Нормирование микроклимата жилых и общественных зданий

«Норма» должна обеспечивать оптимальное тепловое состояние организма, которое характеризуется благоприятным течением всех жизненных функций при незначительном напряжении функциональных систем. В то же время гигиеническое нормирование не может быть ограничено установлением «оптимальных», «нормальных» параметров отдельных факторов. Одновременно должны быть определены «допустимые» границы их колебаний. Это положение правомерно в отношении любых элементов внешней среды. Так, значение допустимых пределов колебаний температуры, влажности и подвижности воздуха позволяет грамотно подбирать одежду человека, возможную длительность пребывания его в неблагоприятных условиях помещений и открытой атмосферы, применение специальных санитарно-технических систем в жилых и общественных зданиях.

Методические подходы и критерии, определяющие «оптимальные уровни» и «допустимые пределы колебаний» факторов внешней среды, различны. Однако, не только «оптимальные», но и «допустимые» параметры должны обеспечивать состояние организма, далекое от патологии. Оно определяется в зоне «существенных, но обратимых физиологических изменений». Различие в состоянии организма при воздействии тех или иных параметров («оптимальных» или «допустимых») заключается лишь в способах сохранения температурного гомеостаза, то есть в степени напряжения функциональных систем.

Любая гигиеническая «норма» не может быть абстрактной. Она всегда рассчитана на определенный конкретный коллектив, поэтому возраст людей, вид их деятельности, степень тренированности, уровень адаптации к конкретным условиям среды не могут не учитываться при установлении гигиенических нормативов. Если оптимальные параметры ряда естественных факторов внешней среды (например, температуры, влажности, подвижности воздуха, уровней видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой радиации) не нуждаются в возрастной дифференциации, то допустимые пределы их колебаний тем меньше, ближе к «собственно норме», чем моложе ребенок, так как расширение границ допустимых пределов колебаний естественных факторов внешней среды происходит под влиянием двух взаимообусловленных причин возрастного созревания функциональных систем и тренировки их, расширяющей условнорефлекторные связи организма с внешней средой и увеличивающей тем самым адаптационные, приспособительные возможности организма. На основании изучения реакций теплообмена детей обоснована необходимость снижения (по сравнению с учебными помещениями) нормативных значений температуры воздуха в помещениях, где школьники находятся в состоянии двигательной активности (гимнастические залы, мастерские) и в спальнях.

При гигиенической оценке факторов микроклимата и их влияния на организм необходимо исходить из одновременного учета и сопоставления как инструментальных измерений каждого из метеорологического факторов, так и данных о физиологических терморегуляторных реакциях человека на изменение комплекса метеорологических условий. Микроклимат помещений оценивается по следующим показателям, для каждого из которых установлены оптимальные уровни и допустимые пределы колебаний с учетом их комплексного действия на организм человека:

· температура воздуха;

· подвижность воздуха;

· относительная влажность воздуха;

· радиационный режим помещений, который определяется температурой ограждающих поверхностей.

Критерием для нормирования оптимальных и допустимых параметров микроклимата в жилых и общественных зданиях является тепловое состояние человека, которое оценивается по следующим наиболее информативным физиологическим показателям (см. табл. 1-3).

· температура тела;

· топографии температур кожи на различных участках тела;

· градиенту температур кожи на туловище и конечностях;

· величине влагопотерь испарением;

· теплоощущению.

В качестве дополнительных критериев целесообразно использование:

· динамики изменений теплоотдачи излучением и конвекцией;

· показателей, характеризующих состояние центральной и вегетативной нервной систем;

· исследование лабильности терморегуляторной системы;

· уровня энергозатрат и дефицита тепла (табл. 17).

В целом гигиеническое нормирование тепловых факторов должно обеспечивать:

· комплексность;

· дифференцированность;

· гарантированность.

Последний принцип означает, что нормируемые параметры микроклимата должны гарантировать сохранение здоровья и работоспособности даже человеку с пониженной переносимостью колебаний факторов окружающей среды.

С точки зрения обеспечения теплового комфорта человека важное значение имеет соотношение конвективной, лучистой и кондуктивной составляющих теплообмена при применении различных инженерно-технических отопительных систем. В гигиеническом отношении определяющее значение имеет величина перепадов температуры воздуха по горизонтали и по высоте помещения. Градиент по высоте помещения не должен превышать 2°С. Повышение вертикального перепада более 3°С может привести к охлаждению конечностей и рефлекторным изменениям температуры верхних дыхательных путей. Особенно важно обеспечить этот норматив в северных районах.

Нормативы температуры воздуха помещений удовлетворяют гигиеническим требованиям только в том случае, если температура внутренних поверхностей стен ниже температуры комнатного воздуха не более, чем на 2-3°С. Более низкая температура стен и окружающих предметов даже при нормальной температуре воздуха повышает удельный вес радиационных теплопотерь, что вызывает ощущение дискомфорта.

