Нормы чистоты воздуха. Углекислый газ- косвенный показатель загрязнения воздуха в помещении. Существующие стандарты и нормы

Под вентиляцией (от лат.ventilatio - проветривание) понимается замена воздуха в помещении. В необходимых случаях при этом проводится: кондиционирование воздуха (фильтрация, подогрев или охлаждение, увлажнение или осушение), ионизация и т.д. Вентиляция обеспечивает благоприятные для здоровья санитарно-гигиенические условия (температуру, влажность, скорость движения воздуха и чистоту воздуха) воздушной среды в помещении, благоприятные для здоровья и самочувствия человека, отвечающие требованиям санитарных норм, технологических процессов, строительных конструкций зданий и т.д.

Основное назначение вентиляции - удаление продуктов жизнедеятельности людей и подача свежего воздуха в помещение.

Вентиляция, может быть естественной и искусственной.

При естественной вентиляции смена воздуха происходит за счет удаленных масс теплового и холодного воздуха или за счет движения наружного воздуха.

Когда необходимые метеорологические условия и состав воздуха в помещениях не могут быть обеспечены вентиляцией с естественным побуждением, эти помещения должны быть оборудованы вентиляцией с механическим побуждением. Искусственная вентиляция воздуха делится на приточную, вытяжную и комбинированную (приточно-вытяжную). С помощью приточной вентиляции в помещения принудительно подается наружный воздух, который разбавляет загрязнения и в результате подпора вытесняет его. При вытяжной вентиляции загрязненный воздух по воздуховоду поступает наружу и вследствие небольшого разрежения свежий воздух поступает через вентиляционные отверстия. Комбинированная система вентиляции представляет собой сочетание приточной и вытяжной и является наиболее эффективной.

Приточная вентиляции применяется большей частью в жилых и общественных помещениях, вытяжная вентиляция - в помещениях, имеющих источники загрязнения воздуха (санитарно-бытовые, изоляторы, буфетные), а комбинированные - в наиболее изолированных помещениях.

Система искусственной вентиляции состоит из набора элементов, включающих воздухозаборные устройства, вентиляторы, фильтры, воздуховоды, воздухораспределители, воздуховыбрасывающие шахты.

Таблица 3.1 - Классификация систем вентиляции

Оценка эффективности вентиляции может быть сделана на основании:

1) санитарного обследования вентиляционной системы и режима ее эксплуатации;

2) расчета фактического объема вентиляции и кратности воздухообмена по формулам или данным замеров;

3) объективного исследования воздушной среды и микроклимата вентилируемых помещений;

4) субъективных ощущений человека.

При гигиенической оценке воздушного комфорта имеет значение воздушный куб. Воздушный куб определяется площадью помещения и высотой.

Наиболее удобным критерием оценки химического состава воздуха является концентрация в нем углекислого газа; его предельно допустимая концентрация (ПДК) равна 0,1 % или 1 ‰.

Необходимый объем вентиляции - количество воздуха в м, которое надо подать в помещение на 1 человека в час, чтобы содержание СО 2 не превысило допустимого уровня (0,1 %).

Взрослый человек при легкой физической работе производит в течение 1 мин. 18 дыхательных движений с объемом каждого дыхания 0,5 л и, следовательно, в течение одного часа выдыхает 540 л воздуха (18*0,5*60=540 л). Так как в выдыхаемом воздухе содержится 4 % С0 2 , общее количество выдыхаемого СО 2 за 1 час составит 21,6 л.

Необходимый объем вентиляции рассчитывается по формуле:

L - объем вентиляции в м 3 /час;

k - количество литров углекислого газа, выдыхаемого одним человеком в час при спокойной работе (для взрослого - в среднем 22,6 л, для школьника примерно столько литров, сколько лет школьнику);

р - предельно допустимая концентрация углекислого газа, т.е. 1 ‰;

q - концентрация углекислого газа в атмосфере (0,4 ‰).

