снижения, средневзвешенная концентрация озо­на О₃ в воздушной среде кабины не должна превышать 0,2 мг/м³; при продолжительности полёта более 3 часов – 0,1 мг/м³. Не допускается присут­ствие в воздухе кабины других вредных веществ, влияющих на работо­способность и здоровье экипажа и пассажиров.

Вредные газовые примеси поступают в кабину от людей (членов экипажа и пассажиров), они являются основными источниками за­грязнения воздуха. В процессе жизнедеятельности человек выделяет более 400 химических соединений, в том числе с выдыхаемым возду­хом в окружающую среду поступает 149 веществ, с поверхности кожи – 271. Количество выделяемых человеком веществ весьма из­менчиво и зависит от индивидуальных особенностей организма, пи­тания, двигательной активности, возраста и некоторых других факто­ров. В наибольших количествах выделяются такие вещества, как ам­миак, ацетон, альдегиды, жирные кислоты, окись углерода, углеводороды, углекислый газ. Токсикологическая значимость выделяемых соединений неодинакова.

Вредные газовые примеси могут поступать в воздух кабины ЛА также в результате газовыделений элементов её конструкции (воздухораспреде­лительных решеток, ковровых дорожек, обивки кресел, стен, различных предметов интерьера салона и т.п.), выполненных из неметаллических материалов или имеющих неметаллические покрытия. В нормальных ус­ловиях поступление вредных примесей от этих источников достаточно низкое и имеет значение только при возгорании.

Необходимый газовый состав воздуха обеспечивается посредством вентиляции кабины атмосферным воздухом, при этом концентрация выделяемых вредных примесей уменьшается за счёт добавления к воз­духу кабины чистого воздуха. Однако подаваемый в кабину воздух можно назвать чистым лишь условно. Во-первых, атмосферный воздух может содержать выбросы промышленных предприятий или транспор­та, дым и т.д. Во-вторых, вентиляция кабин осуществляется воздухом, отбираемым от компрессоров авиационных двигателей. Загрязнение этого воздуха может произойти в результате попадания паров топлива или продуктов термодеструкции горюче-смазочных материалов. Кон­центрация вредных веществ существенно зависит от времени эксплуа­тации силовых установок. Подача в кабину воздуха с концентрацией вредной примеси выше её предельно допустимого значения совершен­но недопустима.

Расчёт расхода воздуха, необходимого для вентиляции кабины, произ­водится исходя из условия разбавления подаваемым в кабину воздухом вредных примесей, выделяющихся внутри кабины, до достижения их предельно допустимых концентраций. В случае присутствия в воздухе ка­бины двух или нескольких веществ однонаправленного биологического воздействия сумма отношений фактических концентраций каждого из них к их предельно допустимым концентрациям не должна быть больше единицы.

Расчёт вентиляции производят по веществу, которое принято в каче­стве критерия чистоты воздуха. Исследования показали, что в помещени­ях, где находятся люди, причиной их плохого самочувствия является на­копление в воздухе антропотоксинов – продуктов жизнедеятельности че­ловека. Спектр веществ, выделяемых человеком в процессах жизнедея­тельности, широк, и в качестве критерия чистоты воздуха могут быть предложены различные химические соединения.

Чаще всего для расчёта воздухообмена в жилых и общественных зда­ниях, транспортных средствах в качестве гигиенического норматива чис­тоты воздуха используется концентрация углекислого газа СО₂. В данном случае углекислый газ является косвенным показателем загрязнения воз­душной среды летучими продуктами жизнедеятельности человека, содер­жащимися в выдыхаемом воздухе, поте, выделениях с поверхности тела и одежды. Предельно допустимая концентрация углекислого газа (3 %, 54 мг/м³) существенно превышает его концентрацию, принятую в качест­ве гигиенического норматива. Являясь не самым токсичным из продук­тов жизнедеятельности, углекислый газ выделяется человеком в наиболь­ших количествах – до 20 л/ч (≈ 40 г/ч). Его концентрация в выдыхаемом воздухе доходит до 7020 мг/м³, в то время как концентрация аммиака – до 2 мг/м³, ацетона – до 0,92 мг/м³, окиси углерода – до 50 мг/м³. При от­сутствии вентиляции достижение концентрацией СО₂ значения, приня­того в качестве гигиенического норматива, происходит существенно бы­стрее, чем концентрациями других, более токсичных веществ их предель­но допустимых концентраций.

В качестве критерия чистоты воздуха для жилых и общественных зда­ний приняты следующие значения концентрации углекислого газа: 0,1 % (по объёму) для помещений с постоянным пребыванием людей; 0,125 % для помещений с периодическим пребыванием людей; 0,2 % для поме­щений с кратковременным пребыванием людей. Такие же значения при­няты при расчёте судовых СКВ. Для сравнения можно указать, что допус­тимая концентрация углекислого газа в обитаемых отсеках ЛА 0,3 %, на подводных лодках 0,5 %. Указанные значения объёмной концентрации являются средневзвешенными, т.е. рассчитаны при условии равномерно­го распределения газовой примеси по объёму.

Допустимые значения концентрации углекислого газа в кабинах са­молетов в настоящее время не нормированы, но в ЕНЛГС [5] указано, что расход подаваемого в кабину воздуха при половине отказавших ис­точников наддува должен быть не менее 12 кг/ч на одного пассажира и 24 кг/ч на одного члена экипажа. Эти значения расхода соответствуют средневзвешенной концентрации углекислого газа не более 0,25 и 0,14 % соответственно, что при штатной работе СКВ даёт такие же значения ги­гиенического норматива, как и для общественных зданий и морских и речных судов.

Анализ данных, приведённых в табл. 1, показывает, что в пасса­жирских самолётах значения подачи воздуха, определённые из условия поддержания заданного теплового режима в ГК, обычно превышают значения, необходимые для обеспечения требуемого газового состава воздуха.

Таблица 1

Характеристика вентиляции кабин некоторых пассажирских самолётов

Параметр	Тип самолёта
	Ил-62	Ил-86	Ил-96	Ту-134	Ту-154	Ту-204	Ан-24	Як-40	Як-42
Подача воздуха на пассажира, кг/ч	36	40	25,7*	27…30	25…30	30*	24	28…33	37,5

Условные обозначения:

*СКВ с частичной рециркуляцией кабинного воздуха