4. Пассажирские вагоны

4.1 Социально-экономическое значение пассажирского транспорта

В социально-экономической жизни России, страны, расположенной на территории в 17 млн. км² (в 3,5 раза большей Европы), пассажирские перевозки занимают значительное место и им принадлежат особая роль. Они являются неотъемлемым звеном в организации культурных и экономических связей, как между государствами, так и внутри страны, обеспечивают проезд людей по производственным и личным надобностям, объединяют в единый комплекс регионы Российской Федерации, способствуют развитию научно-технического прогресса. При этом пассажирский железнодорожный транспорт удовлетворяет одну из самых насущных потребностей человека − потребность в перемещении [4.6]. Его отличает круглогодичность действия, безопасность, регулярность, возможность обеспечения массовых перевозок, доступность цен на билеты, широкий спектр льгот для пассажиров, дифференциация тарифов по категориям поездов и типам вагонов.

По протяженности железнодорожных линий Россия занимает второе место в мире и осваивает около 15 % мирового пассажирооборота. В год по российским железным дорогам перевозится около 1,3 млрд. пассажиров. В междугородном, внутреннем сообщении железные дороги осваивают 67 % пассажирооборота. Густота пассажирских перевозок по сети составляет в среднем  1,8 млн. пасс/км.

Такие перевозки осуществляются в особого класса вагонах, называемых пассажирскими (пассажир (франц. passager проезжать – человек, совершающий поездку в общественном транспорте, проезжающий) − лицо, совершающее поездку в поезде по действительному проездному документу (билету) либо имеющее проездной документ (билет) и находящееся на территории железнодорожной станции, железнодорожного вокзала или пассажирской платформы [4.8]). Эти вагоны выполняются на основе цельнометаллических цельнонесущих кузовов единого экстерьера, но с различным внутренним оборудованием и интерьером в зависимости от назначения. Инвентарный парк пассажирских вагонов насчитывает около 26 тыс. единиц, из них доля рабочего парка составляет 85 %. В пассажирские вагоны включаются вагоны, предназначенные для перевозок пассажиров (дальнего следования, местного и пригородного сообщения), туристов, специальные вагоны (рестораны, багажные, почтово-багажные, служебные), вагоны для специальных людских перевозок (военных), вагоны для временного и квазипостоянного проживания людей (при чрезвычайных обстоятельствах), вагоны для использования в культурных (выставки, клубы), религиозных (передвижные церкви), медицинских и других целях. Вагоны, предназначенные для перевозки пассажиров, составляют 91 % инвентарного парка; остальные, − 9 % относятся к специальным. До 1997 года производство новых пассажирских вагонов для железных дорог нашей страны осуществляли заводы России, СНГ, Германии, Румынии, Польши, Венгрии. С 1997 г. обновление парка обеспечивается только вагонами отечественного производства.

4.2. Характеристика пассажира, как субъекта перевозок

Пассажир на железнодорожном транспорте – это человек, выступающий как субъект перевозок.

Поскольку среда обитания пассажира создается, как правило, искусственно, важно знать возможности и особенности человека, а также его реакцию на окружающую среду и ее изменения. Это рассматривается через такое обобщенное понятие, как здоровье, которое означает отсутствие болезней, физическое, психологическое и социальное благополучие, позволяющее человеку наиболее эффективно выполнять свои жизненные функции [4.7].

Взаимосвязь здоровья человека и окружающей среды выражается в следующем.

1. При оптимально развивающихся взаимоотношениях человека со средой обитания его здоровье считается нормальным, если среда воспринимается и оценивается им как здоровая. В этих условиях, которые обычно называются условиями равновесия, или гомеостаза, человек может полноценно выполнять все свои биосоциальные функции.

2. Если взаимоотношения человека с окружающей средой сопровождаются отклонениями от нормального здоровья и человек не способен полноценно выполнять свои функции, то такая среда оценивается как нездоровая.

3. Если взаимоотношения и среды складываются таким образом, что жизнь его становится невозможной, то такая среда оценивается как абсолютно экстремальная.

Состояние здоровья человека зависит от многих факторов (социальных, физических, химических, биологических и др.), их изменений и длительности воздействия, а также от индивидуальных физиологических особенностей организма.

Социальные факторы

Под социальными факторами понимаются условия размещения пассажиров, режим их жизнедеятельности в вагоне, психологический «микроклимат», нервно-психические нагрузки, монотонность обстановки, ограниченный и случайный круг лиц для общения и т.п. Они проявляются через условия размещения пассажиров в вагонах и поездах той категории, которая соответствует длительности поездки, оплате проезда и возможностям железнодорожного транспорта.

Пассажирские перевозки на отечественных железных дорогах в зависимости от дальности следования пассажиров характеризуются тремя видами сообщений: прямое – в пределах двух и более дорог; местное – в пределах одной дороги на расстояние до 700 км; пригородное – на расстояние до 200 км [4.4]. В соответствие с этим устанавливается формирование поездов следующих категорий: дальние (на расстояние более 700 км), местные (на расстояние до 700 км) и пригородные (на пригородных линиях до 200 км).