Для различных климатических районов рекомендованы на зимний период следующие внутренние температуры жилых помещений: для зоны 1А холодного района 21-22°С; для остальной территории холодного района 18-21°С; для умеренного – 18-20°С; для теплого – 18-19°С и жаркого – 17-18°С.

Разница температур в одном уровне по горизонтальному направлению чаще всего не превышает 2-3°С даже в зданиях облегченных конструкций, где обычно наблюдается наиболее неблагоприятный температурный режим. Такие колебания температуры при перемещении человека в комнате не вызывают каких бы то ни было отрицательных реакций организма, так как одетый человек такие температурные различия не ощущает. Несколько иное положение с температурными различиями по вертикальному направлению. В этом случае даже незначительное превышение допускаемого порога может вызывать общее охлаждение организма при резком охлаждении ног.

Таблица 17

Критериальные параметры теплового состояния человека

Показатели теплового состояния	Единица измерения	Значение величины
Температура кожи	Лба	ºС	32,0 – 34,0
Туловища	ºС	31,5 – 34,5
Тыла стопы	ºС	28,0 – 32,0
Перепад температур грудь – спина	ºС	2,0 – 6,6
Температура тела	ºС	36,7
Теплоотдача	Плотность суммарного лучисто-коныективного теплового потока с поверхности	Лба	Вт/м2	81,0 – 105,0
Туловища	Вт/м2	20,0 – 41,0
Кисти	Вт/м2	38,0 – 68,0
стопы	Вт/м2	38,0 – 44,0
Плотность лучистого теплового потока с корпуса	Вт/м2	35,0 – 53,0
Влагопотери	г/м2·ч	13,0 – 25,0
Латентный период рефлекторных реакций	миллисек	600,0 – 800,0
Вариабельность индивидуальных показателей температуры кожи	Разница колебаний, ºС	Температуры кожи, кисти, стопы: 5–8 ºС; кожи лба, туловища: 2–4 ºС
Тепловое ощущение по 7-бальной шкале	%	Комфорт для 75–85% людей, находящихся в помещении
Дефицит тепла	а) комфорт	ккал	До 30,0
б) прохладно	ккал	50,0 ± 20,0
в) холодно	ккал	110,0 ± 40,0
Энергозатраты	а) покой (лежа)	Вт/м2	40,6
б) покой (стоя)	Вт/м2	69,7
в) умственный труд	Вт/м2	93,0

Переохлаждение организма опасно для детей, которые иногда длительно находятся на полу. Возможность влияния таких температурных условий среды на «простудную» заболеваемость детей, безусловно, не исключена. Столь часто встречающиеся у маленьких детей зимой насморки происходят вследствие рефлекторной реакции набухания слизистых оболочек носа при охлаждении ног. При больших температурных перепадах такие же явления возникают и у взрослых.

Для сохранения комфортного теплового состояния организма человека перепад температуры на высоте 1 м от пола в условиях нормальных комнатных температур не должен превышать 2–3 ^оС, а на высоте 1,5 м – 2,5-3,5 ^оС, то есть в среднем 3^оС.

Для человека не безразличны и возможные суточные колебания температуры в жилых комнатах в течение отопительного сезона. Суточные колебания температуры в отопительный период не должны превышать: для жилых помещений с центральным отоплением 2–3^оС, а с печным – 4–6^оС. Аналогичными величинами пользуются при оценке конструкций и систем отопления, так как суточные падения температуры в жилище зависит от теплоустойчивости наружных ограждений и от систем отопления. Последнее относится преимущественно к печному отоплению.

Температура воздуха помещения и колебания ее как во времени, так и в пространстве определяют тепловое состояние организма при каких-то более или менее стандартных потерях тепла излучением. Вместе с тем вполне возможны условия, когда при нормальных внутренних температурах люди будут ощущать зябкость за счет повышения потери тепла излучением на резко охлажденные ограждения. Наружные ограждения рассчитываются таким образом, чтобы была исключена возможность образования конденсации влаги на внутренней поверхности ограждения. Для этого температура внутренней поверхности ограждения при температуре воздуха помещения около 18^оС не должна опускаться ниже 12^оС. Таким пределом в 6^оС и является технически максимально допустимая разница температуры между воздухом помещений и внутренней поверхностью ограждений при крайних расчетных условиях наружной температуры (для Москвы, например, –30^оС). Фактически для хорошо выдержанной среды эта разница (перепад) обычно не превышает 5^оС. Ощущение зябкости появляется при перепаде (воздух помещения – внутренняя поверхность ограждения) в 5^оС на расстоянии меньше 0,25 м от стены, а при перепаде около 6^оС на расстоянии меньше 0,5 м от источника охлаждения – стены. При самых неблагоприятных условиях погоды, определяющих температурный перепад в 6^оС, удаление от наружной стены на расстояние 0,75 – 1 м снимает ощущение зябкости, так как величина отрицательной радиации в этих условиях оказывается меньше 0,00125 кал/см² сек. Максимально допустимым является перепад в 5^оС при условии отдаления человека от охлажденной поверхности на 0,25 – 0,5 м.