Для взрослого человека объем вентиляции в час равен, в среднем, 37,7 м 3 ; для первоклассника он равен 10-12 м 3 , для выпускника школы - 25-30 м 3 . Это тот объем воздуха, который нужен для нормального газообмена, хорошего самочувствия и высокой работоспособности в течение часа.

Необходимая кратность воздухообмена - сколько раз за 1 час должен полностью обновиться (смениться) воздух, чтобы на протяжении часа он соответствовал нормативам.

K - кратность воздухообмена, раз;

L - объем вентиляции в час, м 3 /час;

V - объем помещения, м 3 .

В жилых помещениях кратность воздухообмена должна быть не менее 2.

Чистота воздуха закрытых помещений оценивается не только по содержанию в нем СО 2 , но и пыли, микроорганизмов (микробное число, санитарно-показательные микроорганизмы), углеводородов и др.

В выдыхаемом воздухе, найдено более 200 различных соединений, главным образом органических продуктов метаболизма (табл. 5.1). Интегральным количественным показателем содержания этих соединений в воздухе может быть так называемая окисляемость воздуха , т.е. количество миллиграммов 02, которая необходима для окисления недоокисленных веществ ВИЧ воздуха (г / м3). Окисляемость выдыхаемого здоровым человеком, в норме составляет 15-20 мг / л. Воздух жилых помещений считается чистым, если окисляемость не превышает 5 .мг / л, умеренно загрязненным - при окисляемости 6-9 мг / л, загрязненным - если окисляемость составляет 10 мг / л и более.

Таблица 5.1

Специальные исследования (IL Никберг, 1987) показали, что количество отдельных ингредиентов (двуокиси углерода, аммиака), а также суммарное количество недоокисленных веществ в выдыхаемом воздухе (то есть, его окисляемость) существенно зависят от состояния здоровья человека, характера заболевания и степени его тяжести, курение табака, особенности обменных процессов и т.п.

Среди химических составляющих воздуха в помещении большое гигиеническое значение имеет двуокись углерода (СO 2 ). Этот газ относится к физиологически активных соединений, является возбудителем дыхательного центра и антагонистом O2, не имеет запаха и цвета, плохо растворяется в воде, вдвое тяжелее воздуха. В крови нормальный парциальное давление СО2 составляет 10 мм, а это на 8-10 мм.рт.ст, выше, чем в вдыхаемом воздухе, в котором его концентрация составляет 3,5-4,5%.

В зависимости от концентрации СО, в выдыхаемом воздухе, реакция организма человека может быть разной. Если концентрация СО2 менее 0,1%, человек чувствует себя нормально, субъективные или объективные нарушения отсутствуют. Именно эту концентрацию (0,1%) установлено как предельно допустимую для воздуха жилых помещений. ПДК диоксида углерода в воздухе лечебных учреждений равна 0,07%.

Если концентрация СО2 колеблется в пределах 0,1-0,5%. Ухудшается условно-рефлекторная деятельность (увеличивается время латентного периода реакции на зрительный или слуховой раздражитель), появляется ощущение дискомфорта, могут быть обнаружены некоторые изменения на ЭКГ.

При вдыхании воздуха, в котором концентрация СО, более 0,5% (0,5-1%), появляются первые проявления ацидоза, изменения электролитных свойств крови (увеличивается содержание Na, уменьшается содержание К в эритроцитах). Однако физическая и умственная деятельность существенно не ухудшаются, поэтому пребывание людей при такой концентрации иногда разрешается (на подводных лодках и т.п.).

Если концентрация СО2 увеличивается до 2% - нарастает ацидоз, снижается работоспособность, появляются признаки гипоксии. При таких условиях на производстве можно работать только в течение ограниченного времени - до 3-4 часов.

Если концентрация СО2 более 2% (2-7%), наблюдаются четкие субъективные и объективные проявления токсического воздействия СО2 в виде наркотического действия, неадекватного психического возбуждения, возникает тахипноэ, головные боли, головокружение, одышка. При таких условиях длительное пребывание в помещениях недопустимо (оно может быть вынужденным только в случае аварийных ситуаций, продолжаться до 60 минут и сопровождаться строгим медицинским контролем).