Дальние и местные поезда делятся, как это уже указывалось в общей классификации, на скорые (высокоскоростные, скоростные и ускоренные) и пассажирские [4.4].

Скорые поезда формируются из вагонов повышенной комфортабельности, имеют меньшую массу, следуют с более высокими скоростями, безостановочно на 200-300 км с минимальной затратой времени на остановки. Фирменные скорые поезда обычно следуют между столичными городами, крупными промышленными и курортными центрами.

Пассажирские поезда формируются из вагонов меньшей комфортабельности, чем скорые, имеют бóльшую массу и меньшую маршрутную скорость, более частые остановки.

Пригородные поезда имеют меньшую массу, чем дальние и местные из-за ограниченности комфорта в вагонах, большую населенность и частые остановки в пригородных зонах.

Туристско-экскурсионные поезда формируются из вагонов одной категории и могут следовать в любом сообщении.

Грузопассажирские поезда формируются из вагонов пассажирского и грузового парка на малодеятельных участках с незначительными пассажиропотоками.

Почтово-багажные поезда формируются из почтовых и багажных вагонов.

Людские поезда предназначаются для перевозок пассажиров в общих вагонах и в грузовых вагонах, имеющих для этого необходимое оборудование.

За поездами соответствующих категорий закреплены номера в определенном диапазоне:

1 – 98 – скорые поезда круглогодичного сообщении;

101 – 148 – скорые летние поезда;

151 – 168 – скорые поезда;

171 – 298 – дальние пассажирские поезда круглогодичного сообщения;

301 – 398 – дальние летние пассажирские поезда;

401 – 498 – вывозные поезда разового назначения;

501 – 598 – пунктирные поезда разового назначения;

601 – 698 – местные поезда;

801 – 898 – туристско-экскурсионные поезда;

901 – 948 – почтово-багажные поезда;

951 – 968 – грузо-багажные поезда;

971 – 998 – людские поезда;

6001 – 6998 – пригородные поезда.

Пассажирские вагоны делятся на жесткие (купейные и не купейные), мягкие, мягко-жесткие и с местами для сидения.

В составе пассажирских поездов вагоны располагаются в строго определенном порядке: почтовый и багажный вагоны всегда следуют в голове поезда для исключения передачи шума от ударно-тяговых устройств на первые пассажирские вагоны и защиты вагонов с пассажирами от нештатных соударений с другими поездами; они не имеют порядкового номера в поезде; вагоны-рестораны, купейные и штабные вагоны, вагоны высшей категории располагаются в середине состава. Группы купейных, плацкартных и общих вагонов могут находиться как в головной, так и в хвостовой частях поезда. Поезда международного сообщения формируются по специальным схемам.

Нумерация вагонов в составе обычно начинается от локомотива. Отсчет мест в вагонах ведется от служебного отделения проводника. Нижние спальные места имеют нечетные, а верхние – четные номера.

В составе поезда могут выделяться вагоны, предназначенные для отдельных категорий пассажиров (например, военнослужащих, пассажиров с детьми). В вагонах также отводятся места для отдыха проводников, работников вагонов-ресторанов и электромехаников поезда.

Пассажирские тарифы в дальнем сообщении (прямом и местном) определяются из ставок так называемого общего тарифа за проезд в вагоне пассажирского поезда с местами для сидения и доплат за предоставление дополнительных услуг. Эти доплаты можно разделить на две категории:

- за проезд в более комфортабельном вагоне со спальными местами (плацкартном, купейном, мягком с четырехместными и двухместными купе);

- за проезд в поезде, имеющем более высокую скорость.

Доплаты установлены в виде определенного процента (тарифного коэффициента) от ставок общего тарифа. Абсолютная плата за проезд по общему тарифу с увеличением дальности поездки увеличивается. Однако тарифная ставка на один пассажиро-км с увеличением дальности снижается. Это представляет собой льготу пассажиру и применяется с целью удешевления поездок между районами, расположенными на далеком расстоянии друг от друга. Это содействует экономическому и культурному развитию отдельных районов.

Пригородное сообщение по характеру обслуживаемых потребностей населения больше относится к коммунальному транспорту крупных и средних городов, являясь как-бы его продолжением. Поездки населения в пригородном сообщении можно в основном разделить на две группы:

- ежедневные поездки от места жительства к месту работы или учебы и обратно; в летний период к этой группе могут быть отнесены регулярные поездки за город дачников, садоводов и огородников;

- периодические поездки городских жителей на отдых в пригородную зону, а жителей пригорода – по культурно-бытовым делам в город.

В пригородном сообщении сложилось четыре разновидности тарифов: зонный, покилометровый, общий (с исключением страхового сбора) и абонементный.

