Состояние воздушной среды в помещении

Состояние воздушной среды в помещении. Условия комфорта человека во время пребывания в закрытых помещениях определяются также воздушным режимом здания.

Воздушным режимом здания называют общий процесс обмена воздуха • между всеми его помещениями и внешним миром. Естественный обмен воздуха происходит в результате действия гравитационного и ветрового давления. Воздухообмен под влиянием этих природных сил рассчитать и спрогнозировать сложно. Объем воздуха, проникающего через стены, обычно небольшой, до 10 дм3/ч через 1 м2 поверхности. Воздух передвигается порами и капиллярами медленно, его температура в этих сечениях ограждения практически равна температуре твердого материала. Это движение воздуха можно уменьшить, герметизировав строительные конструкции, а также частично регулировать при помощи дроссированных каналов вентиляции, открытия окон, фрамуг и вентиляционных фонарей.

Качественные и количественные параметры воздушной среды определяются следующими показателями.

Чистота воздуха. В воздухе закрытых помещений могут содержаться загрязнения бактериальной и химической природы. Они являются следствием физиологических обменных процессов человека, бытовых действий (приготовления пищи и сжигания газа в бытовых приборах). В воздух помещений может поступать также комплекс продуктов деструкции полимерных отделочных материалов и др. Наконец, газовый состав воздуха закрытых помещений определяется газовым составом приточного атмосферного воздуха и химическими веществами-загрязнителями, выделяемыми внутри помещений.

Основная причина загрязнения воздуха помещений жилых и общественных зданий — накопление таких газообразных продуктов жизнедеятельности человека (антропоксины), как углерода диоксид, аммиак, аммонийные соединения, сероводород, летучие жирные кислоты, индол и др.

Еще М. Петтенкофер обнаружил известный параллелизм между накоплением углекислого газа и других примесей в воздухе помещений. Он предложил судить о мере загрязнения воздуха по величине содержания в нем углерода диоксида. Однако точка зрения М. Петтекофера вызвала сомнение у Рубнера. В настоящее время установлено, что содержание углерода диоксида в воздухе помещений до 0,7% и даже 1% само по себе не способно неблагоприятно влиять на организм человека и что его накопление не всегда происходит параллельно с накоплением вредных веществ и запахов.

Вместе с тем незначительные концентрации углерода диоксида не всегда свидетельствуют о чистоте воздуха в помещении. Концентрация углерода диоксида может оставаться низкой при существенном загрязнении воздуха пылью, бактериями и вредными химическими веществами. Особенно в том случае, если при строительстве используют синтетические материалы, концентрация которых не всегда возрастает одновременно с увеличением содержания углерода диоксида.

Следовательно, для оценки воздушной среды и эффективности вентиляции закрытых помещений знать содержания только углерода диоксида недостаточно. На данном этапе этот показатель не способен служить эталоном качества воздушной среды закрытых помещений.

Другим критерием, характеризующим качество воздушной среды, является содержание в воздухе аммиака и аммонийных соединений. В результате детального изучения вредного влияния измененного воздуха помещений на организм человека установлена высокая активность аммиака и аммонийных соединений, поступающих с поверхности кожи человека. При вдыхании аммонийных соединений, содержащихся в воздухе помещений, в течение нескольких часов у большинства людей появлялись головная боль, ощущение усталости, резко снижалась работоспособность. У некоторых даже отмечалось болезненное состояние, подобное отравлению. При этом физические свойства воздуха оставались в пределах гигиенических нормативов.

Аммиак и его соединения в концентрациях, наблюдаемых в жилых помещениях, влияют также на слизистые оболочки дыхательных путей. Однако определение содержания аммиака не приобрело существенного значения при гигиенической оценке качества воздуха. Этот показатель лишь относительно свидетельствует о наличии газообразных продуктов, загрязняющих воздух помещений.

Для определения уровня загрязнения воздуха был предложен интегральный показатель — окисляемость. Изучение уровня загрязнения воздуха органическими веществами показало, что по величине окисляемости можно судить о его чистоте. Органические вещества воздуха также задерживаются в дыхательных путях человека и всасываются. Для оценки загрязнения воздуха органическими веществами рекомендованы ориентировочные нормативы его окисляемости. Так, чистым считается воздух, имеющих окисляемость до 6 мг кислорода в 1 м3, а загрязненным — от 10 до 20 мг кислорода в 1 м3.