Пребывание в помещении с концентрацией СО2 в воздухе более 7% быстро приводит к потере сознания и смерти.

Доминирующим по токсичности компонентом среди основных источников загрязнения воздуха жилых помещений является окись углерода (СО).

Окись углерода СО представляет собой продукт неполного сгорания топлива и входит в состав всех горючих смесей. Окись углерода, проникая через легочные альвеолы в кровь, образует с гемоглобином карбоксигемоглобин. А это вызывает глубокие количественные и качественные изменения процессов транспорта кислорода к тканям, усиливает гипоксические состояния, негативно влияет на биохимические процессы организма, может привести к хроническим и острым отравлениям. Острые отравления окисью углерода в свободной атмосфере и в жилых помещениях обычно не наблюдаются. Хронические отравления возможны при концентрации, превышающей 20-30 мг / м3. Для них характерно: появление головной боли, снижение памяти, повышение утомляемости, нарушения сна и др. Предельно допустимая средняя суточная концентрация окиси углерода в атмосфере составляет 1 мг / м 3, а максимальная разовая - 3 мг / м 3.

В воздухе жилых помещений окись углерода может появляться при печном отоплении, особенно при преждевременно закрытой дымовой трубе. В современных газифицированных кухнях и ванных комнатах в результате утечки газа из сети или его неполном сгорании во время эксплуатации. На производстве окись углерода может образовываться и накапливаться в рабочих помещениях в результате технологических процессов. В табачном даме содержится около 0,5-1,0% окиси углерода. По данным ИЛ. Даценко и Р. Д. Габовича (1999г.), В газифицированных квартирах содержание СО в воздухе не только кухонь, но и в жилых комнатах может превышать предельно допустимый для атмосферного воздуха (10 мг / м3).

Источником загрязнения СО атмосферы служат выбросы промышленных предприятий, выхлопные газы автотранспорта и др. В обычном даме содержится около 3% окиси углерода в выхлопных газах при нормальном режиме работы двигателя - 7,7%. На городских улицах с интенсивным движением автомобилей и в домах, расположенных на этих улицах, при открытых окнах концентрация окиси углерода повышается до 10-20 мг / м3.

В связи с широким внедрением в народное хозяйство двигателей внутреннего сгорания, развитием автомобильного движения, авиации, использованием в сельском хозяйстве разного рода самоходных машин борьбе с загрязнением воздуха окисью углерода уделяется большое внимание.

Классификация химических факторов производственной среды:

а) по агрегатному состоянию: газы, пары, аэрозоли и смеси;

б) по происхождению (химическими классами): органические, неорганические, элементоорганическими и др.;

в) по характеру воздействия на организм человека: общетоксические, раздражающие, сенсибилизирующие, канцерогенные, мутагенные, влияющие на репродуктивную функцию, эмбриотоксические и тератогенные;

г) в зависимости от поражения органов и систем: яда политропный, нейротропного, нефротоксического и кардиотоксического влияния, а также яды крови

д) по степени токсичности: чрезвычайно токсичны, высокотоксичные, умеренно токсичные и малотоксичные;

е) по степени воздействия на организм в целом: чрезвычайно опасные (1-й класс), высокоопасные (2-й класс), умеренно опасные (3-й класс) и малоопасные (4-й класс).

Основными источниками загрязнения воздуха закрытых помещений являются атмосферный воздух, проникающий в помещение через оконные проемы и неплотности строительных конструкций, строительные и отделочные полимерные материалы, выделяющие в воздух разнообразные, токсичные для человека вещества, многие из которых являются высокоопасными (бензол, толуол, циклогексан, ксилол, ацетон, бутанол, фенол, формальдегид, ацетальдегид, этиленгликоль, хлороформ), продукты жизнедеятельности человека и его бытовых занятий (антропотоксины: угарный газ, аммиак, ацетон, углеводороды, сероводород, альдегиды, органические кислоты, диэтиламин, метилацетат, крезол, фенол и др.), накапливающиеся в воздухе невентилируемых помещений с большим числом людей. Многие вещества являются высокоопасными, относящимися ко 2-му классу опасности. Это диметиламин, сероводород, диоксид азота, окись этилена, индол, скатол, меркаптан. Наибольший суммарный риск имеют бензол, хлороформ, формальдегид. Присутствующие одновременно даже в небольших количествах, они свидетельствуют о неблагополучии воздушной среды, оказывающей отрицательное воздействие на состояние умственной трудоспособности людей, находящихся в этих помещениях.

