Гигиенические методы исследования воздушной среды и радиации

Тема 1. Гигиеническая оценка физических свойств воздушной среды.

Для оценки физических свойств воздуха измеряются: темпе­ратура, влажность, скорость движения воздуха и температура окружающих предметов. Для открытой атмосферы можно полу­чить готовые данные метеорологических станций.

На основе полученных сведений определяют суммарный теп­ловой эффект метеофакторов однонаправленного действия, вы­ражая тепловое состояние среды комплексным показателем (К.П), например в градусах эффективных (ЭТ), результирую­щих (РТ), или радиационно-конвекционных (РКТ) температур. Первые два показателя вычисляются в пределах шкалы от О до 38° (ЭТ, РТ). При отрицательных температурах и радиации используют радиационно-конвекционную температуру, найден­ную по шаровому термометру. При отсутствии мощных источ­ников излучения оценка теплового состояния среды как при по­ложительных, так и при отрицательных температурах ведется по кататермометру.

Оценка комплексных показателей производится путем их со­поставления с комфортными величинами, найденными по урав­нению теплового баланса при известных теплозащитных свой­ствах одежды и уровнях теплообразования, или по номограм­мам, сравнивая КП с зоной комфорта.

1.1. Методики определения отдельных метеофакторов.

Поскольку в СССР нормирование теплового состояния среды до сих пор ведется по отдельным показателям, предварительно они определяются и оцениваются раздельно. Они служат также исходными для последующих вычислений комплексных показа­телей.

Ниже приводится краткое содержание первого занятия(са­мостоятельная работа студентов).

Изучается температурный режим в помещении (детский сад, школа). Измеряется температура воздуха и его влажность од-

ним из методов (по психрометру Августа или Ассмана). Вычис-лятся абсолютная и относительная влажность воздуха, физио­логическая относительная влажность, дефицит насыщения, фи­зиологический дефицит насыщения и находится по таблице тем­пература точки росы; определяется скорость движения воздуха с помощью кататермометра и анемометров в вентиляционных отверстиях (форточках и др.)- На основе данных о повторяе­мости ветров за один год составляется «роза ветров» и в соот­ветствие с него указывается правильное взаимное расположение промышленной зоны и жилой зоны с детскими учреждениями. С помощью шарового термометра производится измерение ра-диационно-конвекционной температуры и вычисляется средняя радиационная температура (по помограмм'е).

1.1.1. Измерение температуры воздуха.

Для измерения температуры воздуха наиболее часто исполь­зуются жидкостные термометры. В зависимости от целен и за­дач исследования могут применяться также термопары, термо­метры сопротивления и другие методы. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки и, соответственно, свою об­ласть применения.

Температуру воздуха целесообразно измерять прежде всего в зоне пребывания людей. В жилых помещениях измерение про­изводят на высоте 1,5 м от пола и на расстоянии не менее 1,5 — 2,0 м от наружных стен и нагревательных приборов. Для про­верки равномерности в помещении измеряется температура в 6— 9 точках: по вертикали — на высоте 10—15 см от пола, на вы­соте 1 м и на уровне 1,5 м. Разница температур по вертикали не должна превышать 2—3° на каждый метр высоты; по горизон­тали— в центре помещения и на расстоянии 0,2 м от наружной и противоположной внутренней стены. Разница также не должна превышать 2—3°. Для характеристики устойчивости темпера­турь ее измерение производится 3—4 раза в сутки. Требова­ниями к отоплению жилищ допускаются колебания температуры за сутки не более 4—6° в помещениях с печным отоплением и не более 2—3° при центральном отоплении.

Вычислив среднюю температуру воздуха, разность темпера­тур по вертикали и по горизонтали помещения, а также устано­вив колебания ее во времени, дается найденным величинам со­ответствующая оценка.

1.1.2. Методики исследования влажности воздуха.

Влажность воздуха принято характеризовать несколькими показателями.

Абсолютная влажность- количество водяных паров в единице объема воздуха (в граммах на 1 м³). Чаще же ее выражают величиной парциального давления (упругостью), то есть топ частью общего давления атмосферы, которая зависит

от наличия водяных паров и измеряется в миллиметрах ртут­ного столба (или в миллибарах).

Максимальная влажность — наибольшее количество водяных паров, которое может содержаться в воздухе при дан­ной температуре, то есть при насыщении. Величины максималь­ной влажности зависят только от температуры воздуха, они точно определены и измеряются в тех же единицах, что и абсо­лютная влажность.

