3.3. Микроклимат жилых помещений

Жизнедеятельность человеческого организма постоянно сопровождается образованием тепла, обусловленного непрерывными биохимическими процессами, механической деятельностью отдельных органов. Даже в состоянии покоя взрослый человек продуцирует 3,35-6,25 кДж (0,8-1,5 ккал) на 1 кг массы тела за 1 час.

В зависимости от характера и тяжести выполняемой работы, эта теплопродукция колеблется в широких пределах, и при сильной физической нагрузке может достигать 5000 и более кДж за час. Однако, если образующееся в организме тепло не будет отдаваться во внешнюю среду, то даже в состоянии покоя это приведет к повышению температуры тела, и в течение относительно краткого времени она может достичь критической величины (42-44 градусов Цельсия) при которой происходит денатурация белков, неизбежно приводящая к смерти. Поэтому, не случайно, одним из важнейших требований нормальной физиологии человека является «изотермия», состояние при котором теплопродукция организма (Тп) должна быть примерно равна его теплоотдаче (То): Тп=То. Хорошо известно, что нормальная жизнедеятельность возможна лишь при поддержании стабильной температуры тела в очень небольшом интервале – от 35 до 37 градусов Цельсия. Как правило, большая или меньшая температура свидетельствует о наличии заболевания или другого неблагоприятного для здоровья отклонения. Но поддержание такого температурного интервала человеком, не одетым в специальную одежду возможно лишь в том случае, если окружающая человека температура будет находится в переделах от + 15 до + 40 градусов.

Для поддержания необходимой комфортной температуры тела, в процессе биологической эволюции сформировался довольно сложный, но эффективный механизм физиологической терморегуляции, включающий в себя две основные составляющие – теплопродукцию и теплоотдачу. Возможность и полноценность теплоотдачи во многом зависит от таких гигиенических параметров внешней среды, как температура, влажность и скорость движения воздуха, а также температура поверхностей предметов в окружении человека (так называемая радиационная температура). Совокупность этих показателей получила название «микроклимат». Как фактору внешней среды, обеспечивающему нормальное тепловое самочувствие человека, микроклимату принадлежит весьма важное значение. Именно от него зависит необходимая теплоотдача избыточного тепла, накапливающегося в организме. Большая часть этой теплоотдачи (более 90%) осуществляется с поверхности кожи человека, примерно 8-10% расходуется на нагревание выдыхаемого воздуха и процессы пищеварения.

Теплоотдача через кожу происходит тремя главными путями. Ими являются: тепловое (инфракрасное) излучение с поверхности кожи (40-50%), непосредственная контактная отдача тепла окружающему воздуху (конвекция) и предметам (кондукция) – 30-40%, испарение кожи (10-20%) Интенсивность отдачи тепла инфракрасным излучением практически полностью зависит от температуры поверхностей предметов, в окружении которых находится человек – поверхностей почвы, стен, пола, потолка, мебели, оборудования и т.п. Это обусловлено тем, что все предметы, имеющие температуру выше абсолютного нуля, вследствие молекулярных процессов (вспомним известное из школьного курса физики Броуновское движение молекул) в большем или меньшем количестве выделяют тепло путем инфракрасного излучения.

Значительное количество тепла (до 50%) может выделять этим путем и человек. А далее всё зависит от соотношения температур и кожи тела человека и поверхностей предметов. Если температура последних ниже, чем температура тела, тогда человек способен терять часть тепла излучением, и чем ниже температура поверхностей предметов, тем она больше. Многие ощущали неприятную зыбкость, когда выходили после душа в предбанник, температура воздуха в котором бывает намного выше 25-27 градусов. А зыбкость, ощущение холода возникало из-за теплопотерь излучением на холодные стены. И наоборот, если температура предметов выше температуры тела, теплоотдача путем излучения снижена или вовсе невозможна. Теплоотдача конвекцией зависит от температуры воздуха в помещении. Подобно тому, как это происходить при потере тепла излучением, чем ниже температура воздуха, тем больше конвекционная отдача тепла с поверхности кожи. На эту теплопотерю влияет также скорость движения воздуха в помещении и его влажность. Наличие вентиляторных устройств «подгоняет» к телу воздух, температура которого ниже температуры поверхности тела и убыстряет его охлаждение. Но если температура воздуха выше температуры поверхности тела, процесс этот малоэффективен.

Примерно аналогично происходит теплоотдача, когда тело соприкасается с поверхностью различных предметов. Несколько иной механизм потерь тепла путем испарения (при испарении 1 г пота теряется 2,50 кДж (0,60 килокалорий этого) тепла). Интенсивность испарения пота в основном зависит от относительной влажности и скорости движения воздуха. Если она будет равна 100%, то испарение пота станет невозможным. Эффективное испарение пота и хорошее тепловое самочувствие возможно лишь в случае, если образование пота не превысит 250 мл/час. В зависимости от особенностей микроклимата помещений и теплового самочувствия человека, пребывающего в этом помещении, различают микроклимат комфортный и дискомфортный. Последний может быть перегревным или охлаждающим.