Кроме того, выдыхаемый людьми воздух по сравнению с атмосферным содержит меньше кислорода (до 15,1-16%), в 100 раз больше углекислого газа (до 3,4-4,7%), насыщен водяными парами, нагрет до температуры тела человека и деионизирован в процессе его прохождения через системы приточной вентиляции из-за задержки легких положительных и отрицательных аэроионов в воздуховодах.

В воздух поступает значительное количество микробов, среди которых могут быть и патогенные. Чем больше в воздухе поме- щений пыли, тем обильнее в нем микробное загрязнение. Пыль является фактором передачи инфекционных болезней с аэрозольным механизмом распространения и бактериальных инфекций (например, туберкулеза). Пыль, содержащая плесневые грибы родов Penicillium и Mukor, вызывает аллергические заболевания.

Воздействие различных факторов на человека внутри помещения может вызвать нарушения состояния его здоровья, т.е. заболевания, связанные со зданием», например, парами формальдегида, выделяющегося из полимерных и древесно-стружечных материалов.

Симптомы заболевания сохраняются долго, даже после устранения источника вредного воздействия. «Синдром больного здания» проявляется в виде острых нарушений состояния здоровья и дискомфорта (головной боли, раздражения глаз, носа и органов дыхания, сухого кашля, сухости и зуде кожи, слабости, тошноте, повышенной утомляемости, восприимчивости к запахам), возникающих в конкретных помещениях и почти полностью исчезающих при выходе из него. Развитие этого синдрома связывается с комбинированными и сочетанными действиями химических, физических (температура, влажность) и биологических (бактерии, неизвестные вирусы и др.) факторов. Его причинами чаще всего является недостаточная естественная и искусственная вентиляция помещений, строительные и отделочные полимерные материалы, выделяющие в воздух разнообразные токсичные для человека вещества, нерегулярная уборка помещений.

Качество воздушной среды принято оценивать косвенно по интегральному санитарному показателю чистоты воз- духа - содержанию углекислого газа (показателю Петтенкофера), а в качестве предельно допустимого норматива (ПДК) использовать его концентрацию в помещениях - 1,0%с или 0,1% (1000 см3 в 1 м3). Углекислый газ постоянно выделяется в воздух закрытых помещений при дыхании, наиболее доступен простому определению и имеет достоверную прямую корреляцию с суммарным загрязнением воздуха. Показатель Петтенкофера является не предельно допустимой концентрацией самого диоксида углерода, а показателем вредности концентраций многочисленных метаболитов человека, накопившихся в воздухе параллельно с диоксидом углерода. Более высокое содержание СО2 (>1,0%о) сопровождается суммарным изменением химического состава и физическим свойством воздуха в помещении, которые неблагоприятно влияют на состояние находящихся в нем людей, хотя сам по себе диоксид углерода и в значительно более высоких концентрациях не проявляет токсические для человека свойства. При оценке качества воздуха и проектировании систем вентиляции помещений с большим количеством людей содержание диоксида углерода служит основной расчетной величиной.

Мерами предупреждения загрязнения воздуха помещений является их проветривание, если это возможно, соблюдение чистоты путем регулярной влажной уборки помещений, соблюдение установленных норм площади и кубатуры помещений, санация воздуха с помощью дезинфицирующих средств и бактерицидных ламп.