Зонный тариф применяется на участках дороги, примыкающих к крупным станциям и узлам. Строгой регламентации длины тарифных зон нет, в среднем она составляет 10 км. Зонный и покилометровый тарифы несколько ниже общего тарифа за проезд в вагонах пассажирских поездов.

На тех участках, где не предусмотрено применение зонного или покилометрового тарифов, поездки в пригородном сообщении оплачиваются по общему тарифу без страхового сбора.

Особое место в системе пассажирских тарифов пригородного сообщения занимает льготный абонементный тариф. Абонементные билеты продаются не на разовую поездку, а на месяц, сезон (четыре месяца), полгода и год. В среднем уровень ставок абонементного тарифа в 8 раз ниже уровня ставок зонного или покилометрового тарифов.

Кроме этого, производиться продажа месячных билетов «выходного дня». Их стоимость равна стоимости четырех поездок туда и обратно; билеты действительны в пятницу, субботу, воскресенье и понедельник.

На транспорте существует также ряд льгот некоторым категориям населения (детям, учащимся, пенсионерам, инвалидам и пр.), дающих право приобретения билетов со скидкой или бесплатного проезда.

Работники железнодорожного транспорта также имеют льготы для проезда по железным дорогам.

Документом на право проезда по железным дорогам является билет установленной формы.

Оформление билетов на проезд в пассажирских поездах дальнего сообщения производится следующим порядком:

- пассажирам, следующим без пересадки в пути, выдается один билет, соответствующий роду вагона и категории поезда;

- пассажирам, следующим с пересадкой в пути, выдается билет на весь путь следования для проезда в жестком общем вагоне пассажирского поезда, а также оформляются доплаты за категорию вагона и поезда до пункта пересадки. При этом срок годности билета может составлять 12 суток в зависимости от дальности поездки.

В пригородном сообщении билеты могут продаваться «туда и обратно»; обратные пригородные билеты по купону «обратно» действительны в течение одних суток, не считая дня продажи, а также общевыходных и праздничных дней.

В международном сообщении действуют особые правила проезда, тарифы и билеты.

Физические факторы

К физическим факторам относятся микроклимат помещений, шум, вибрация, электромагнитные излучения, статическое электричество, магнитные поля, освещенность помещений и др.

Важнейшим фактором, определяющим здоровье и жизнедеятельность пассажиров, является микроклимат в вагоне. Под ним понимается физическое состояние воздуха, определяющее теплоощущения человека.

Человек в тепловом отношении чувствует себя хорошо (комфортно) в том случае, когда его организм нормально (без форсирования работы отдельных органов, желез и т.п.) выделяет столько теплоты, сколько вырабатывает. Поэтому комфортное теплоощущение человека зависит от баланса между теплогенерацией и теплопотерями в окружающую среду.

В результате теплогенерации и теплопотерь внутренняя температура тела человека поддерживается на уровне 36,6…36,8 ^оС. Это происходит в результате автоматической терморегуляции организма (т.е. уменьшения или увеличения потока крови) через кожный покров, а также усиления или торможения обмена веществ (расхода энергии). Температура кожного покрова человека колеблется в зависимости от параметров окружающего воздуха (в среднем она равна 33 ^оС.

Благодаря автоматической терморегуляции организма человек приспосабливается в перемене параметров окружающего воздуха. Однако эта терморегуляция действенна лишь при медленном или малом отклонении параметров от нормальных значений, необходимых для нормального самочувствия.

При больших и быстрых изменениях параметров воздушной среды нарушаются физиологические функции организма: терморегуляция, обмен веществ, работа сердечно-сосудистой, нервной и др. систем. Например, в условиях высоких значений температуры окружающей среды у людей повышается температура тела, резко снижается работоспособность, возникает угнетенное физическое и моральное состояние, повышается раздражительность и т.п.

Теплота, выделяемая организмом человека, передается в окружающую среду через кожный покров путем радиационного теплообмена, конвекции, теплопроводности (явная теплота), испарения (скрытая теплота), а также при выдыхании.

На теплоощущения человека влияют в основном температура помещения, относительная влажность воздуха, скорость его перемещения (подвижность) и температура ограждающих поверхностей помещения. При различных комбинациях этих параметров тепловые ощущения человека могут быть одинаковыми. В случае, когда человек не ощущает ни холода, ни перегрева, ни движения воздуха около тела, окружающая его воздушная среда (с учетом температуры поверхности ограждения) считается в тепловом отношении комфортной. Комфортные составляющие воздушной среды могут иметь различные значения в зависимости от поведения человека и его одежды.

Радиационный теплообмен происходит между человеком и поверхностями ограждений; его величина и направление зависят от температуры этих поверхностей. Теплота, передаваемая конвекцией и теплопроводностью, зависят от температуры, влажности и скорости воздуха, характера и теплопроводности одежды.