Относительная влажность представляет собой от­ношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах. Следовательно, она характеризует степень насы­щения воздуха водяными парами.

Дефицит насыщения — разность между максимальной и абсолютной влажностью.

Физиологическая относительная влаж­ность— отношение абсолютной влажности воздуха к макси­мальной при температуре тела, выраженное в процентах.

При полном насыщении воздуха водяными парами и при от­носительно низких температурах испарение с поверхности кожи и дыхательных путей все же возможно, так как после нагрева­ния воздуха у поверхности тела и слизистых оболочек он станет более влагоемким и при данной температуре воздуха уже не на­сыщенным. Отдача тепла испарением невозможна только при 100% физиологической относительной влажности, то есть, когда воздух достигнет насыщения при температуре тела.

Количество водяных паров, которое может поглотиться еди­ницей объема воздуха после его нагревания, будет определяться физиологическим дефицитом насыщения, представ­ляющим собой арифметическую разность между максимальной влажностью при температуре 37° и абсолютной влажностью воз­духа в момент наблюдения. Данный показатель определяет воз­можность испарения влаги с поверхности тела и дыхательных путей и позволяет рассчитать долю потерь тепла испарением.

Обратные соотношения имеют место при охлаждении воз­духа. В этом случае он становится менее влагоемким, его спо­собность поглощать водяные пары постепенно уменьшается, и при пред елейной температуре он насыщается водяными па­рами. Эта температура получила название точки росы. Даль­нейшее снижение температуры приведет к конденсации влаги на поверхностях (стен, одежды, обуви), к их отсыреванию со всеми вытекающими отсюда отрицательными последствиями. Влажность воздуха чаще всего определяется с помощью спе­циальных приборов'—психрометров, гигрометров, гигрографов, полиметров и др. Определение абсолютной влажности воздуха.

а. Стационарный психрометр Августа (или модификация Крелля). В сосуд под термометром наливают воду и, следова-

тельно, увлажняют его и через 15 минут снимают показания термометров. Затем их вводят в формулу Реньо:

где: А — абсолютная влажность; М\ — максимальное напряже­ние водяных паров при температуре влажного термометра (см. таблицу1); К — коэффициент для комнатного воздуха 0,0011 и для открытой атмосферы равен 0,00074; t — температура сухого термометра; t\ — температура влажного термометра; Н — баро­метрическое давление.

Т а б л и ц;i 1

Упругость	водяных паров	при максимальном	насыщении
Температура воздуха, ° С	Напряжение водяныхпаров, мм рт. ст.		Температуря воздуха, ' С		М апряжеши: водяных паров, ми рт. ст.
—20	0,94-		+ 16		13.631
—15	14/1				t+,530
— 10	2,l5		-10		15.177
—5	3,16				lii,"t77
	4,579				17,735
+ l	4,946		2l		18,650
	5,294				19,827
	5,685				21,068
	6,101				< 22,377
	6,543		6,5		23,75t3
	7,103				25,209
	7,513				26,74
	8,045				28,35
	8,609				30,04
	9,209				3r,82
	9,844		3l		33,7
t2	10,518				35,66
l3	It,231				42,175
l4	11,987				47,067
	12,788				760,0

б. Определение абсолютной влажности психрометром Ас-

смана. Держа психрометр резервуарами термометров вниз, ув­лажняют пипеткой материю влажного термометра, заводят вен­тилятор и через 4—5 минут снимают показания термометров и вводят их в формулу Шпрунга:

A=Mi—G& &— А);- Я:755s, (И)

где А — абсолютная влажность; 0,5 — коэффициент; t — темпе­ратура сухого термометра; 1\ — температура влажного термо­метра; Я— барометрическое давление; 755—среднее баромет­рической давление.

Абсолютная влажность выражается в мм ртутного столба и в г/м³. При температуре воздуха от +15°С до +25° С эти еди-

