Физические свойства воздуха

Физические свойства воздуха включают температуру, влажность, подвижность воздуха, атмосферное давление, электрическое состояние, солнечную радиацию. Каждый из этих факторов имеет самостоятельное значение, однако на организм они оказывают комплексное влияние.

При характеристике гигиенических показателей воздуха особое значение придают комплексу физических факторов, определяемых как климат. К ним относят температуру, относительную влажность и подвижность воздуха. Они играют решающую роль в регуляции теплообмена человека

При гигиенической оценке воздуха закрытых помещений физические факторы, характеризующие климат, объединяют понятием микроклимат помещений.

Температура воздуха является постоянно действующим фактором, определяющим тепловое состояние внешней среды и организма человека, т. е. теплообмен.

Теплообмен человека состоит из двух процессов: теплопродукции и теплоотдачи.

Теплопродукция происходит за счет окисления пищевых веществ и освобождения тепла при мышечных сокращениях, а также от лучистого тепла солнца и нагретых предметов, теплого воздуха и горячей пищи.

Теплоотдача осуществляется проведением, или конвекцией (за счет разницы температур тела и воздуха), излучением, или радиацией (за счет разницы температур тела и предметов), и испарением (с поверхности кожи, через легкие и дыхательные пути). В состоянии покоя и теплового комфорта теплопотери конвекцией составляют 15,3 %, излучением - 55,6 %, испарением - 29,1 %.

Человек обладает способностью регулировать интенсивность теплопродукции и теплоотдачи, благодаря чему температура его тела остается, как правило, постоянной. Однако при значительных изменениях метеорологических факторов среды состояние теплового равновесия может нарушаться и вызвать в организме патологические сдвиги.

Наиболее выражено влияние неблагоприятной температуры в производственных условиях, где возможны очень высокие и очень низкие температуры воздуха (горячие и холодные цеха). В этих условиях микроклимат является профессиональной вредностью.

Влияние высокой температуры. При действии на организм температуры выше 35 oС нарушается отдача тепла конвекцией и компенсаторные реакции организма приводят к снижению теплопродукции и освобождению от излишнего тепла преимущественно потоиспарением. На величину потери тепла с потом существенно влияют влажность и подвижность воздуха. При температуре выше 35 oС и умеренной влажности потери пота достигают 5-8 л/сут, а в исключительных случаях - до 10 л/сут. Вместе с потом из организма выделяются соли (особенно хлориды) и водорастворимые витамины. Потеря солей приводит к повышению вязкости крови, затруднению работы сердца, угнетению желудочной секреции и снижению бактерицидных свойств желудочного сока. Со стороны центральной нервной системы отмечается ослабление внимания, нарушение точности и координации движений, замедление реакций, что способствует снижению качества работы и повышению травматизма. Снижается иммунобиологическая реактивность и повышается общая заболеваемость.

Резкое перегревание организма, особенно при тяжелой физической работе и высокой влажности, приводит к тепловому удару, проявляющемуся в виде слабости, головокружения, шума в ушах, сердцебиения, мышечных болей, сухости во рту, а в тяжелых случаях - к повышению температуры, нервно-психическому возбуждению и потери сознания. Следует отметить, что присутствие нагретых поверхностей усиливает состояние перегрева организма за счет особенностей биологического действия радиационного тепла. В соответствии с законами теплоизлучения (Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина) тепловое излучение нагретого предмета происходит более интенсивно, чем повышение его температуры, а спектральный состав излучения по мере нагревания предмета сдвигается в сторону более коротких волн и, следовательно, обусловливает более глубокое проникающее действие тепла на организм.

В производственных цехах пищевых предприятий важнейшей гигиенической задачей является профилактика перегрева организма. С этой целью предусматриваются удаление избыточного тепла с помощью общей и местной вентиляции, применение совершенных конструкций теплового оборудования, использование рациональной спецодежды.

Влияние низкой температуры. При очень низких температурах воздуха значительно возрастают теплопотери путем радиации и конвекции, снижаются теплопотери путем испарения. В этом случае общие теплопотери превышают теплопродукцию, что приводит к дефициту тепла и охлаждению организма.