Считая температуру поверхности тела постоянной, а количество теплоты, передаваемой теплопроводностью, малым, можно за явную теплоту принимать радиационный и конвективный теплообмен, зависящий от температуры поверхности ограждений и воздуха, а также от его подвижности.

Испарение влаги с поверхности тела человека (скрытый теплоотвод) осуществляется за счет разности температур парциальных давлений водяных паров в насыщенном слое у поверхности и в воздухе помещения. При этом расходуется теплота (энергия) организма, идущая на испарение влаги. Теплоотдача путем испарения будет всегда, когда температура точки росы воздуха меньше средней температуры кожи человека. Теплоотдача тем больше, чем ниже значение относительной влажности воздуха при данной температуре в помещении.

Распределение общих тепловыделений человека между явной и скрытой теплотой зависит от температуры окружающей среды и нагрузки на организм. При средних температурах и нагрузках теплоотвод из организма человека составляет: испарением – 22%, конвекцией – 32% и радиацией – 46%. При постоянной температуре воздуха и поверхности ограждения с ростом нагрузки на организм человека увеличиваются общие тепловыделения и доля теплоты, отводимой испарением.

При неизменной нагрузке и повышении температуры окружающей среды уменьшается доля явного теплоотвода, а теплоотвод испарением возрастает при практически неизменных общих тепловыделениях. При температуре воздуха и ограждений, равной температуре тела (кожи) человека, вся теплота из его организма будет отводиться испарением, а если температура помещений и ограждений больше температуры человека, то испарением должна будет отводиться не только выделяемая организмом теплота, но и теплота, переходящая от воздуха и ограждений к человеку конвекцией и радиацией.

В случае высоких значений температуры и влажности окружающего воздуха теплоотвод от тела может быть увеличен путем повышения скорости воздушного потока около человека. При этом возрастают как явный (из-за увеличения коэффициента теплоотдачи), так и скрытый (из-за сдувания пленки насыщенного пара) теплоотвод от тела человека. Однако при температуре воздуха более 33 ⁰С увеличение его скорости может привести к обратному эффекту – уменьшению теплоотвода от тела человека за счет того, что конвективный тепловой поток будет направлен от воздуха к человеку.

При неблагоприятных значениях температуры воздуха, его относительной влажности и подвижности организм человека может не ощущать ни перегрева, ни переохлаждения, если температура поверхностей ограждений и окружающих предметов такова, что обеспечивает благоприятный радиационный теплообмен между телом человека и этими поверхностями. Однако достичь этого можно далеко не всегда.

Комфортное теплоощущение человека достигается только в определенных сочетаниях составляющих его параметров.

Под шумом понимается совокупность разных по силе и частоте звуков. С физической точки зрения он представляет собой механические колебания воздушной среды, носящие случайный или тональный характер. Источником их может быть любое тело, колеблющееся в определенном диапазоне частот. Звуковые колебания, распространяющиеся по воздуху, называются воздушным шумом, а в твердых телах – структурным.

При распространении звуковой волны в воздухе происходит перенос акустической энергии, количество которой и определяет силу звука. Наименьшая сила звука, при которой он воспринимается ухом, составляет 10^-12 Вт/м² при частоте 1 кГц, что соответствует уровню звукового давления в 2 × 10^-5 Па (слуховой порог). Верхний порог воспринимаемого звука (болевой порог) составляет 10² Вт/м² или 2 × 10² Па.

Человеческое ухо воспринимает звуки в области частот от 16 Гц до 20 кГц. Диапазон неслышимого звука при частотах ниже 16 Гц называется инфразвуком, а более 20 кГц – ультразвуком. По преимущественному преобладанию акустической энергии шум делится на низкочастотный (до 400 Гц), среднечастотный (от 400 до 1000 Гц) и высокочастотный (более 1000 Гц).

Интенсивный шум вредно влияет на организм человека, ухудшает здоровье и снижает работоспособность людей. Нарушается функциональное состояние центральной нервной системы, которое влечет за собой нарушение деятельности других органов и систем организма.

Шум ослабляет внимание, замедляет психические и двигательные реакции, вызывает утомление, нарушает точность движений, ухудшает остроту зрения или уменьшает его поле. При воздействии шума, превышающего 130 дБ, возникают острые головные боли, а при 140 дБ возможен разрыв барабанной перепонки. Опасность повреждения слуха при длительном воздействии шума у большинства людей возникает при уровне звука 90 дБ. При этом высокочастотный шум более неприятен, чем низко- и среднечастотный.

Инфразвук в диапазоне от 1 до 3 Гц может вызвать нарушения дыхания, от 5 до 9 Гц – болезненные ощущения в грудной клетке и животе, от 8 до 12 Гц – боли в области поясницы. Центральная нервная система особенно чувствительна к инфразвуку частотой 7 Гц, совпадающей с альфа-ритмами тканей головного мозга.

Инфразвук с уровнем 150 дБ является пределом переносимости при кратковременном воздействии.