Окисляемость является относительным показателем, так как в присутствии полимеров она также может изменяться. В то же время из-за широкого применения в строительстве полимерных покрытий (конструктивные, отделочные материалы) и их способности выделять в окружающую среду химические вещества, необходимо учитывать и этот фактор воздушной среды. Продукты выделения полимеров в большинстве случаев токсичны для человека.

Для ряда веществ, входящих в состав полимерных отделочных материалов и имеющих токсические свойства, разработаны ПДК. Этим регламентировано применение полимерных отделочных материалов в строительстве жилых и общественных зданий.

Воздушный куб. Во время вдыхания организм человека в течение 1 ч усваивает почти 0,057 м3 кислорода, а во время выдоха выделяет 0,014 м3 углерода диоксида. Если человек будет находиться в закрытом помещении, то естественно, что содержание кислорода уменьшается, а концентрация углерода диоксида возрастает. Но это положение справедливо лишь для герметически закрытых помещений. В обычных жилых и общественных зданиях за счет инфильтрации наружного воздуха через неплотно подогнанные окна и ограждения всегда происходит полуторакратный обмен воздуха. Однако, невзирая на обмен воздуха, человеку обычно бывает душно в закрытых помещениях. Жалобы на духоту, недостаток кислорода высказывают во время пребывания как в помещениях с естественным обменом воздуха, так и в домах, оборудованных разными системами вентиляции, включая, кондиционирование. Хотя содержание кислорода в закрытых помещениях отвечает естественному, воздух в них воспринимается человеком как несвежий. Возникает вопрос о причинах этого явления. Разве в закрытых помещениях недостаточно количество приточного свежего воздуха? Сколько вообще нужно человеку воздуха? Рекомендуемая величина объема свежего воздуха, которую следует подавать в помещения, определена на основании количества углерода диоксида, выделяемого в процессы дыхания человека за единицу времени. Эта начальная величина, входящая в расчеты объема вентиляционного воздуха, зависит от многих переменных составляющих: температуры воздуха помещений, возраста человека, его деятельности. При температуре воздуха в помещении 20 °С взрослый человек выделяет в среднем 21,6л углерода диоксида за 1 ч, находясь в состоянии относительного покоя. Необходимый объем вентиляционного воздуха для одного человека при этом будет составлять (при ПДК 0,1% по объему и содержанию углекислого газа в атмосферном воздухе 0,04%) 36 м3/ч. Если изменить любую из начальных величин, а именно, принять ПДК содержания углерода диоксида в воздухе жилых помещений за 0,07% (по М. Петтенкоферу), тогда необходимый объем вентиляции возрастет до 72 м3/ч.

В современных городах, где основными источниками С02 являются продукты сжигания топлива, норма, предложенная М. Петтенкофером (0,07%) еще в XIX в., теряет значение, так как повышение концентрации его при этих условиях лишь свидетельствуют о недостаточной вентиляции помещения. Тем не менее, содержание углерода диоксида как критерий качества воздуха сохраняет свое значение и его используют при расчетах необходимого объема вентиляции.

Отсутствие четко установленных и общепринятых нормативов допустимого содержания в воздухе различных помещений пыли и микроорганизмов не дает возможности широко применять эти показатели для нормирования воздухообмена.

Величины рекомендованного объема вентиляции очень вариабельны, так как на порядок отличаются между собой. Гигиенистами установлена оптимальная цифра — 200 м3/ч, соответствующая строительным нормам и правилам, — не менее 20 м3/ч для общественных помещений, в которых человек находится беспрерывно не дольше 3 ч.

Ионизация воздуха. Для обеспечения воздушного комфорта в закрытом помещении имеет значение также электрическое состояние воздушной среды. Последнее зависит от ионного режима, так как положительно и отрицательно заряженные ионы в воздухе являются фактором, обусловливающим определенные изменения в организме.

Доказано, что при условии соответствующего подбора доз и полярности вдыхаемого ионизированного воздуха увеличивается стойкость организма к гипоксии, холоду, влиянию токсических веществ, физической нагрузке. В процессе ионизации воздуха, кроме аэроионов, генерируются также озон и азота оксиды. Поэтому следует обращать внимание не только на изолированное действие аэроионов, но и на биологический эффект, возникающий во время ионизации воздуха в результате комплексного действия аэроионов, озона, азота оксидов и электрического поля.