Общее охлаждение. Низкие температуры воздуха, особенно в сочетании с высокой влажностью и подвижностью, могут привести к переохлаждению организма, характеризующемуся понижением температуры кожи, потерей болевой чувствительности, ведущей к ослаблению мышечной деятельности, резкому снижению реакции на болевые раздражения, адинамии (мышечной слабости) и сонливости.

Местное охлаждение, особенно ног, способствует развитию простудных заболеваний, что связано с рефлекторным снижением температуры слизистой оболочки носоглотки. Это явление учитывается при гигиеническом регламентировании перепадов температур воздуха в закрытых помещениях по вертикали, которые не должны превышать 2 оС на 1 м высоты.

Местное охлаждение рук при длительной разгрузке мороженого мяса, рыбы, при мытье овощей холодной водой и пр. приводит к нарушению кровообращения, что также является простудным фактором. При охлаждении понижается сопротивляемость организма к инфекционным заболеваниям.

В связи с этим на пищевых предприятиях необходимо соблюдать гигиенические мероприятия, предупреждающие переохлаждение организма: проектирование утепленных тамбуров, устройство тепловых завес, устройство эффективной вентиляции, исключающей холодные потоки воздуха (сквозняки), соблюдение температурного режима при мытье посуды, оборудования и др.

Влажность воздуха - содержание в воздухе водяных паров. В комплексе с температурой и подвижностью воздуха определяет теплообмен организма.

Абсолютная влажность воздуха - содержание водяного пара (г) в 1 м3 воздуха. При одинаковой абсолютной влажности насыщение воздуха будет различным при разной температуре. Чем ниже температура, тем меньше водяных паров необходимо для максимального насыщения и, наоборот.

В гигиенической практике, как правило, учитывают относительную влажность воздуха и дефицит насыщения.

Относительная влажность воздуха - степень насыщения воздуха водяными парами в момент наблюдения (%). Определяется отношением абсолютной влажности к влажности, насыщающей воздух при данной температуре.

Дефицит насыщения - разность между максимальной и абсолютной влажностью.

Чем больше дефицит влажности, тем суше воздух, тем больше он может воспринимать водяных паров и тем больше отдача тепла путем потоотделения. Высокие температуры легче переносятся при сухом воздухе, а при большой относительной влажности (более 90 %) испарение пота прекращается, и может наступить перегревание организма, в то время, как при умеренной относительной влажности (до 70 %) потоиспарение усиливается и перегревание не наступает. При низких температурах сухой воздух снижает теплопотери ввиду плохой теплопроводности. Чрезмерно сухой воздух (с относительной влажностью менее 20 %) высушивает слизистую оболочку верхних дыхательных путей, вызывает трещины, инфицирование и воспаление.

Подвижность воздуха характеризуется скоростью движения. Скорость движения воздуха - число метров, проходимых воздухом в секунду. Подвижность воздуха оказывает влияние на теплопотери путем конвекции и потоиспарения. Умеренная подвижность воздуха при высокой температуре способствует охлаждению кожи, высокая подвижность воздуха при низкой температуре - вызывает переохлаждение. Мороз в тихую погоду переносится легче, чем при сильном ветре. Умеренный ветер оказывает бодрящее действие (5-7 м/сек).

Подвижность воздуха способствует вентиляции зданий, помещений, приводит к самоочищению воздуха от загрязнений. Наиболее благоприятная скорость движения атмосферного воздуха - 1-5 м/сек, в помещениях - 0,1-0,3 м/сек.

Атмосферное (барометрическое) давление - давление воздуха на поверхность земли. С увеличением высоты плотность и давление воздуха уменьшаются. Если на уровне моря 1 м3 воздуха весит 1293 г, то на высоте 20 км - 64 г, т. е. при одинаковом процентном содержании кислорода его весовая концентрация на высоте 20 км примерно в 20 раз меньше, чем на уровне моря.

Колебания атмосферного давления у поверхности земли связаны с погодными условиями и не превышают 4-10 мм рт. ст. Существенные понижения и повышения атмосферного давления вызывают неблагоприятные сдвиги в организме человека.