Интенсивный ультразвук оказывает неблагоприятное воздействие на центральную нервную и сердечно-сосудистую системы организма. При этом характерны жалобы на головные боли, давление в ушах, головокружение. Общие нарушения в состоянии организма могут сочетаться с вегетативными изменениями.

Вибрация представляет собой механические колебания упругих тел, непосредственно передаваемых телу человека. Основными физическими характеристиками вибрации являются амплитуда и частота колебаний. Вибрацию с частотой до 32 Гц относят к низкочастотной, а более 32 Гц – к высокочастотной.

Тело человека представляет собой сочетание различных масс с упругими свойствами, имеющими собственные колебания разной частоты. Под влиянием вибрации может возникать явление резонанса, при котором амплитуда колебаний отдельных частей или органов тела увеличивается и может достигать критических значений. Для лежащего человека резонансная частота находится в пределах 3 – 3,5 Гц, для сидящего – 4 – 6 Гц. Для стоящего пассажира имеются две резонансные частоты 5 – 7 и 17 – 25 Гц. Явление резонанса для головного мозга наступает в области частот от 20 до 30 Гц. Резонансные частоты практически не зависят от индивидуальных особенностей человека.

Ткани человека обладают различной способностью к передаче вибрации. Наилучшими ее проводниками являются кости; суставы же являются активными гасителями колебаний.

Воздействие общей вибрации приводит к нарушению сна, повышенной утомляемости, снижению работоспособности. Очень характерны изменения в центральной нервной, сердечно-сосудистой, эндокринной и других системах организма. При вибрации наблюдается расстройство вестибулярного аппарата, ухудшение остроты и сужение полей зрения, снижение цветоразличения. Установлено, что общая вибрация усиливает неблагоприятное воздействие шума на уши.

Все живое на Земле развивается в условиях постоянно существующего электромагнитного поля. Экосфера Земли определяется электро- и магнитостатическими полями, атмосферным электричеством, радиоизлучениями Солнца, галактик и искусственно созданными полями. Так, постоянно существующий фон электромагнитных излучений за счет солнечной радиации составляет в сверхвысоком (СВЧ) диапазоне частот 10^-4…10^-6 мкВт/см² и 10^-4… 10^-5 Вт/м² - в ультравысоком (УВЧ) и высоком (ВЧ) частотных диапазонах (в периоды солнечной активности – до 1 Вт/м²). К этим величинам электромагнитных излучений организм человека адаптирован. Отсутствие электромагнитных поля также отрицательно сказывается на организме человека, как и его излишек.

Существуют различные гипотезы о механизме воздействия электромагнитных излучений.

Согласно одной из них предполагается увеличение кинетической энергии молекул (нагрев). При этом нарушаются молекулярные связи и ориентация молекул вдоль силовых линий поля.

Согласно другой гипотезе, изменение мембранного потенциала и поляризация молекул приводят к нарушению обменных процессов, расстройству нервно-эндокринной регуляции и др.

Установлено, что воздействие электромагнитных излучений снижает адаптацию организма к другим факторам окружающей среды.

Электромагнитные излучения СВЧ – УВЧ – ВЧ – диапазонов свободно проникают через жировые ткани, но интенсивно поглощаются водой. Поэтому на границах биосред возможен локальный нагрев тканей.

Изменения, возникающие в организме при продолжительном воздействии электромагнитных излучений небольшой интенсивности, разнообразны и, как правило, обратимы. При этом отмечаются некоторые нарушения центральной нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем организма. Особенно чувствительна к хроническому воздействию электромагнитных излучений малой интенсивности центральная нервная система.

Свет является энергией электромагнитного излучения определенного диапазона. Глаз чувствителен к относительно узкому участку электромагнитного спектра, соответствующему колебаниям с длиной волны от 400 до 720 мкм в

сверхвысоком (СВЧ) диапазоне частот. Центральная нервная система человека обладает способностью классифицировать распределение энергии, попадающей в глаз. Различные классы такого распределения и воспринимаются как цвета. Имеется неограниченное число распределений световой энергии, которые воспринимаются как один и тот же цвет. Глаз не разлагает свет на компоненты различной длины волны, как это делает призма. Нервная система просто классифицирует импульсы, исходящие от групп волн различной длины, и на основании опыта обозначает их как тот или иной цвет. Поэтому цвет – это психологическая характеристика, он не является свойством электромагнитной энергии, которую мы воспринимаем как свет, а представляет собой ощущение человека, вызываемое этой энергией.

Освещенность является важным психологическим фактором. С помощью освещения создаются различные условия, располагающие человека к отдыху и покою, или, наоборот, вызывающие его возбуждение.

Рекомендуются следующие уровни освещенности в пассажирском поезде: для чтения, письма – 200 – 400, при приеме пищи – 150, на ступеньках и в тамбуре – 100 лкс. В купе проводника уровень освещенности должен быть не менее 400; в туалете - 250 лкс. Уровень освещенности багажных отделений должен составлять не более 50 лкс.

