Требования к микроклимату помещений

Инженерные системы, к которым относятся системы вентиляции, должны обеспечивать оптимальные или допускаемые уровни как физических, так и химических факторов среды. Поэтому возникает необходимость гигиенического нормирования в помещениях таких параметров микроклимата, как температура, влажность, подвижность воздуха, интенсивность инфракрасной радиации, и таких показателей состояния воздушной среды, как газовый, пылевой и ионный составы.

Сочетание метеорологических факторов и температуры окружак>- щих поверхностей определяет микроклимат помещения.

Окружающая среда, которая не содержит раздражающих и возбуждающих факторов, препятствующих отдыху, физической и умственной работе, называется комфортной. Комфорт обеспечивается не только чисто метеорологическими, но и психологическими факторами.

На настроение и производительность труда могут влиять окружающие нас люди, организация рабочего места, цветовая гамма, шум и т. д.

Несоблюдение даже одного из перечисленных факторов может нарушить равновесие и привести к дискомфорту.

Состояние воздушной среды помещений должно удовлетворять санитарно-гигиеническим и технологическим требованиям. Технологические требования определяются условиями качественного протекания технологического процесса, сохранности оборудования, сырья и готовой продукции. Обоснование технологических требований дано в [1, 21]. Согласно санитарно-гигиеническим требованиям микроклимат помещения должен создавать благоприятные условия для отвода выработанной в организме человека теплоты.

Тепловой баланс человека определяется температурой, относительной влажностью, скоростью движения воздуха, температурой окружающих поверхностей, а также характером выполняемой им работы и видом его одежды. Сочетание перечисленных факторов, при которых человек чувствует себя наилучшим образом, носит название теплового комфорта.

Сохранение постоянства температуры тела — необходимое условие жизнедеятельности человека. Тепловой баланс человеческого организма должен обеспечиваться равенством прихода и расхода теплоты. Приход теплоты зависит от интенсивности химических превращений ггищевых веществ и обменных процессов, а расход — в основном от степени трудовой активности. Часть полученной человеком теплоты непосредственно используется для осуществления обмена веществ, а часть отдается окружающей среде, что обеспечивает постоянную температуру крови. Теплообмен человеческого организма с окружающе средой происходит конвекцией, радиацией, теплопроводностью и испарением. Интенсивность протекания этих процессов зависит от температуры поверхности тела человека, перепада парциальных давлений водяных паров у поверхности тела человека и в воздухе, скорости движения воздуха окружающего пространства, одежды человека и площади поверхности его тела.

Оценка теплоощущений человеком и, следовательно, выбор параметр зоны теплового комфорта производится для различных инженерных задач. Наибольшую известность получил метод П. Фангера [27], связывающий в единую систему независимые переменные, определяющие самочувствие человека: теплопродукцию человека, отнесенную к 1 м^ поверхности тела <^_ч, Вт/м2; термическое сопротивление одежды R ₀g, м2- о С/Вт, или кло; температуру воздуха t_e, ° С;

среднюю радиационную температуру в помещении t _R, ° С; скорость воздуха v, м/с, и его относительную влажность _п, Па; среднюю температуру кожи t_R, ° С:

Зависимость (1.2) очень сложна для решения. Поэтому она с помощью ЭВМ переведена в таблицы для различных уровней физической активности, тепловой изоляции одежды, скоростей воздушного потока, температур воздуха и ограждающих конструкций М;

Удельная теплопродукция человеческого организма по П. Фангеру составляет: при легкой работе — 95−115 Bt/m^z; при работах средней тяжести — 575 Вт/м^. Поверхность тела человека принимается равной от 1,5 до 2 м^.

Термическое сопротивление одежды может выражаться в единицах 'кло' (ctou^k _ одежда, англ., 1 кло равен 0,155 м^° С/Вг), или поправочным коэффициентом к теплопродукции человека. Для различных комплектов одежды приняты следующие средние значения кло: нагое тело — О, плавки — 0,01, шорты — 0,1, легкий костюм — 0,8, тяжелая рабочая одежда 1,25. Поправочный коэффициент также зависит от вида одежды и приблизительно равен для легкой одежды — 0,15, для обычной — 0,33, для утепленной — 0,5 [3]•

Температура воздуха является ведущим фактором, определяющим тепловое состояние человека в помещении. Многочисленные исследования и практика показали, что для человека, находящегося в состоянии относительного покоя или выполняющего легкую работу, в зимнее время комфортной является температура воздуха 20—22°С, а летом — 23 — 25 С при относительной влажности воздуха 40- 60%. Очень важным является вопрос о верхнем допустимом пределе для температуры воздуха в теплый период года. За допустимые пределы должны приниматься такие метеорологические условия, которые при систематическом и длительном воздействии на организм не создают нарушений нормального состояния организма, вызывая лишь известное напряжение терморегуляции. Установлено, что предельной температурой воздуха в летний период следует считать 28° С.

Однако, изменяя другие параметры микроклимата (относительную влажность и подвижность воздуха), можно повысить верхний предел температуры до 33° С.

При оценке микроклимата следует учитывать его качественную характеристику. Оценка теплового комфорта только постоянством характеризующих его величин, например температурой, дает неполную картину теплового ощущения человека. По исследованиям П. Фактора [7, 27], параметры комфорта меняются в зависимости от скорости изменения температуры воздуха помещения. Установлено, что при большой скорости изменения температуры (0,5° С/мин) зона благоприятно воспринимаемых изменений температуры значительно шире (до 6 ° С). чем при малой скорости ее изменений (до 3 ° С).