Пониженное атмосферное давление вызывает снижение парциального давления во вдыхаемом воздухе, что приводит к гипоксии (кислородному голоданию). К гипоксии наиболее чувствительны клетки коры головного мозга, т. к. они потребляют в 30 раз больше кислорода, чем другие клетки. При этом у человека отмечается тяжесть в голове, головная боль, нарушение координации движений, сонливость, психическое возбуждение (эйфория), сменяющееся апатией, депрессией и др.

Повышенное атмосферное давление характеризуется насыщением крови и тканей газами воздуха, что приводит к учащению пульса и частоты дыхания, уменьшению максимального и увеличению минимального артериального давления, понижению кожной чувствительности и слуха, сухости слизистых оболочек, усилению перистальтики кишечника и пр. В медицинской практике используются специальные барокамеры с повышенным барометрическим давлением, способствующее быстрому насыщению тканей больного кислородом, что дает лечебный эффект при некоторых заболеваниях.

Ионизация воздуха - распад газовых молекул и атомов под действием ионизаторов (радиоактивное излучение, ультрафиолетовое и световое излучение солнца, космические лучи, нагревательные поверхности, распыление воды и др.). Источником образования ионов могут служить растения (фотоэффект Столетова-Гальвакса).

При ионизации от нейтрального атома отделяется электрон, который присоединяется к другому нейтральному атому, образуя отрицательный ион. Оставшаяся часть становиться положительно заряженным ионом. К вновь образованным ионам присоединяются газовые молекулы, создавая более стойкие ионы с положительным или отрицательным зарядом, называемые легкими ионами (они существуют 1-2 мин и быстро рекомбинируются).

Легкие ионы могут присоединять к себе частицы пыли, различных загрязнений и микроорганизмов и превращаться в средние, тяжелые и сверхтяжелые ионы, прочно удерживающие заряд. Наряду с процессом образования ионов происходят процессы их уничтожения в результате соединения ионов противоположного заряда. В атмосфере постоянно происходят процессы ионообразования и ионоуничтожения, и устанавливается определенное ионизационное равновесие.

Чистый воздух содержит больше легких ионов, загрязненный - больше тяжелых ионов. Так, количество легких ионов на берегах горных рек и водопадов достигает 40 тысяч в 1 см3 воздуха, в сельской местности - 2-3 тысячи/см3, в промышленных городах их число снижается до 40 в 1 см3.

Количество легких ионов уменьшается в закрытых помещениях при большом скоплении людей, в торговых залах, в горячих цехах, при ухудшении микроклиматических условий, плохой вентиляции, нарушении санитарных режимов уборки помещений и др.

Установлено, что легкие ионы оказывают положительное действие на организм и являются показателями санитарного благополучия воздуха. Легкие ионы придают освежающие свойства воздуху, стимулируют обменные процессы, повышают тонус, работоспособность и иммунитет, снижают утомление. Они обладают лечебными свойствами - аэроионотерапию (степень ионизации свыше 100 тысяч ионов в 1 см3) используют для лечения гипертонической болезни, бронхиальной астмы и др. заболеваний.

Тяжелые ионы оказывают отрицательное действие - они приводят к потере освежающих свойств воздуха, угнетающе действуют на человека, вызывая сонливость, депрессию, снижение работоспособности и иммунитета.

Ионизационный режим воздуха определяется следующими показателями:

Коэффициент загрязнения (N/n) - отношение числа тяжелых ионов к числу легких ионов. Для чистого горного воздуха он равен 10, для закрытых помещений - должен быть не более 50.

Коэффициент униполярности (n+/n-) - отношение количества положительных ионов к числу отрицательных ионов.

Данные показатели учитываются при оценке размещения людей в помещениях и расчете эффективной вентиляции.

Электрическое поле. В виду того, что атмосфера заряжена положительно, а земля - отрицательно, положительные ионы движутся к земной коре, отрицательные отталкиваются от нее. Напряженность электрического поля атмосферы измеряется потенциалом в вольтах на 1 м высоты, у поверхности земли она составляет 130 В/м. Разность напряжения между головой и ногами стоящего человека - около 250 В. Напряженность электрического поля различна по сезонам года. В средних широтах летом она меньше - 100 В/м, а зимой больше - 260 В/м. При повышении атмосферного давления, при дожде, туманах электрическое поле атмосферы увеличивается в 2-5 раз, а при грозе - достигает огромных величин. Биологическое действие электрического поля изучено недостаточно, но известно, что при резком изменении погоды оно вызывает отрицательные сдвиги в организме у метеочувствительных людей.

