Министерство здравоохранения и социального развития

Российской Федерации

ГБОУ ВПО Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова

Кафедра общей и военной гигиены

Аликбаева Л.А., Мокроусова О.Н., Соболев В.Я., Фигуровский А.П., Скворцова Е.А.

Атмосферный воздух как окружающая среда.

Физические свойства воздушной среды.

Микроклимат и методы его оценки

Учебно-методическое пособие

Санкт-Петербург

2012г.

УДК 614.71.(07)

ББК 51.21я7

Аликбаева Л.А., Мокроусова О.Н., Соболев В.Я., Фигуровский А.П., Скворцова Е.А. Атмосферный воздух как окружающая среда. Физические свойства воздушной среды. Микроклимат и методы его оценки. Учебно-методическое пособие. – СПб.: Издательство ГБОУ ВПО СЗГМ им. И.И. Мечникова, 2012. – с.

Рецензент: профессор кафедры профилактической медицины и охраны здоровья Т.С. Чернякина

В учебно-методическом пособии рассматриваются методические подходы с описанием приборов, методов, используемых при гигиеническом изучении и оценке состояния и свойств физических факторов воздушной среды.

Учебно-методическое пособие содержит материалы для самостоятельной подготовки к практическим занятиям и предназначено для студентов 3 курса медико-профилактического факультета по дисциплине «Общая гигиена».

Утверждено

в качестве учебно-методического пособия Методическим

советом ГБОУ ВПО СЗГМУ им. И.И. Мечникова

протокол №___ от «____»___________2012г.

© Л.А. Аликбаева, О.Н. Мокроусова,

В.Я. Соболев, А.П. Фигуровский, 2012г.

Введение

Настоящее методическое пособие предназначено в качестве учебного для студентов медицинских ВУЗов, работающих по многоступенчатой системе подготовки специалистов.

В соответствии с учебным планом многоступенчатого обучения в медицинских ВУЗах, главной целью преподавания «oбщей гигиены» является формирование у студентов гигиенического мышления в диалектическом понимании единства организма человека и окружающей среды. Будущим врачам в повседневной клинической и медико-профилактической работе необходимо правильно оценивать особенности воздействия различных фактоpoв природной и социальной среды на здоровье и трудоспособность человека, а также уметь разрабатывать мероприятия и принимать обоснованные решения по устранению неблагоприятно действующих факторов на человека в отдельности и в коллективе.

"Учебно-методическое пособие" позволяет студентам самостоятельно подготовиться к лабораторно-практическим занятиям и освоить необходимые в объеме учебной программы современные методические приемы и подходы при изучении факторов микроклимата и давать им физиолого-гигиеническую оценку.

Каждая тема в данном пособии имеет конкретно сформулированные цели и задачи лабораторно-практических занятий, перечень контрольных вопросов и тестовых заданий, основные теоретические положения, поясняющие занятие.

Более подробно в каждой теме освещены методические подходы с описанием приборов, методов, используемых при гигиеническом изучении и оценке состояния и свойств рассматриваемых факторов. Для успешного формирования и закрепления y студентов гигиенического анализа и оценки результатов выполняемых исследований по каждой теме лабoраторно-практическогo занятия приводятся данные в виде извлечений из СанПиН, ГОСТ, СНиП и других действующих официальных документов.

B конце каждой темы приводится фoрма-образец протокола или гигиенического заключения по результатам исследований, выполненных студентами на практических занятиях.

Атмосферный воздух как окружающая среда

Воздух является одним из важнейших элементов среды, окружающей человека. Его существование - необходимое условие поддержания жизни на Земле. Воздушная среда необходима для дыхания человека, животных и растений, она является также резервуаром, принимающим газообразные продукты их обмена веществ.

В процессе эволюционного развития человеческого организма между ним и воздушной средой создалось определенное равновесие, нарушение которого может неблагоприятно влиять на его здоровье. Резкие изменения физических и химических свойств воздуха, загрязнения его токсичными примесями, пылью, патогенными микроорганизмами могут способствовать развитию в организме неблагоприятных процессов, нарушающих здоровье. Изменение свойств почвы, одежды, жилища тесным образом связано с состоянием воздуха.

Земля окружена газовой оболочкой (атмосферой). По своему строению атмосфера с учетом удаления от поверхности Земли делится на тропосферу, стратосферу, мезосферу, ионосферу, экзосферу.