В результате в воздухе увеличивается концентрация углекислоты, появляются аммиак, альдегиды, кетоны и другие дурно пахнущие газы, увеличивается влажность, пылевая и микробная загрязненность воздуха, что в целом характеризуется как душный (жилой) воздух, оказывающий влияние на самочувствие, работоспособность и здоровье людей. Поконцентрации углекислоты в таком воздухе можно определить степень общей его загрязненности. Поэтому углекислый газ служит санитарным показателем чистоты воздуха в жилых и общественных помещениях. Воздух считается свежим, если концентрация углекислоты в нем не превышает 0,1%. Эта величина и считается предельно допустимой для воздуха в жилых и общественных помещениях.

Кроме того, следует учитывать тот фактор, что углекислый газ тяжелее воздуха и может скапливаться в нижних частях замкнутых пространств, не подвергающихся интенсивной вентиляции. Наиболее важно это для тех мест, где происходят усиленные окислительные процессы (бродильные чаны, заброшенные шахты или колодцы, на дне которых находятся гниющие или бродящие отбросы и т. д.). В таких местах концентрация углекислоты может достигать больших величин и представлять опасность для здоровья и существования человека. Если концентрация углекислого газа во вдыхаемом воздухе превышает 3% то существование в такой атмосфере становится опасным для здоровья. Концентрация СО2 порядка 10 % считается опасной для жизни (потеря сознания наступает через несколько минут дыхания таким воздухом). При концентрации 20 % происходит паралич дыхательного центра в течение нескольких секунд.

В воздухе закрытых помещений могут содержаться загрязнения бактериальной и химической природы. Они являются следствием физиологических обменных процессов человека, бытовых действий (приготовления пищи и сжигания газа в бытовых приборах). В воздух помещений может поступать также комплекс продуктов деструкции полимерных отделочных материалов и др. Наконец, газовый состав воздуха закрытых помещений определяется газовым составом приточного атмосферного воздуха и химическими веществами-загрязнителями, выделяемыми внутри помещений.

Основная причина загрязнения воздуха помещений жилых и общественных зданий - накопление таких газообразных продуктов жизнедеятельности человека (антропоксины), как углерода диоксид, аммиак, аммонийные соединения, сероводород, летучие жирные кислоты, индол и др.

Обнаружено параллелизм между накоплением углекислого газа и других примесей в воздухе помещений. Он предложил судить о мере загрязнения воздуха по величине содержания в нем углерода диоксида. В настоящее время установлено, что содержание углерода диоксида в воздухе помещений до 0,7% и даже 1% само по себе не способно неблагоприятно влиять на организм человека и что его накопление не всегда происходит параллельно с накоплением вредных веществ и запахов.

Вместе с тем незначительные концентрации углерода диоксида не всегда свидетельствуют о чистоте воздуха в помещении. Концентрация углерода диоксида может оставаться низкой при существенном загрязнении воздуха пылью, бактериями и вредными химическими веществами. Особенно в том случае, если при строительстве используют синтетические материалы, концентрация которых не всегда возрастает одновременно с увеличением содержания углерода диоксида.

Следовательно, для оценки воздушной среды и эффективности вентиляции закрытых помещений знать содержания только углерода диоксида недостаточно. На данном этапе этот показатель не способен служить эталоном качества воздушной среды закрытых помещений.

Другим критерием, характеризующим качество воздушной среды, является содержание в воздухе аммиака и аммонийных соединений. В результате детального изучения вредного влияния измененного воздуха помещений на организм человека установлена высокая активность аммиака и аммонийных соединений, поступающих с поверхности кожи человека. При вдыхании аммонийных соединений, содержащихся в воздухе помещений, в течение нескольких часов у большинства людей появлялись головная боль, ощущение усталости, резко снижалась работоспособность. У некоторых даже отмечалось болезненное состояние, подобное отравлению. При этом физические свойства воздуха оставались в пределах гигиенических нормативов.

Аммиак и его соединения в концентрациях, наблюдаемых в жилых помещениях, влияют также на слизистые оболочки дыхательных путей. Однако определение содержания аммиака не приобрело существенного значения при гигиенической оценке качества воздуха. Этот показатель лишь относительно свидетельствует о наличии газообразных продуктов, загрязняющих воздух помещений.