Существует определенная зависимость между цветом и другими ощущениями. Так, красные, оранжевые и желтые оттенки обычно считаются теплыми, приближающими предмет и возбуждающими; фиолетовые же, синие и зеленые оттенки считаются холодными, удаляющими предмет и успокаивающими. Как правило, цвет тем холоднее, чем он ближе расположен к синему, и теплее, - чем ближе к красному. Однако более светлые оттенки цвета кажутся холоднее, чем его темные оттенки.

Химические факторы

Среди химических факторов, воздействующих на пассажира, важнейшим является состав газовоздушной среды вагона. Он представляет собой композицию из основных компонентов атмосферного воздуха, многочисленных вредных веществ от транспортных средств, материалов интерьера вагона и выделений продуктов жизнедеятельности человека.

Химический состав окружающей среды и его изменения определяют жизненные возможности человека. Так, человек может нормально функционировать при условии, если его ткани и органы получают не менее 0,25 – 0,3 л кислорода в минуту. Это осуществляется при дыхании, когда гемоглобин (дыхательный пигмент крови) в легких насыщается кислородом, превращается в оксигемоглобин и разносится по всему организму через кровеносную систему. Достигая клетки, кислород освобождается от гемоглобина, участвует в биохимических реакциях организма, превращаясь в углекислый газ. Последний,- удаляется из организма через легкие гемоглобином венозной крови. Обычно одним литром артериальной крови транспортируется до 0,2 л кислорода.

Однако гемоглобин соединяется не только с кислородом и углекислым газом, но и с другими веществами, например, с окисью углерода (угарным газом). Это соединение (карбоксигемоглобин) в 150 – 300 раз прочнее (устойчивее) оксигемоглобина. Поэтому даже маленькая (0,1%) примесь угарного газа (СО) во вдыхаемом воздухе надолго связывает бóльшую часть гемоглобина (до 80%), а это уже опасно для жизни, так как человек в этом случае погибает от удушья, не смотря на то, что кислород может поступать при этом в легкие в достаточном количестве. Аналогично действуют такие сильные окислители, как анилин, красная кровяная соль и им подобные.

Вдыхаемый человеком атмосферный воздух содержит 20,95% кислорода, 0,03 – 0,4% углекислого газа, различное количество паров воды и может иметь разную температуру. Выдыхаемый воздух насыщен парами воды, имеет температуру 35 – 37 ⁰С, 10 – 15,5% кислорода и 2,5 – 5% углекислого газа. В обычных условиях взрослый человек делает 13 – 20 вдохов в минуту, в результате чего в легкие попадает 60 – 90 л воздуха. Организм усваивает около 20% кислорода, попавшего в легкие при входе. В состоянии покоя человек поглощает около 19 л кислорода в час и выделяет 16 л углекислого газа.

Действие углекислого газа на организм человека хорошо известно. Он участвует в регуляции дыхания, кровообращения, газообмене и т.д. Его допустимая концентрация зависит от времени действия. Так, при воздействии в течение 10 минут допустима его 13%, а в течении суток – только 2,6% концентрация.

Как избыток, так и недостаток СО₂ одинаково вредно отражается на состоянии организма. При его недостатке (менее 0,03%) расстраивается работа многих жизненно важных органов. При избытке углекислого газа (более 1,5%) появляются признаки наркотического опьянения, головные боли и т.п. Установлено, что работоспособность и основные физиологические функции организма значительно не изменяются, если во вдыхаемом воздухе содержится 0,5 – 1,5% углекислого газа. Комфортное состояние по СО₂ оценивается его концентрацией, равной 0,04 – 0,5%.

Биологическое действие азота, содержащегося в воздухе, до сих пор полностью не установлено. Некоторые исследователи считают, что азот (как и входящие в состав атмосферного воздуха аргон, неон, гелий, криптон, водород и ксенон) биологически инертен.

Наличие в воздухе сернистого газа (SO₂) и соединений серы в количестве более 0,05 мг/м³ (среднесуточная концентрация) оказывает на человека токсическое воздействие. Его разовая допустимая концентрация – 0,5 мг/м³.

Влияние не организм человека окиси углерода (СО) отмечено выше. Предельно допустимая концентрация СО: разовая – 3 мг/м³, среднесуточная – 1 мг/м³. Окись углерода легче воздуха, поэтому она скапливается в верхней части помещения.

Токсическое воздействие на организм человека оказывают также аммиак, фтористый водород, пары свинца и ртути и другие вещества, входящие, в частности, в состав пыли (например, SiO₂).

Основным источником изменения химического состава воздуха в помещениях с ограниченным воздухообменом является человек. Состав газообразных продуктов жизнедеятельности человека достаточно сложен и до конца не расшифрован и не изучен. Воздушная среда невентилируемых помещений ухудшается пропорционально числу лиц, находящихся в нем, и временем их пребывания. В выдыхаемом воздухе, кроме углекислого газа и окиси углерода (что уже отмечалось), содержатся ацетон (от следов до 100 мг/м³), различные органические кислоты, углеводороды и другие вещества. Всего на сегодня в выдыхаемом воздухе идентифицировано до 250 различных химических веществ.