Таблица 2 Определение относительной влажности по психрометру Августа

."С по
сухому герыо-		Температура к градусах С	по влажному ti	фмомегру
метру
l5	7,3	8,2	9,2	t0	10,9	11,8	12,6	t34	14,2	14,6
	8,0	9,0	9,9	10*8	11,8	12,6	13,5	1[4	15,2	15,6
t7	8,6	9,7	l('t,7	11,6	12,6	13,5	14t	15,3	15,3	16,ti
l8	9,3	10,4			t3,4	t3,4	15,3	16,2	16,2	17,5
l9	10,0	ll,l	1r,	13,2	14,3	15,3	16,2	t7,2	18,1	18,5
	10,6	I1,8	I1,8	l4,t)	15,r	16,1	17,1	l8,l	l8,l	19,5
2l	ll,2	12,6	13,6	14,8	15,9	17,l	18,0	I9,l	20,0	20,5
	11,8	13,2		15,6	16,7	17,9	18,9	20,0	20,0	21,5
	12,5	13,8	15,1	16,4	t7,6	18,8	19,8.	20,9	20,9	20,9
	l3,t	14,5	15,9	17.1	18,4	19,6	20,7	21,9	23,0	23,5
	13,7	15,2	16,6	17,{l	19.2	20,5	20,5	22,8	22,8	24,4

Относительная влажность в процентах

l0

20 30 40

ницы с небольшой погрешностью можно считать численно рав­ными. Определение относительной влажности по таблицам 2 и 3.

В таблицах показания сухого термометра находятся в вер­тикальной графе, влажного термометра — в горизонтальной. Точка пересечения линий покажет значение относительной влаж­ности, но более точным является расчет по формуле. Определение относительной влажности по формуле.

а = ~- ШОГо

(III)

где: а — относительная влажность в процентах; А — абсолютная влажность; М- —максимальная влажность при температуре су­хого термометра.

Можно изменить последовательность определения показате­лей, характеризующих влажность воздуха, а именно: а) сна­чала по показаниям сухого и влажного термометра находят от­носительную влажность (по таблице — 2 — для психрометра Августа, или по таблице 3 — для аспнрационного психрометра Ассмана); б) по таблице 1 находим максимальную влажность при даной температуре и затем в) по формуле (III) найдем аб­солютную влажность (А), соответствующим образом преобразо­вав уравнение.

Определение относительной влажности можно провести с по­мощью гигрометра или гигрографа. Для этого предварительноТаблица 3 Определение относительной влажности в % ^п0 психрометру Ассмана

Гемиер

атура 1

ю показаниях

влажного Термометра,

=с

т°с

ПО

1!)

п

сухому

термо-

метру

Этиосительная

влажность в

процентах

6l

7l

l6

7l

со

8l

l8

4l

4l

(55

!5

t9

5{J

(i6

Кб

7l79

1G

7l

l8

{i5

9(5

l0t)

23,5

J3

3.J

ш

t7

4l

.+7

6i

fr8

2!

М

4!

ti0

надо определить относительную влажность с помощью психро­метра, настроить на эту цифру стрелку гигрометра или писчнк гигрографа и в последующем можно снимать показания, в том числе в динамике.

Получив основные данные об абсолютной и максимальной влажности, проводится вычисление дефицита насыщения Д = = М — А, физиологического дефицита насыщения — Д,_ь = Мф — А. Наконец, устанавливается точка росы. Для этого в таблице I ищут цифру, численно равную абсолютной влажности, най­денной в помещении. Против нее находится значение темпера­туры, являющейся точкой росы.

За нормальные величины относительной влажности в поме­щениях приняты 40—60%. Более высокая влажность затруд­няет потери испарением, низкая — приводит к высыханию сли­зистых, а при низких температурах — к значительному их ох­лаждению.

Измерение температуры и влажности выдыхаемого и вды­хаемого воздуха позволяет устанавливать долю потерь тепла с дыхательных путей и вводить соответствующую коррекцию на тепловые свойства одежды при отрицательных температурах внешней среды.

Для определения влажности выдыхаемого воздуха исполь-зутся термоэлектрические психрометры, — по разности темпера­тур, устанавливаемой сухой и увлажненной термопарой. Отно­сительная влажность выдыхаемого воздуха обычно принимается равной 100%. Не представляет труда измерить и температуру

l0 выдыхаемого воздуха — той же малоинерционной сухой термо­парой термоэлектрического психрометра.

1.1.3. Определение скорости движения воздуха с помощью ка­татермометра.

Держа кататермометр вертикально, опускают нижний резер­вуар в горячую воду с температурой 50—60° С до наполнения на 7г верхнего резервуара, вытирают его насухо, регистрируют время падения столбика спирта с 38 до 35° С и рассчитывают скорость движения воздуха по формуле и таблице 4.