Радиоактивность воздуха. Характеризуется присутствием радиоактивных веществ и газов естественного и искусственного происхождения.

Естественный радиоактивный фон создается за счет космического излучения и излучений от естественных радиоактивных веществ, находящихся в почве, воде и атмосфере. Радиоактивные газы (радон, актинон, торон) являются продуктами распада естественных радиоактивных элементов (радия, актиния и тория), содержащихся в земной коре. Наибольшая радиоактивность воздуха отмечается у поверхности земли. При повышении барометрического давления и влажности воздуха выход газов из почвы уменьшается, а с повышением температуры - увеличивается. Зимой радиоактивность атмосферы меньше, чем летом.

Искусственный радиоактивный фон - результат загрязнения среды при ядерных взрывах, в практическом и научном использовании радиоактивных веществ, при авариях на атомных станциях. При этом образуется большое количество радиоактивных веществ с различным периодом полураспада. Короткоживущие радионуклиды с периодом полураспада до нескольких дней менее опасны как загрязнители окружающей среды. Наибольшую опасность представляют долгоживущие радионуклиды - стронций-90 и цезий-137, период полураспада которых соответственно 29 лет и 33 года.

Из атмосферного воздуха радиоактивные вещества выпадают в почву и мигрируют в воду, растения, организмы животных, где они способны накапливаться. Следовательно, радиоактивные вещества попадают к человеку в основном через пищевые цепи.

Солнечная радиация - это поток электромагнитных излучений с различной длиной волны. Солнечная радиация влияет на все физиологические процессы в организме человека. Влияние солнечной радиации на организм зависит от спектрального состава, включающего видимую, инфракрасную и ультрафиолетовую радиацию.

Видимая радиация (диапазон от 400 до 760 мкм) составляет 40 % солнечного спектра у поверхности земли. Она обеспечивает функцию зрения, воздействует на центральную нервную систему, а через нее на все органы и системы, повышает обмен веществ, фотохимические процессы, активность коры головного мозга, общий тонус и работоспособность. В связи с этим создание достаточной естественной освещенности имеет большое гигиеническое значение. При низкой освещенности наступает зрительное утомление и уменьшается работоспособность. Так, при работе в течение 3 час при освещенности 30-50 лк устойчивость ясного видения снижается на 37 %, а при 100-200 лк только на 10-15 %.

Инфракрасная радиация - коротковолновая с диапазоном 760-144 мкм и длинноволновая с диапазоном 1500-25000 мкм, составляет 59 % солнечного спектра. Инфракрасное излучение оказывает на организм тепловое воздействие, поглощаемое кожей. Коротковолновая инфракрасная радиация глубоко проникает в ткани, но без субъективного ощущения тепла и жжения кожи, длинноволновая - поглощается поверхностными слоями кожи, раздражает терморецепторы и вызывает покраснение и жжение кожи.

Наиболее выражено неблагоприятное действие инфракрасной радиации в производственных условиях у рабочих горячих цехов, где мощность излучения во много раз превышает естественную. Длительное воздействие этих лучей вызывает изменение глаз, т. к. коротковолновая инфракрасная радиация проникает до хрусталика.

Ультрафиолетовая радиация (диапазон 290-400 мкм) составляет 1 % солнечного спектра, обладает общебиологическим и специфическим действием.

Общебиологическое действие - ультрафиолетовые лучи, попадая на кожу, оказывают общеоздоровительное и тонизирующее действие, вызывают положительные сдвиги в клеточных и тканевых белках, рефлекторно влияют на весь организм, под их действием образуются биологически активные вещества, стимулирующие многие функции организма, активизируются ферменты и все виды обмена веществ, повышается деятельность щитовидной железы и других эндокринных желез, улучшается иммунитет.