Через кожные покровы человека выделяются муравьиная, валерьяновая, пропиленовая кислоты, которые при взаимодействии с аминами, альдегидами и аммиаком образуют специфический запах пота. Из мочи и фекалий в воздух помещения выделяются аммиак, амины, органические кислоты, индол, скатол, сероводород. При порче пищевых продуктов в окружающий воздух поступает также много разнообразных химических веществ, в том числе окись углерода и акролеин.

Источником окиси углерода и других вредных веществ в помещениях с ограниченным воздухообменом является табачный дым. С ним выделятся в воздух свыше 100 различных химических веществ, в том числе акролеин, углекислый газ, сероводород.

Холодильные установки систем рефрижерации и кондиционирования воздуха являются потенциальными источниками появления в помещениях фреонов, которым сопутствуют фтористый водород, фторфосген, тетрафторфосген.

Химические свойства полимерных материалов (поливинилхрорида, фенолформальдегида, стирола, полиолефина, эпоксидных смол, капрона, кремнийорганических полимеров, фторопласта, резины, лаков, красок и др.), которые широко используются для отделки интерьеров вагонов, способствуют выделению в окружающую среду токсических веществ, как в результате своего старения, так и в чрезвычайных обстоятельствах (например, при пожарах).

Скорость старения полимерных материалов находится в прямой зависимости от интенсивности воздействия физических, химических, биологических, механических и других факторов (тепла, света, ультразвука, ионизирующих излучений, кислот, щелочей, микроорганизмов, вибрации и пр.). Так при повышении температуры до 60 ^оС и выше многие полимерные материалы разлагаются с выделением альдегидов, кетонов, перекисей, спиртов, эфиров и пр. Состав и количество этих соединений зависят от химического состава исходных материалов и температуры нагрева. При этом часто химические вещества в результате термоокислительной деструкции полимеров, оказываются более токсичными, чем исходные продукты, входящие в состав полимерной композиции.

Большое значение при формировании химического состава воздуха в вагоне имеют лакокрасочные материалы, которые постепенно выделяют в воздух до 10% летучих веществ. Наиболее распространенные из них – ксилол, толуол, ацетон, бензол, скипидар и другие соединения, имеющие относительно высокую упругость паров. Краски, имеющие в своей основе эпоксидные смолы и поливинилацетат, являются источниками выделений вредных веществ (таких, например, как эпихлоридгидрин).

Биологическое действие вредных веществ в наибольшей мере определяется их концентрацией в воздухе, а также растворимостью их в крови и тканях человека. Большинство вредных веществ, входящих в атмосферу помещений с ограниченным воздухообменом, обладают общетоксическим действием. К ним относятся: ароматические углеводороды и их амидо- и нитропроизводные (бензол, толуол, ксилол, нитробензол и др.). Раздражающим действием обладают кислоты, щелочи, а также хлор-, фтор-, серо- и азотосодержащие соединения. Все эти вещества вызывают воспалительную реакцию органов дыхания, кожи и слизистых оболочек глаз. Альдегиды даже после непродолжительного воздействия вызывают повышенную чувствительность организма к ним. Это различные кожные реакции, астматические явления и т.п.

Полициклические ароматические углеводороды типа 3, 4 – бензопропилена, 1, 2 – бензантрацена, входящие в состав выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, способствуют развитию злокачественных опухолей.

Гидроксиламин, формальдегид, этиленамин, органические перекиси обладают мутагенной активностью, влияют на генетический аппарат, что может неблагоприятно сказаться на потомстве первого, а иногда второго и даже третьего поколения.

Бензол, сероуглерод, сурьма, никотин, этиленамин, соединения ртути и другие им подобные вещества оказываю негативное влияние на репродуктивную функцию организма человека.

Большинство химических веществ изменяют органолептические свойства воздуха и вызывают ощущения запаха по мере увеличения их концентрации. Поэтому одним из критериев допустимости той или иной концентрации вещества в воздухе является отсутствие запаха.

Таким образом, химический состав воздуха в вагоне является многокомпонентной, постоянно изменяющейся средой, от состояния которой зависит возможность длительного нахождения в ней людей без вреда для здоровья.

Биологические факторы

К биологическим факторам относятся: обеспеченность пассажиров водой и пищей, наличие вредных микроорганизмов в воздухе, воде и помещениях, а некоторых случаях – организмов живой природы (насекомых, растений и пр.), образующие вместе с пассажирами единую экологическую систему.