Атмосферный воздух, воздух жилых, общественных зданий и промышленных помещений имеют определенные отличия.

Физические свойства атмосферного воздуха связаны с климатическими особенностями географического региона. Газообразные и пылеобразные примеси воздушной среды зависят от характера, источника их поступления, условий разбавления и процессов самоочищения в атмосфере. На уровень концентрации вредных веществ в атмосфере влияют направление господствующих ветров, интенсивность солнечного излучения и др.

Атмосфера является одним из важных факторов климатообразования, ее состояние определяет циркуляцию воздушных масс, способствует формированию облаков и атмосферных осадков.

Климат - в современном понятии - это многолетний режим погоды, обусловленный климатообразующими факторами или обычное, ежегодно повторяющееся состояние погоды в данной местности.

Климатообразующими факторами являются: географическая широта и долгота, характер подстилающей поверхности в рельеф местности, деятельность человека.

Погода - это состояние физических процессов, происходящих в атмосфере в данный момент времени на ограниченном участке земной поверхности.

Важнейшими элементами метеорологического комплекса, составляющего погоду, является солнечная радиация, температура, влажность, атмосферные осадки, а также ряд оптических и электрических явлений в атмосфере.

Существуют периодические и апериодические изменения погоды. Пе­риодические изменения погоды происходят постепенно в течение дня или года. Апериодические изменения погоды связаны с течением воздушных масс.

Смена погоды обусловлена заменой воздушной массы над той или иной территорией. В зависимости от происхождения воздушные массы делятся на арктический воздух, воздух средних широт, тропический воздух. Наиболее резкие изменения погоды отмечают при прохождении над территорией так называемого фронта, т.е. пограничного слоя между двумя разными по своим особенностям воздушными массами. В участках с пониженным атмосферным давлением возникают циклоны. Антициклоны образуются в участках с повышенным атмосферным давлением.

Установлена определенная связь между резкими изменениями погоды и состоянием здоровья определенных больных. Значительное понижение давления часто с одновременным выпадением осадков, повышением влажности и подъемом температуры воздуха оказывают неблагоприятное влияние на лиц, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями, особенно гипертонической болезнью, вызывая у них приступы стенокардии, одышку, головную боль. Отмечена зависимость сосудистых кризов при гипертонической болезни от изменения геомагнитного поля и перемен в ионизационном состоянии атмосферы. Низкие температуры воздуха, высокая влажность, колебания барометрического давления и электрического потенциала атмосферы рассматриваются как факторы, вызывающие приступы бронхиальной астмы. С резкими изменениями погоды связывают также появление спастических приступов боли у больных язвенной, желчно-каменной и почечно-каменной болезнями.

В период резких колебаний метеофакторов возникают "сезонные заболевания". Сезонными болезнями являются простудные: грипп, катар верхних дыхательных путей, ангина и другие.

Неблагоприятные реакции организма, связанные с изменениями погодных условий, называют метеотропными. Эти реакции возникают у людей определенной предрасположенности, метеолябильность которых зависит от состояния их физиологических систем.

Акклиматизация - процесс активного приспособления организма к непривычным для него климатическим условиям.

При акклиматизации привычный уровень равновесия организма с внешней средой перестраивается и постепенно, в различные сроки, вновь устанавливается более или менее устойчивое равновесие.

В физиологическом отношении акклиматизация есть способность организма осуществлять для себя наиболее выгодные соотношения с новыми климатическими условиями, связанные с образованием нового динамического стереотипа, который возникает путем установления временных и постоянных рефлекторных связей с внешней средой через ЦНС.

Основными адаптивными реакциями в условиях низкой температуры являются увеличение теплопродукции. Возрастание размеров грудной клетки, увеличение гемоглобина в крови; относительное увеличение гамма-глобулинов и уровня минерализации скелета - все это можно рассматривать как факторы, повышающие выносливость организма в условиях Крайнего Севера.

К жаркому климату человек приспосабливается тяжелее. При этом значительная роль принадлежит терморегуляторной системе. Процесс адаптации облегчается при использовании рациональной одежды, соответствующем оборудовании жилья, рациональном питании, соблюдением режима питья.

Температура, влажность и движение окружающего нас воздуха, атмосферное давление, солнечная и тепловая радиация, радиоактивное излучение, шум, вибрация и ряд других факторов характеризуют в совокупности физические свойства воздушной среды, в том числе микроклимат в жилых, общественных и производственных помещениях.