В некоторых странах динамика изменения температуры воздуха учитывается в нормах.

Условия теплового комфорта требуют, чтобы около 50% теплообмена происходило за счет излучения. Радиационный теплообмен может быть положительным и отрицательным. Положительный радиационный теплообмен связан с нагреванием человеческого тела инфракрасным излучением. Отрицательный радиационный теплообмен (радиационное охлаждение) происходит, когда средняя температура окружающих ограждений ниже температуры поверхности человеческого тела. Радиационное охлаждение является глубоким, как бы «проникающим» и требует длительного восстановления. Значительная величина радиационного теплообмена как положительного так и отрицательного может явиться причиной теплового дискомфорта.

Среднюю радиационную температуру ограждающих конструкций помещения t _Л, ° С, допускается определять по формуле.

где F; - площадь поверхностей отдельных ограждающих конструкций помещения и оборудования, м^, имеющих температуру t* ,° С,

Для условий теплового комфорта температура поверхности стен желательна на 1 — 2^ С выше" температуры воздуха помещения. Так, согласно стандарту США [7J средняя температура ограждающих конструкций принимается в пределах 21 — 27 ° С.

Значение относительной влажности воздуха в оценке влияния микроклимата на человека выражено менее четко, чем значение температуры. Оптимальные нормы относительной влажности воздуха находятся в пределах 40 — 60%. Колебания относительной влажности в пределе 10% в указанном диапазоне не оказывают заметного влияния на организм. Актуальным является вопрос нормирования относительной влажности в крайних диапазонах, которые установлены в пределах 30 — 70% [ 4 ].

Низкая относительная влажность вызывает сухость слизистых оболочек, отрицательно сказывается на состоянии мебели, произведений искусства, росте растений. Кроме того, большая сухость воздуха ставит проблему борьбы со статическим электричеством.

Высокая относительная влажность особенно при верхнем пределе допустимых температур создает дискомфорт, так как значительно уменьшает теплоотдачу человека за счет испарения, затрудняет многие технологические процессы, вызывает порчу оборудования, сырья, полуфабрикатов и готовой продукции.

Нормативные документы [4Jjuih санитарно-гигиенических требований тщательно дифференцируют относительную влажность воздуха применительно к его температурам. Так, если при температуре воздуха 24° С относительная влажность не должна превышать 7 5%, то при температуре 28 °C верхний предел относительной влажности ограничен уже 55%. Технологические требования нормируют относительную влажность воздуха помещения независимо от температуры.

В создании теплового комфорта должное внимание отводится скорости движения воздухав помещении.

В обычных температурных условиях определенная подвижность воздуха оказывает охлаждающий эффект на организм человека, воздействуя на тактильные рецепторы кожи. В случаях превышения допустимого уровня скорости воздуха, когда эффект охлаждения превысит некоторое критическое значение, начинают сужаться сосуды, возникает дискомфортное ощущение, определяемое как 'сковозняк'. Реакция большинства людей на сквозняки зависит не только от скорости и температуры воздуха, но и от рабочей активности, площади обнаженной поверхности тела и временной характеристики подвижности воздуха. Больше всего подвержены воздействию сквозняка затылок и лодыжки, тогда как встречное движение воздуха не оказывает особого влияния на лобную часть головы.

Для людей, находящихся в покое, нижним и верхним пределами подвижности воздуха можно считать соответственно 0,05 и *0,5 м/с [7]. В тех случаях, когда люди заняты физическим трудом и работают при повышенных температурах, благоприятное воздействие оказывает подвижность воздуха «со скоростью до 3 м/с. Комфорт^- ные условия микроклимата требуют средней скорости движения воздуха: в холодный период 0,15 м/с и в теплый — 0,2−0,3 м/с.

Для ощущения 'свежести' воздуха желательно, чтобы скорость была переменной во времени и пространстве. При таких условиях человек способен удовлетворительно переносить более высокие и кратковременно действующие скорости воздуха.

Характерной особенностью нормативных документов нашей страны^] является го, что в них наряду с использованием принципа эквивалентных сочетаний метеорологических параметров осуществляется раздельное их нормирование с учетом категории тяжести работы и сезона года. ГОСТом [4] устанавливаются оптимальные и допустимые сочетания параметров воздуха. Оптимальными считаются сочетания параметров воздуха, которые при систематическом воздействии на человека обеспечивают: сохранение нормального и функционального теплового состояния организма без напряжений реакций терморегуляции, ощущение теплового комфорта и предпосылки для высокого уровня работоспособности. Допустимыми считаются сочетания, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать преходящие и быстро нормализующиеся изменения функционального и теплового состояния организма и напряжение реакций терморегуляции, не выходящие за пределы физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникает повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут наблюдаться дискомфорт^- ные теплоощущения, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности.

По своей качественной характеристике микроклимат помещения можно разделить на статический и динамический. Проведенные исследования [l] показывают, что монотонность статического микроклимата вызывает быструю утомляемость, сонливость, головные боли, снижение производительности труда. Напротив, динамический микроклимат, при котором во времени и пространстве в пульсирующем режиме создаются температурные и скоростные контрасты, создает ощущение бодрости и свежести воздуха. Создание динамического микроклимата сулит наряду с улучшением самочувствия людей возможность некоторого снижения капитальных и эксплуатационных затрат на вентиляцию. Однако пока еще нет достаточно обоснованных научных данных, которые позволили бы рекомендовать создание в помещениях динамического микроклимата.