Подходы к оценке ассиметричных тепловых радиационных воздействий различны, но ни одна из предлагаемых величин не может считаться универсальной и приемлемой как при проектировании, так и при оценке эксплуатируемых зданий. Оптимальным представляется показатель интенсивности инфракрасной радиации. Причем наряду с показателями оптимальных параметров поля лучистой энергии нормируются и максимально и минимально допустимые значения облученности для различных частей тела, значение которых зависят от температуры воздуха в помещении.

Важным микроклиматическим показателем является и подвижность воздуха. Движущийся воздух оказывает на организм человека двоякое действие: чисто физическое и физиологическое (рефлекторное). Легкое движение воздуха не только сдувает обволакивающий человека насыщенный водяными парами и перегретый слой воздуха, но и является тактильным стимулятором сложнорефлекторных процессов терморегуляции. В то же время чрезмерная подвижность воздуха в условиях жилых и общественных зданий, особенно в условиях охлаждения, вызывает увеличение теплопотерь конвекцией и испарением и способствует более раннему охлаждению организма. Рекомендации в отношении минимально необходимой, максимально допустимой и оптимальной подвижности воздуха в помещении в холодный период года разработаны в зависимости от температуры воздуха в помещении и колеблются в интервале 0,1 – 0,25 м/с.

Важное значение в теплообмене человека с окружающей средой имеет и влажность воздуха в помещении. Допустимой является относительная влажность 30-60%. Разработан график, согласно которому комфортное состояние человека сохраняется тогда, когда при повышении температуры воздуха от 18 до 24% относительная влажность снижается с 75 до 35%. Превышение указанных параметров влажности воздуха в зимних условиях крайне незначительно, так как влажный воздух обладает большой теплопроводностью и теплоемкостью, что увеличивает теплопотери излучением и конвекцией. Для создания оптимально комфортных условий в отапливаемых помещениях желательно поддерживать относительную влажность воздуха на уровне 30-45%. Пи влажности ниже 25% начинает пересыхать слизистая оболочка дыхательных путей, кроме того, возникает опасность появления статического заряда электричества на поверхностях. Поддержание оптимально уровня относительной влажности воздуха не менее важно, чем создание комфортной температуры, поскольку как при чрезмерной сухости воздуха, так и при повышенной влажности у людей появляется склонность к заболеваниям дыхательных путей.

Проблема нормирования микроклимата помещений летом наиболее актуальна для районов с жарким климатом. Оптимальные параметры температуры воздуха в условиях жаркого сухого климата колеблются в пределах от 21 до 28°С при относительной влажности 25-60% и подвижности 0,1 – 0,25 м/с. Температура воздуха в помещениях, рекомендуемая для жаркого климатического пояса с повышенной влажностью, находится в пределах 23-26,5°С при подвижности воздуха от 0,15 до 0,5 м/с. При высокой температуре среды и влажности понижается физиологический дефицит насыщения, уменьшается возможность теплоотдачи испарением и перегревание организма наступает при более низкой температуре воздуха, поэтому повышение температуры воздуха требует соответствующего снижения его влажности.

Для того, чтобы 85% людей всегда ощущали комфорт, рекомендуются следующие взаимозависимые сочетания температуры воздуха и его влажности: 24,5°С – 65-85%; 25°С – 44-55% и 28°С – 25-35%. Чем выше относительная влажность воздуха, тем ниже должна быть его оптимальная температура.

Составляющие, от которых зависит тепловой комфорт, действуют на человека взаимосвязано и зависят друг от друга, что обуславливает, в свою очередь, необходимость комплексного нормирования параметров микроклимата. Гигиенические требования к оптимальным и допустимым параметрам микроклимата жилых и общественных зданий представлены в табл. 18 и 19.

Таблица 18

Величины температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в жилых, общественных и административных помещениях, рекомендуемые в качестве оптимальных

Период года	Температура, °С	Относительная влажность, %	Скорость движения воздуха, м/с, не более
Холодный и переходные периоды года	20 – 23	40 – 60	0,1
Теплый период года	22 – 24	40 – 60	0,1

Таблица 19

Величины температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха и теплового облучения в жилых, общественных и административных помещениях, рекомендуемые в качестве допустимых

Период года	Температура, °С	Относительная влажность, %	Скорость движения воздуха, м/с, не более	Интенсивность теплового облучения, Вт/м2, не более
Холодный и переходные периоды года	17 – 25	15 – 75	0,15
Теплый период года	20 – 28	20 – 60	0,20