Свойства воздуха жилых и общественных зданий более стабильны - в этих зданиях поддерживается оптимальный микроклимат за счет вентиляции и отопления. Газообразные примеси связаны с выделением в воздух продуктов жизнедеятельности людей, выделением токсичных веществ из материалов и предметов обихода, выполненных из полимерных материалов, продуктов горения бытового газа и др. На свойства воздуха промышленных помещений существенное влияние оказывают особенности технологического процесса. В некоторых случаях физические свойства воздуха приобретают самостоятельное значение вредного профессионального фактора, а загрязнение воздуха токсичными веществами может привести к профессиональным заболеваниям.

Микроклимат - это комплекс физических факторов (температура воздуха, относительная влажность, скорость движения, тепловое излучение), оказывающих влияние на теплообмен человека с окружающей средой, его тепловое состояние и определяющих самочувствие, работоспособность, здоровье и производительность труда.

Роль микроклимата в жизнедеятельности человека предопределяется тем, что последняя может нормально протекать лишь при условии сохранения температурного гомеостаза организма, который достигается за счет системы терморегуляции и усиления деятельности других функциональных систем: сердечно-сосудистой, выделительной, эндокринной и систем, обеспечивающих энергетический, водно-солевой и белковый обмен. Напряжение в функционировании перечисленных систем, обусловленное воздействием неблагоприятного (нагревающего, охлаждающего, экстремального) микроклимата, может сопровождаться ухудшением здоровья, которое усугубляется воздействием на организм других вредных производственных факторов (шум, вибрация, химические вещества и др.). Особенно чувствительны к изменению микроклиматических условий лица с сердечно-сосудистыми, бронхо-легочными, нервно-психическими и другими за6олеваниямии.

Очень важным условием поддержания физиологического теплового гомеостаза является адекватная отдача тепла во внешнюю среду путем излучения, проведения (конвекции) и испарения с поверхности тела, составляющих 85-90% всей величины теплоотдачи. В комфортных условиях отдача тепла излучением составляет 40-45%, проведением – 30-40%, испарением – 10-15%. Наиболее часто неблагоприятное влияние микроклимата обусловлено повышением или понижением температуры, влажности или скорости движения воздуха.

В соответствии с внешней температурой вступает в действие как механизм выработки тепла, так и механизм, регулирующий его потерю. Уменьшение или увеличение теплопродукции достигается химическим способом терморегуляции; при высокой температуре воздуха окислительные процессы снижаются и выработка тепла падает, при низкой происходит обратное.

Физический способ терморегуляции обеспечивает увеличение или уменьшение теплоотдачи: при высокой внешней температуре кожные сосуды расширяются, увеличивается выделение воды потовыми железами, повышается температура кожи, и в результате этого отдача тепла с поверхности тела возрастает; при низкой температуре кожные сосуды сужаются, кровь перемещается к внутренним органам, кожа охлаждается, и поэтому разница между температурой кожи и воздуха становится меньше, отдача тепла уменьшается.

Возможности терморегуляции не безграничны, и нарушение теплового равновесия может стать причиной глубоких патологических сдвигов.

Температура воздуха в закрытых помещениях зависит: от притока наружного воздуха, имеющего иную температуру; от работы отопительных приборов; от соприкосновения с ограждениями, температура которых во многих случаях отличается от температуры воздуха. Тепловой дискомфорт при этом может возникать даже при комфортной температуре воздуха. При сочетании радиационного охлаждения и низкой температуре наблюдается более быстрое и глубокое охлаждение организма.

Температура воздуха является постоянно действующим фактором окружающей среды. Человек подвергается действию колебаний температуры воздуха в различных климатических районах, при изменении погодных условий, нарушении температурного режима в жилых и общественных зданиях и т.п. Воздействию неблагоприятной температуры воздуха могут подвергаться лица, работающие на открытом воздухе (строители, рабочие открытых разработок полезных ископаемых, лесной промышленности, сельского хозяйства).

Влияние высокой температуры воздуха отрицательно сказывается на функциональном состоянии ЦНС. Это проявляется в ослаблении внимания, нарушении точности и координации движений, замедлении ответных реакций, что может даже способствовать производственному травматизму.

У рабочих, постоянно подвергающихся воздействию высокой температуры воздуха, отмечается снижение иммунобиологической активности организма, что нередко проявляется в повышении уровня общей заболеваемости. Резкое перегревание организма может привести к развитию теплового удара, чаще всего возникающего при выполнении тяжелого физического труда в условиях жаркого влажного климата.