Ионизация воздуха изменяется интенсивнее при увеличении количества людей в помещении и уменьшении его кубатуры. При этом снижается содержание легких аэроионов вследствие поглощения их в процессе дыхания, адсорбции поверхностями и пр., а также превращения части легких ионов в тяжелые, как это происходит из-за оседания на материальных частицах — "ядрах конденсации", количество которых резко возрастает в выдыхаемом воздухе и при поднятии в воздух пылевых частиц. С уменьшением количества легких ионов связывают потерю освежающей способности воздуха, снижение физиологической и химической активности. Поэтому представляет интерес изучение процессов деионизации и искусственной ионизации воздуха в помещениях, биологического действия деионизированного и искусственно ионизированного воздуха. Это особенно важно в условиях широкого применения установок для кондиционирования воздуха, когда ионный режим воздуха претерпевает изменения при прохождении через систему калориферов, фильтров, воздуховодов и других агрегатов. Нет оснований сомневаться в том, что ионизированный воздух биологически активен. Целесообразно применять как отрицательные, так и положительные аэроионы. Также важным является вопрос о роли химического происхождения аэроионов в осуществлении биологического эффекта. Поэтому простое количественное воссоздание аэроионного режима в помещениях с обычным режимом для свободной атмосферы не может считаться оптимальным.

Необходимо подчеркнуть, что искусственная ионизация воздуха в условиях замкнутых помещений без достаточной подачи воздуха при высокой влажности, запылении и скоплении людей приводит к неминуемому возрастанию количества тяжелых ионов за счет ионизации молекул продуктов метаболизма человека. Кроме того, при ионизации запыленного воздуха количество пыли, которое задерживается в дыхательных путях, резко возрастает. Пыль, несущая в себе электрические заряды, задерживается в значительно большем количестве, чем нейтральная. Попав в легкие, она теряет заряд, вследствие чего пылевые конгломераты распадаются, образуя большие поверхности. Это может привести к активизации физико-химических эффектов пыли и усилению ее биологической активности.

Таким образом, ионизация воздуха не является универсальным средством для оздоровления воздуха закрытых помещений, а иногда, наоборот, способна оказывать отрицательное действие.

Ионизованность воздуха жилых помещений следует оценивать по таким критериям. Концентрация легких (с электрической подвижностью 0,5 см2 • В"' • с"1 и более), как отрицательных, так и положительных ионов в воздухе жилого помещения должна быть не ниже 200 ионов/см3 и не выше 50 000 ионов/см3. Оптимальными уровнями ионизованности воздуха предложено считать концентрации легких ионов обоих знаков в пределах 1000—3000 ионов/см3, если показатель полярности составляет от минус 0,11 до плюс 0,11.

Следует заметить, что концентрация в воздухе закрытых помещений легких аэроионов свыше 1000 ионов/см3 свидетельствует о сверхнормативном загрязнении воздуха радоном и продуктами его распада.

Ю. Д. Губернский (1978) доказал, что человек считает воздух чистым и свежим лишь в том случае, если он содержит так называемый ионно-оздорови-тельный комплекс.

Отрицательные изменения в состоянии здоровья людей, вынужденных работать в гермозонах, где в процессе очистки воздуха от пыли теряются и легкие аэроионы, зависят в значительной мере от деионизации воздуха. Методы обработки воздуха в кондиционерах также приводят к потере легких аэроионов, которые необходимы организму для нормального функционирования. Аналогичные процессы происходят в зоне дыхания оператора видеомонитора. Электростатическое поле уничтожает легкие аэроионы. При загрязнении воздуха аэрозолями, в том числе табачным дымом, полезные аэроионы преобразуются в тяжелые, причисляемые большинством специалистов к отрицательным факторам окружающей среды.

Для коррекции ионизованности воздуха разработаны и предложены аэроионизаторы различного типа: радиоактивные, термические, баллоэлектричес-кие, ультрафиолетовые и аэроионные. Для жилых помещений радиоактивные и ультрафиолетовые ионизаторы применять не рекомендуется. Коронные аэроионизаторы по гигиеническим и экономическим соображениям являются наиболее целесообразными приспособлениями для искусственной оптимизации ионизованности воздуха помещений. Работа коронного ионизатора не должна сопровождаться в эргономически обусловленном пространстве физическим и химическим загрязнением воздуха в концентрациях, превышающих гигиенические нормативы для населенных мест. К обязательным критериям гигиенической оценки коронных ионизаторов относятся: концентрация легких аэроионов; уровни статического электрического поля, электрического и магнитного поля (50 Гц), электромагнитного поля радиочастотного диапазона; содержание озона и азота оксидов на эргономически обусловленном расстоянии.