В обычных условиях, в состоянии покоя или выполнения легкой физической работы, для здорового человека в повседневной одежде, комфортными, обеспечивающими хорошее тепловое самочувствие, показателями микроклимата считаются следующие: - температура воздуха: 17-25 градусов Цельсия - относительная влажность воздуха: 50-70% - скорость движения воздуха: 0,2-0,5 мсек - температура поверхностей внутренних строительных конструкций и предметов (радиационная температура): 18-20 градусов Цельсия. В условиях такого микроклимата большинство людей испытывает тепловой комфорт без выраженного напряжения физиологических механизмов приспособления. Однако следует иметь в виду, что даже относительно небольшое повышение температуры воздуха (до 26-29 градусов и более) некоторыми людьми, страдающими различными заболеваниями (сердечно-сосудистыми, эндокринными и др.) с явлениями кислородной недостаточности (гипоксии) может восприниматься как дискомфортное. Внешняя температура влияет на интенсивность обменных процессов в организме.

При низких температурах они усиливаются, вследствие компенсаторной увеличения теплопродуции. При высоких – первоначально снижаются (что само по себе плохо при различных обменных заболеваниях, например, при сахарном диабете). По мере дальнейшего повышения температуры постепенно теряются компенсаторно-регуляторные возможности организма, нарушаются метаболические процессы, происходит распад белков и др. Температура воздуха (тепловой микроклимат) оказывает влияние и на многие другие физиологические функции. В зависимости от особенностей микроклимата может увеличиваться (или уменьшаться) артериальное давление, частота сердечных сокращений, частота и глубина дыхания, скорость зрительно-моторных реакций, ухудшаются различение цветовых оттенков, логическое мышление, нарушаются нормальные ритмы энцефалограммы и др.

Если внешние микроклиматические показатели приобретают выраженный перегревный или охлаждающий характер, они могут стать причиной острых и хронических заболеваний. При сильном перегреве могут возникнуть такие виды патологии:

Острый перегрев (острая гипертермия). Температура тела повышается до 38 и более градусов Цельсия, потоотделение увеличивается до 200 и более мл/час, частота сердечных сокращений возрастает до 100 и более в минуту, дыхательных движений до 25 и более в минуту. Отмечается сильное головокружение, нарушения зрительного восприятия, слабость, резкое снижение работоспособности, общее плохое самочувствие.

Тепловой удар (гиперпиретическая форма перегрева). Возникает в условиях, когда резко снижена или вовсе невозможна отдача тепла испарением (при сочетании высокой влажности и высокой температуры воздуха).

Судорожная форма перегрева. Возникает вследствие больших потерь минеральных солей при сильном испарении пота, что приводит к нарушению электролитного баланса и острой мышечной дистрофии.

Хронический перегрев. К этой форме тепловой патологии приводит длительное пребывание (работа) в условиях сочетания температуры воздуха более 25-28 градусов, относительной влажности более 80% и низкой (менее 0,1-0,2 м/сек) скорости движения воздуха, радиационной температуре выше 23-24 градусов. Такой длительный перегрев обусловливает ухудшение течения сердечно-сосудистых, эндокринных, аллергических и многих других заболеваний, чаще возникают их обострения, ослабляется природный иммунитет, снижается умственная и физическая работоспособность, быстрее наступают утомление и переутомление.

Неблагоприятно влияет на здоровье и охлаждение. Оно может привести к острым простудно-воспалительным заболеваниям, ангине, невралгиям, мышечным болям, отиту, воспалению мочевого пузыря, заболеваниям почек, к обострениям аллергических, легочных, сосудистых и других заболеваний. В жилых помещениях расположенных в умеренной климатической зоне рекомендуются такие показатели комфортного микроклимата: температура воздуха в пределах 18-23 градусов, перепад температуры по вертикали не более 2-3 градусов, по горизонтали до 2, разница между температурой воздуха и температурами поверхности внутренних ограждающих поверхностей не более 5 градусов, скорость движения воздуха 0,1-0,2 м/сек, относительная влажность 45-65%. Если используется лучистая система панельного отопления, желательная температура стеновых панелей в зимнее время – 30-35 градусов.

Поскольку теплоотдача осуществляется несколькими путями, а интенсивность её зависит от различных показателей микроклимата, вытекает очень важное положение. Регулируя отдельные показатели микроклимата, уменьшая или увеличивая тот или иной вид теплоотдачи, в ряде случаев можно обеспечить комфортное тепловое самочувствие человека даже тогда, когда один или два микроклиматических показателя выходят за пределы нормы. Например, если высокая температура воздуха (разумеется, в относительно небольших пределах отклонения от нормы) затрудняет отдачу тепла конвекцией, то тепловой комфорт иногда удается обеспечить, увеличивая теплоотдачу другими путями – повышая скорость движения воздуха и снижая ей влажность. С этой закономерностью связано понятие «эквивалентно-эффективная температура».