Н:в — 0,2

м/сек,

(вычисление при скорости менее 1 м/сек), где V — скорость дви­жения воздуха в м/сек; Н — величина охлаждения кататермо­метра в милликалориях/см кв. сек.; в — разность между сред­ней температурой тела, равна 36,5° С, и температурой окружаю­щего воздуха; 0,2 и 0,4 — эмпирические коэффициенты. Величина охлаждения кататермометра «Н» вычисляется по формуле:

Т а и я и и a 4 Скорость движения воздуха по результатам кататермометрии

Н: в	Скорость, м/сек	H:0	Скорость. м,'сек
0,28	0,040	0,56	0,810
0,29	0,05r	0,57	0,866
0,30	о.оез	0,58	0,903
0,31	0,076	0,59	0,951
0,32	0,090	0,60	1,000
0,33	0,106	0,61	1,040
0,34	0,122	0,62	1,09
0,35	0,141	0,63	l,t3
0,36	0,160	0,64	I,l8
0,37	0,l8l	0,65	t,22
0,38	0,203	0.66	|,27
0,39	0,226	0,67	1,39
0,40	0,250	0,68	|,37
0,41	0,276	0,69	1.42
0,42	0,303	0,70	|,47
0,43	0,331	0,7|	1,52
0,44	0,360	0,72	r,58
0,45	0,391	0,73	1,63
0,46	0,423	o,74	1,68
o"47	0,456	0,75	1,74
0,48	0,490	o,76	1,80
0,49	0,526	0,77	1,85
0,50	0,563	0,78	1.91
0,51	0,601	0,79	|,97
0,52	0,640	0,80	2,03
0,53	0,681	0,81	2,09
0,54	0,723	0,82	2,l6
0,55	0,766	0,83	2,22

II

H~F:x, где: F — фактор кататермометра (обозначен на нем); х — время падения столбика спирта с 38 до 35° С в секундах. При средних температурах воздуха (от 18 до 20°) в поме­щениях оптимальной величиной скорости движения воздуха счи­тается 0,05—0,25 м/сек, допустимой — 0,3 м/с.

Определение скорости движения воздуха с по­мощью анемометров.

Анемометр (крыльчатый, чашечный) ставят в вентиляцион­ное отверстие лопастями перпендикулярно направлению движе­ния воздуха, включают счетчик анемометра и отмечают время вращения лопастей. Разность показаний стрелок прибора между вторым и первым отсчетом делят на число секунд вращения ло­пастей и по графику находят скорость движения воздуха в м/с.

Составление роз ы ветров.

Роза ветров — это графическое изображение повторяемости ветров по румбам (рис. 1). Для составления розы ветров надо знать повторяемость ветров за год, т.е. надо иметь сводку: по скольку дней в году дует ветер с севера, юга и т. д. На листе

Рис, 1. Пример розы ветров.

указываются румбы: С, СВ, СЗ, В, 3, ЮВ, ЮЗ, Ю. На линиях румбов от центра откладываются в определенном масштабе от­резки пропорционально числу дней (повторяемости) вет­ров, дующих из данного направления. Концы отрезков соеди­няются прямыми линиями. Штиль обозначается окружностью в центре розы ветров. Наиболее выступающая часть от центра розы ветров указывает откуда дует господствующий в этой мест­ности ветер. При планировке и строительстве населенных мест

надо так взаимно расположить жилую зону с детскими учреж­дениями и промышленную зону, чтобы господствующий ветер относил задымления от жилой зоны.

1.1.4. Определение средней радиационной температуры с по­мощью шарового термометра.

Прибор представляет собой покрытый снаружи сажей полый медный шар (или круглодонную колбу) диаметром 15 см, в ко­торый вводится термометр с удлиненным капилляром. Ртутный

№■

Ш-17-

и

am

0.79

0,70 26- J,6S SO ■ ' 3£f

■aa7 a ■ -4 Si

о 0,4й -Ю- -с,to

SO Я6-Яй

ts

id-5 О ■ •S

-ta

Рис. 2.

резервуар термометра покрывается сажей и помещается в цен­тре шара. Прибор устанавливают на высоте 1,5 м от земли, а в помещении на рабочем месте на уровне груди человека. По­казания снимают не ранее, чем через 15 минут. Вблизи шаро­вого термометра одновременно определяют температуру и ско­рость движения воздуха. Шаровой термометр показывает радиа-ционно-конвекционную температуру.