При длительном воздействии высокой температуры воздуха отмечается нарушение деятельности желудочно-кишечного тракта. Выделение из организма ионов хлора на фоне приема большого количества воды ведет к угнетению желудочной секреции, снижению бактерицидности желудочного сока, что создает благоприятные условия для развития воспалительных процессов в желудочно-кишечном тракте.

При действии низких температур воздуха значительно возрастают теплопотери радиацией и конвекцией и падают теплопотери испарением. В этом случае общие теплопотери превышают теплопродукцию, что приводит к стойкому дефициту тепла, понижению температуры кожи и общему охлаждению организма, проявлением чего является снижение температуры тела.

Понижение температуры тела и тактильной чувствительности кожи является наиболее чувствительной ответной реакцией организма на изменение теплового состояния при охлаждении. При этом происходит изменение функционального состояния ЦНС, что проявляется в своеобразном наркотическом эффекте холода, ведущем к ослаблению мышечной деятельности, резкому снижению реакции на болевые раздражения, адинамии и сонливости.

Из медицинской практики известно, что местное охлаждение, особенно ног, способствует развитию простудных заболеваний. Это явление учитывается, в частности, при гигиенической оценке температурного режима жилых и общественных зданий путем регламентации перепада температуры воздуха по вертикали, который не должен превышать 2,5 ⁰С на 1 м высоты.

Влажность воздуха в значительной степени определяет теплообмен организма с окружающей средой. Чаще всего влажность воздуха повышает водяные пары, выделяющиеся при дыхании людей и испарении пота с поверхности кожи и одежды. Высокая влажность воздуха в сочетании с его высокой температурой затрудняет отдачу тепла.

При температуре воздуха, близкой к температуре тела, отдача тепла путем проведения почти прекращается. Она осуществляется только благодаря испарению пота с поверхности кожи. Но последнее возможно только при условии низкой влажности воздуха. При высокой влажности затрудняется отдача тепла и путем испарения, вследствие чего происходит перегревание организма. Высокая влажность воздуха в сочетании с низкой температурой способствует отдаче тепла путем проведения, что может привести к охлаждению организма и возникновению простудного заболевания.

Слишком низкая влажность воздуха (относительная влажность 10—15%) в сочетании с высокой температурой вызывает чувство жажды, иссушает слизистую оболочку носа, глотки и рта. На слизистых оболочках образуются трещины, которые легко инфицируются, что способствует развитию воспаления. Действие на организм сухого воздуха усугубляется при его большой подвижности. Горячий ветер не только вызывает перегревание, но и ухудшает самочувствие человека, снижает работоспособность.

Наибольшая влажность и лучшие условия для конденсации водяных паров в воздухе закрытых помещений создаются в теплое время года, когда наружный воздух имеет высокую абсолютную влажность. Попадая в помещение, он охлаждается и теряет способность удерживать водяные пары, которые переходят в капельно-жидкую фазу и смачивают поверхности стен, предметов, а также одежду и обувь людей.

В холодное время года наружный воздух имеет низкую температуру и абсолютную влажность. Поступая внутрь помещения, воздух нагревается, его влагоемкость и обсушивающее действие резко повышаются.

Из этого следует, что попытки проветривать закрытые помещения в теплое время года с помощью усиленного воздухообмена далеко не всегда приводят к желаемым результатам. Чаще, наоборот, сырость в помещении увеличивается. Для того чтобы правильно проветривать помещение, следует учитывать абсолютную влажность наружного воздуха и температуру ограждений. Зная эти величины, легко установить, достигнет ли наружный воздух при соприкосновении с ограждениями точки росы.

Оптимальная относительная влажность в помещениях составляет 40—60 %, предельно допустимая — верхняя величина 70 %, нижняя — 30 %, предельно переносимая, экстремальная — 80—100 и 10—20 %.

Подвижность воздуха не вносит каких либо особых неблагоприятных моментов в условия теплообмена человека в закрытом сооружении, так как воздушные потоки в самих помещениях обычно не имеют больших скоростей даже при работе вентиляционных установок. При длительном пребывании в помещении скорость движения воздуха не должна превышать 0,1—0,2 м/с. Подвижность воздуха меньше 0,1 м/с может привести к уменьшению теплоотдачи организма проведением.