Для определения уровня загрязнения воздуха был предложен интегральный показатель - окисляемость. Изучение уровня загрязнения воздуха органическими веществами показало, что по величине окисляемости можно судить о его чистоте. Органические вещества воздуха также задерживаются в дыхательных путях человека и всасываются. Для оценки загрязнения воздуха органическими веществами рекомендованы ориентировочные нормативы его окисля-емости. Так, чистым считается воздух, имеющих окисляемость до 6 мг кислорода в 1 м 3 , а загрязненным - от 10 до 20 мг кислорода в 1 м 3 .

Окисляемость является относительным показателем, так как в присутствии полимеров она также может изменяться. В то же время из-за широкого применения в строительстве полимерных покрытий (конструктивные, отделочные материалы) и их способности выделять в окружающую среду химические вещества, необходимо учитывать и этот фактор воздушной среды. Продукты выделения полимеров в большинстве случаев токсичны для человека.

Для ряда веществ, входящих в состав полимерных отделочных материалов и имеющих токсические свойства, разработаны ПДК. Этим регламентировано применение полимерных отделочных материалов в строительстве жилых и общественных зданий.

Воздушный куб. Во время вдыхания организм человека в течение 1 ч усваивает почти 0,057 м 3 кислорода, а во время выдоха выделяет 0,014 м 3 углерода диоксида. Если человек будет находиться в закрытом помещении, то естественно, что содержание кислорода уменьшается, а концентрация углерода диоксида возрастает. Но это положение справедливо лишь для герметически закрытых помещений. В обычных жилых и общественных зданиях за счет инфильтрации наружного воздуха через неплотно подогнанные окна и ограждения всегда происходит полуторакратный обмен воздуха. Однако, невзирая на обмен воздуха, человеку обычно бывает душно в закрытых помещениях. Жалобы на духоту, недостаток кислорода высказывают во время пребывания как в помещениях с естественным обменом воздуха, так и в домах, оборудованных разными системами вентиляции, включая, кондиционирование. Хотя содержание кислорода в закрытых помещениях отвечает естественному, воздух в них воспринимается человеком как несвежий. Возникает вопрос о причинах этого явления. Разве в закрытых помещениях недостаточно количество приточного свежего воздуха? Сколько вообще нужно человеку воздуха? Рекомендуемая величина объема свежего воздуха, которую следует подавать в помещения, определена на основании количества углерода диоксида, выделяемого в процессы дыхания человека за единицу времени. Эта начальная величина, входящая в расчеты объема вентиляционного воздуха, зависит от многих переменных составляющих: температуры воздуха помещений, возраста человека, его деятельности. При температуре воздуха в помещении 20 °С взрослый человек выделяет в среднем 21,6л углерода диоксида за 1 ч, находясь в состоянии относительного покоя. Необходимый объем вентиляционного воздуха для одного человека при этом будет составлять (при ПДК 0,1% по объему и содержанию углекислого газа в атмосферном воздухе 0,04%) 36 м 3 /ч. Если изменить любую из начальных величин, а именно, принять ПДК содержания углерода диоксида в воздухе жилых помещений за 0,07%, тогда необходимый объем вентиляции возрастет до 72 м 3 /ч.

В современных городах, где основными источниками С02 являются продукты сжигания топлива, норма, предложенная М. Петтенкофером (0,07%) еще в XIX в., теряет значение, так как повышение концентрации его при этих условиях лишь свидетельствуют о недостаточной вентиляции помещения. Тем не менее, содержание углерода диоксида как критерий качества воздуха сохраняет свое значение и его используют при расчетах необходимого объема вентиляции.

Отсутствие четко установленных и общепринятых нормативов допустимого содержания в воздухе различных помещений пыли и микроорганизмов не дает возможности широко применять эти показатели для нормирования воздухообмена.

Величины рекомендованного объема вентиляции очень вариабельны, так как на порядок отличаются между собой. Гигиенистами установлена оптимальная цифра -200 м 3 /ч, соответствующая строительным нормам и правилам, - не менее 20 м 3 /ч для общественных помещений, в которых человек находится беспрерывно не дольше 3 ч.