Суть этого понятия в том, что одинаковое тепловое самочувствие (одинаковый эффект теплового воздействия на человека) может быть при различных сочетаниях показателей микроклимата. Допустим желательно, чтобы самочувствие человека было таким, как при сочетании температуры воздуха 25,0 градуса, его относительной влажности 50% и скорости движения воздуха 0,5 м/сек. Оказывается, что примерно такое же самочувствие может быть и при температуре воздуха большей (31 градус), и при меньшей (18,8 градуса). Для этого, в первом случае надо увеличить теплоотдачу за счет испарения, во втором – уменьшить её. Существуют специальные справочные таблицы эквивалентно-эффективных температур, показывающие, при каких значениях температуры воздуха, его влажности скорости движения могут быть обеспечены теплоощущения, соответствующие той или иной эквивалентной температуре. Влияние на теплоощущуния различных микроклиматических факторов иллюстрирует и следующий пример. Многие знают, что купаясь в море при температуре воды 23-25 градусов, человек не ощущает холода. Но ощущение холода нередко возникает, при выходе из воды на пляж, где температура воздуха и песка может быть выше 30 градусов. Объясняется это парадоксальное на первый взгляд явление тем, что большое количество тепла теряется при высокой температуре сухого воздуха и ветре с влажной поверхности тела человека путем испарения. Зная это, выходя на берег, купавшийся обычно растирается сухим полотенцем.

 Существует много достаточно сложных объективных (инструментальных) и субъективных методов оценки теплового состояния человека. Один из простейших и наиболее доступных – сравнение температуры поверхности кожи лба и кисти. В условиях теплового комфорта у здорового взрослого человека температура кожи лба составляет 32,5-33,5 градуса Цельсия, температура кожи кисти 29-30 градусов, разница между ними 3-4 градуса. Поскольку поверхность руки охлаждается быстрее, чем поверхность кожи лба, при снижении внешней температуры воздуха рука охлаждается быстрее, и разница температур возрастает. При повышении внешней температуры – уменьшается. Так, при температуре воздуха 10 градусов, температура кожи лба составляет 31,2 градуса, температура кисти руки 24,2 градуса, а разница между ними более 6 градусов (человек оценивает такой микроклимат, как холодный). При температуре воздуха 35 градусов, эти показатели будут, соответственно, 35,8, 35,6 и менее 1,5 и теплоощущения при них оцениваются как «очень жарко».

О тепловом состоянии человека можно также судить по количеству влагопотерь с кожи. При тепловом комфорте оно находится в пределах 40-60 г/ч, умеренного перегрева 150-400 г/ч, очень сильного перегрева – 450 и более г/ч. Имеется зависимость между объективными показателями теплового состояния человека и его теплоощущениями. Так, например, если теплоощущуния оцениваются как «очень жарко» объективные показатели будут таковы: средневзвешенная температура тела более 36,6, влагопотери – более 500 г/ч, кожа резко покраснела, на венах лица и конечностей набухание, обильное потоотделение, резко снижается работоспособность, точность производственных операций, продолжительность выполнения квалифицированной работы (до)% часа). Если же теплоощущения оцениваются как «очень холодно», средневзвешенная температура кожи снижается до 28 градусов и менее, влагопотери испарением практически отсутствуют, кожа и слизистые оболочки приобретают синюшный оттенок, дрожание, озноб, затруднены производственные операции. Существует множество систем центрального и местного отопления, обеспечивающих комфортный микроклимат в холодные периоды года. Вне зависимости от их конструкции, такие системы должны отвечать следующим гигиеническим требованиям:

- Обеспечивать комфортный (соответствующий гигиеническим нормативам) тепловой микроклимат, учитывающий характер и назначение помещения, особенности выполняемой в нем бытовой и производственной деятельности. - Не выделять в окружающую среду вредных веществ, не создавать посторонних запахов. - Не представлять термическую опасность для находящихся в помещении людей при соприкосновении их с открытыми конструкциями отопительных приборов. - Быть безопасными в пожарном отношении - Быть удобными для ухода и очистки

Для отопления помещений различного назначения (в т.ч. жилых, больничных и др.) всё чаще применяются системы инфракрасного (лучистого, панельного) отопления. Суть их в том, что теплоноситель (трубы с горячей водой, электронагревательные устройства) монтируются внутри стен или полов, а воздух помещения нагревается инфракрасными лучами, от нагретых поверхностей строительных конструкций. Такие системы имеют ряд гигиенических преимуществ. Они позволяют создавать тепловой комфорт в помещении при более низкой температуре воздуха (даже менее 18 градусов), что имеет положительное физиологическое значение. При более низкой температуре увеличивается весовая концентрация кислорода в одном и том же объеме вдыхаемого воздуха (что облегчает состояние людей с явлениями кислородной недостаточности). При пропускании через трубы холодной воды, летом такая система может быть использована для охлаждения воздуха в помещении. Сводятся к минимуму конвекционные токи нагретого воздуха, что уменьшает его пылевое и бактериальное загрязнение, облегчается уборка помещений. В последние годы для обогрева воздуха зимой и охлаждения его летом всё чаще устанавливаются централизованные и локальные системы кондиционирования воздуха. Но вследствие относительно высокой исходной и эксплуатационной стоимости широкого распространения в квартирах личного пользования они еще не получили.