На открытой местности при высокой температуре воздуха его умеренная подвижность способствует охлаждению кожи. Мороз в тихую погоду переносится легче, чем при сильном ветре, который зимой вызывает переохлаждение кожи в результате усиленной отдачи тепла конвекцией и увеличивает опасность обморожений. Повышенная подвижность воздуха рефлекторно влияет на процессы обмена веществ, по мере понижения температуры воздуха и увеличения его подвижности повышается теплопродукция.

Сильный ветер (более 20 м/с) нарушает ритм дыхания, механически препятствует выполнению физической работы и передвижению. Умеренный ветер оказывает бодрящее действие, сильный и продолжительный ветер резко угнетает настроение человека. Наиболее благоприятная подвижность атмосферного воздуха в летнее время равна 1-5 м/с.

Микроклиматические факторы нормируются по оптимальным и допустимым величинам в зависимости от времени года, категории работ и соответствующих энергетических затрат организма.

Оптимальные микроклиматические условия характеризуются такими сочетаниями параметров температуры, относительной влажности и скорости движении воздуха, которые при длительном и систематическом воздействии на организм человека обеспечивают ощущение теплового комфорта, способствуют высокой работоспособности (табл. 1).

Допустимые микроклиматические условия - параметры микроклимата, которые могут обусловить преходящие и быстро исчезающие изменения в организме человека, не выходящие за пределы физиологических приспособительных колебаний (табл.2).

Таблица 1. Оптимальные величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений

(извлечения из СанПиН 2.2.2.548-96)

Период года	Категория работ по уровню энергозатрат, Вт	Температура воздуха, 0С	Температура поверхностей, 0С	Относит влажность воздуха, %	Скорость движения воздуха, м/с
Холод-ный	Ia (до 139) Iб (140-174) IIa (175-232) IIб (233-290) III (более 290)	22-24 21-23 19-21 17-19 16-18	21-25 20-24 18-22 16-20 15-19	60-40 60-40 60-40 60-40 60-40	0,1 0,1 0,1 0,2 0,3
Теп- лый	Ia (до 139) Iб (140-174) IIa (175-232) IIб (233-290) III (более 290)	23-25 22-24 20-22 19-21 18-20	22-26 21-25 19-23 18-22 17-21	60-40 60-40 60-40 60-40 60-40	0,1 0,1 0,2 0,2 0,3

Таблица 2. Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений

(извлечения из СанПиН 2.2.2.548-96)

Период года	Категория работ по уровню энорготрат, Вт	Температура воздуха, 0С		Темпера-тура поверхностей, 0С	Относи-тельная влаж-ность воздуха, %	Скорость движения воздуха, м/с
		Диапазон ниже оптимальных величин	Диапазон выше оптимальных величин			Для диапазона температур воздуха ниже оптимальной	Для диапазона температур воздуха выше оптимальной
Холод-ный	Ia (до 139) Iб (140-174) IIa (175-232) IIб (233-290) III (более 290)	20,0-21,9 19,0-20,9 17,0-18,9 15,0-16,9 13,0-15,9	24,1-25,0 23,1-24,0 21,1-23,0 19,1-22,0 18,1-21,0	19,0-26,0 18,0-25,0 16,0-24,0 14,0-23,0 12,0-22,0	15-75* 15-75 15-75 15-75 15-75	0,1 0,1 0,1 0,2 0,2	0,1 0,2 0,3 0,4 0,4
Теп-лый	Ia (до 139) Iб (140-174) IIa (175-232) IIб (233-290) III (более 290)	21,0-22,9 20,0-21,9 18,0-19,9 16,0-18,9 15,0-17,9	25,1-28,0 24,1-28,0 22,1-27,0 21,1-27,0 20,1-26,0	20,0-29,0 19,0-29,0 17,0-28,0 15,0-28,0 14,0-27,0	15-75 15-75 15-75 15-75 15-75	0,1 0,1 0,1 0,2 0,2	0,2 0,3 0,4 0,5 0,5

*При температуре воздуха 25 ⁰С и выше максимальные величины относительной влажности воздуха не должны выходить за пределы 70 % (при 25 ⁰С); 65 % (при 26 ⁰С); 60 % (при 27 ⁰С); 55 (при 28 ⁰С).

Для правильной оценки микроклиматических условий врачу необходимо освоить устройство приборов, методические подходы исследования физических свойств воздушной среды и умение давать им обоснованную гигиеническую оценку.