Поскольку влияние биологических факторов строго индивидуально, то при их рассмотрении вводится понятие «современного стандартного человека». Это человек ростом 170 см, массой 70 кг, с поверхностью тела в 1,8 м² и продолжительностью жизни в 70 лет. Его организм состоит из воды (40 – 48 кг, или 57 – 66% массы тела), белка (10 кг, или 14% массы тела), жира (7 кг, или 10% массы тела), углеводов (0,7 кг, или 1% массы тела) и золы (3,5 кг, или 5% массы тела).

Из элементов, образующих тело человека, самую важную роль играют кислород, углерод, водород и азот. Они составляют практически всю массу человека. Кальция и фосфора в организме человека – почти 2 кг. Калия, серы, натрия, хлора содержится по нескольку десятков граммов, железа же – около 6 г.

Энергетические затраты на пластические построения, возобновление тканей тела и регуляцию функций организма (табл. 4.1) осуществляются за счет питания. Это важная составляющая часть обмена веществ.

Табл. 4.1. Расход энергии при различных видах деятельности человека

№	Вид деятельности	Расход энергии, кКал/ч
1 2 3 4	Сон Легкая сидячая работа Легкая физическая работа Тяжелая физическая работа	58 – 61 100 – 112 350 – 500 500 – 750

Дневной рацион питания (в граммах) при ненапряженной физической работе по главнейшим продуктам составляет:

- мясо (мясные продукты) – около 200;

- молоко или соответствующие ему молочные продукты – около 500;

- хлеб и хлебные изделия – 300 – 500;

- сахар – 50 – 100;

- картофель – около 300;

- прочие овощи – 400;

- крупы – 40;

- растительное масло – 20 – 30;

- животные жиры, кроме входящих в другие продукты – 10 – 15;

- яйца – 1 шт. на два дня.

Питьевая норма (минимально необходимое организму суточное количество воды, при котором не нарушаются процессы жизнедеятельности) для взрослых в условиях умеренного климата составляет около 2,5 л в сутки (35 – 40 мл на килограмм массы тела), при физической работе средней тяжести – до 5 л, при тяжелой работе на открытом воздухе – до 6,5 (от режима и объемов потребления воды зависит и нагрузка на почки: при обильном неумеренном питье мочеотделение может увеличиться в 10 раз). При этом приблизительно половина объема поступает в организм в виде так называемой свободной жидкости (чистая вода, напитки, супы и т.п.), а вторая – в составе самих пищевых продуктов. Частично организм покрывает свою потребность в воде за счет ее высвобождения в виде внутриклеточных обменных процессов (около 400 мл за сутки).

Из нормального организма за сутки в среднем выводится до 1,5 л воды с мочой, 0,2 л с калом; 0,5 – 1,0 л испаряется через кожу. Общее количество потребляемой воды зависит от климатических условий, интенсивности физических нагрузок и других факторов.

Ввиду особого значения питьевой воды для жизни человека стандартами (регламентами, ГОСТами и др. нормативными актами) предусматривается: жесткость воды должна быть не более 7 мг/экв/л; содержание свинца – 0,1, мышьяка – 0,05, меди – 1,0, цинка – 5,0, железа – 0,3, хлора – 0,5 – 6,3, фтора – 0,7 – 1,5 мг/л. Недопустимо биологическое загрязнение воды возбудителями инфекционных болезней. Вода считается безопасной для питья, если ее микробное число (общее количество бактерий в 1 мл) не превышает 100 единиц, а если коли-титр (объем воды, в котором обнаруживается 1 кишечная палочка) и коли-индекс (количество кишечных палочек в 1 л воды) – соответственно 300 и 3 единиц.

Скорость обмена веществ для поддержания жизнедеятельности современного стандартного человека приведена в табл. 4.2, а общий баланс – в табл. 4.3.

Табл. 4.2. Скорость обмена веществ современного стандартного человека

Вещество	Скорость обмена, кг/день
Выделение водяного пара Потребление кислорода Выделение углекислого газа Выделение волы в процессе обмена веществ Потребление сухой пищи Выделение мочи Выделение кала Выделение твердых остатков от пищи Превращение в углекислый газ углерода из пищи Превращение в воду водорода из пищи Потребление воды из пищи Общий выход воды Общее потребление воды (чистая вода и пища)	1,0 0,9 1,0 0,18 0,6 1,3 0,2 0,04 0,28 0,2 0,45 2,48 2,5

Табл. 4.3. Общий баланс обмена веществ стандартного человека

Поступление		Выделение
Вещество	Количество, кг/день	Вещество	К-во, кг/день
Пища сухая Кислород Вода	0,6 0,9 2.0	Углекислый газ Водяной пар Кал Моча	1,0 1,0 0,2 1.3
Σ	3,5	Σ	3,5

Из биологических загрязнителей особую опасность представляют возбудители инфекционных и паразитарных болезней. Кроме того, социальную значимость могут приобретать и загрязнения среды возбудителями болезней животных, вредителями и конкурентами сельскохозяйственных растений. Все они способны опосредовано влиять на здоровье человека.