Специфическое действие ультрафиолетовых лучей свойственно определенному диапазону:

· диапазон волн от 400 до 320 мкм оказывает эритемно-загарное действие (покраснение кожи, переходящее в загар);

· диапазон от 320 до 275 мкм оказывает антирахитическое действие, характеризующееся фотохимическим участием этих волн в синтезе витамина Д в коже, нормализации фосфорно-кальциевого обмена, стимуляции окислительно-восстановительных реакций и иммунитета;

· диапазон от 275 до 180 мкм оказывает бактерицидное действие. Под влиянием этих волн осуществляется санация воздуха, воды и почвы. С помощью специальных бактерицидных ламп обеззараживаются помещения, питьевая вода, пищевые продукты (молоко, безалкогольные напитки и др.).

Однако действие ультрафиолетовых лучей на организм не всегда благоприятно. Интенсивное солнечное облучение может приводить к ухудшению здоровья - поражению кожи, глаз, провоцировать развитие опухолей.

Солнечная освещенность (инсоляция) помещений зависит от ориентации по странам света: ориентация на юг способствует более длительному освещению помещений, чем на север; при восточной ориентации солнечные лучи проникают в помещение в утренние часы, а при западной - во второй половине дня. При южной ориентации солнечная радиация внутри помещения составляет 25 % от наружной, при других ориентациях - уменьшается на 16 %.

Ультрафиолетовое облучение на подоконнике (при открытом окне) составляет 50 % наружного облучения, в глубине помещения на расстоянии 1 м от окна оно уменьшается до 25 %, а на расстоянии 2 м - составляет всего 2-3 %.

Интенсивность солнечного освещения уменьшается при плотной застройке, затемнении соседними зданиями и зелеными насаждениями, расположении помещений на нижних этажах, двойное и тройное остекление окон и т. д. Естественное освещение помещений возможно не только от прямого солнечного облучения, но и от рассеянного и отраженного света.

Магнитное поле. Резкое изменение магнитного поля приводит к магнитному возмущению и магнитным бурям. Это влияет на состояние центральной нервной системы, психику и т. д., особенно у людей, страдающих хроническими заболеваниями, с ослабленным иммунитетом и подверженных влиянию климата и изменению погоды.

На основании изучения физических показателей воздуха разработаны гигиенические нормативы микроклимата производственных помещений.

Гигиеническими показателями, характеризующими микроклимат производственных помещений, являются: температура воздуха; температура поверхностей, (стен, потолков, пола, экранов, технологического оборудования и др.); относительная влажность воздуха; скорость движения воздуха; интенсивность теплового оборудования.

Формирование микроклимата зависит от климатических условий данной местности, вида технологического процесса, планировки и размещения помещений, свойств строительных материалов, вентиляции и отопления.

Гигиенические нормативы микроклимата регламентируется СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений». Они предназначены для предотвращения неблагоприятного действия микроклимата рабочих мест и производственных помещений на самочувствие, функциональное состояние, работоспособность и здоровье человека. Эти санитарные правила распространяются на микроклимат всех видов производственных помещений и являются обязательными для всех предприятий и организаций.

Санитарные правила устанавливают гигиенические требования к данным показателям с учетом интенсивности энергозатрат работающих, времени выполнения работы, периодов года и содержат методы измерения и контроля микроклиматических условий.

Разграничение работ по категориям проводится на основе интенсивности общих энергозатрат организма в ккал/ч (Вт). Характеристика отдельных категорий работ (Iа, Iб, IIа, IIб, III) представлена в приложении 1.

Оптимальные показатели микроклимата - это показатели, обеспечивающие оптимальный тепловой комфорт без напряжения механизмов терморегуляции в течение 8-часовой рабочей смены, высокую работоспособность и не вызывающие отклонений в состоянии здоровья. Они устанавливаются применительно к выполнению работ различных категорий в холодный и теплый периоды года.

Холодный период года - период года, когда среднесуточная температура наружного воздуха равна +10 оС и ниже, теплый период года - выше +10 оС.

Оптимальные параметры микроклимата на рабочих местах должны соответствовать величинам (приведены в приложении 2). Перепады температуры воздуха по высоте и горизонтали не должны превышать +2 оС и выходить за пределы указанных величин.