Среднюю радиационную температуру находят с помощью номограммы по показаниям шарового, обычного термометров н величине скорости движения воздуха (рис. 2). На первой (слева)

шкале номограммы находят точку, соответствующую разности по­казаний шарового и обычного термометров. Если температура ша­рового термометра выше, чем обычного, то отсчет ведут по нижней части шкалы (от нуля), а если ниже — отсчет ведут по верхней части шкалы. На горизонтальной шкале, где указана скорость движения воздуха, находят вторую точку. Соединив их прямой линией и продолжив последнюю до пересечения со второй вер­тикальной шкалой, находят поправку к показаниям шара на ох­лаждающее или нагревающее действие воздуха. Соединив най­денную на шкале 2 точку с величиной температуры, которую показывает шаровой термометр и обозначенной на шкале 4, производят отсчет средней радиационной температуры в граду­сах Цельсия (шкала 3) и соответствующую ей интенсивность излучения в кал/см кв. мин. (цифры справа на той же шкале). В дальнейшем средней радиационной температурой — /_р поль­зуются при вычислении результирующей температуры.

1.1.5. Оценка местного действия инфракрасной радиации (ИК).

Интенсивность инфракрасной радиации измеряется с по­мощью актинометра ЛИОТ (шкала от 0 до 20 калорий на см² в минуту). Местное действие ИК радиации оценивается повре­мени переносимости разной плотности теплового потока. Облу­чению подвергают наружную поверхность кисти.

Подготовив актинометр к работе, студент устанавливает его над плиткой на расстоянии, соответствующем плотности тепло­вого потока в 2, 4, 6, 8 и 10 калорий/см², мин., а другую руку располагает над источником в одной плоскости с воспринимаю­щей частью актинометра и определяет время переносимости указанных выше тепловых интенсивностей.

По окончании исследования студенты заносят полученные данные в протокол.

Заключение. Сопоставить полученные данные с гигиени­ческими нормами; указать правильное расположение жилой и промышленной зоны согласно составленной розе ветров.

Вопросы программированного контроля по теме 1

1. Приборы для измерения температуры, воздуха и правила работы с ними.

2. Приборы для измерения влажности. Особенности измерения. влаж­ности при низких температурах воздуха.

3. Гигиеническая оценка действия влажности при высоких и низких температурах окружающей среды.

4. Гигиеническое значение абсолютной, максимальной и относительной влажности воздуха. Понятие об «физиологической относительной влажности воздуха», точке росы п дефиците насыщения.

5. Значение исследований скорости движении воздуха.

6. Приборы для намерения скорости движения воздуха, их преимуще­ства н недостатки; правила работы с ними.

7. Приборы для измерения и оценки теплового действия радиации.

11Протокол	к теме 1
Наименование факторов среды	Фактические БСЛИЧЛНЫ	Норм ы
Барометрическое давление, мм рт. ст. Средняя температура воздуха в по­мещении, в "С
Максимальная разность темпера­тур: — по горизонтали помещения — по вертикали на 1 м высоты — колебания за сттки
Абсолютная влажность воздуха Относительная влажность Дефицит насыщения Физиологический дефицит насыще­ния Температура точки росы Скорость движения воздуха — в помещении — через форточку (фрамугу) — на улице Средняя радиационная температура Время переносимости тепла ИК радиации, в секундах

8. Понятие о средней радиационной температуре; способы ее определе­ния.

9. Гигнническая оценка местного действия тепла от источников большой интенсивности.

Тема 2. Комплексная оценка теплового состояния среды.

Для суммарной характеристики теплового состояния среды используются приборы (кататермометр, шаровой термометр) и методы эффективных и результирующих температур, а также некоторые другие.

1.2.1. Кататермометрия.

Нагреваемый спиртовый термометр — кататермометр пред­ставляет собой «аналог» кожи человека и остывает с 38 до 35°, то есть при средней температуре 36,5°. Методика определения

15 величины охлаждения кататермометра Н приведена выше (с. 11—12). В помещениях тепловой комфорт будет иметь место при значениях величин Н, равных 5—7 милликалорий/см². се­кунду.

Кататермометр характеризует действие температуры и ско­рости движения воздуха. Влажный кататермометр реагирует и на изменения в содержании водяных паров и чаще применяется при повышенных температурах. Величина Н для состояния ком­форта находится в пределах 18—20 милликалор./см². с, при ра­боте средней тяжести — 25, а при более тяжелой — 30 миллика-лории/см². с, (для влажного «ката»). Сухой кататермометр осо­бенно информативен при ветре и низких температурах, но при отсутствии мощных источников излучения.

1.2.2. Шаровой термометр.

Как упоминалось выше (с. 13), шаровой термометр нахо­дится под воздействием радиационного тепла окружающих пред­метов, температуры воздуха и скорости его движения, следова­тельно, интегрирует влияние радиационного и конвекционного тепла. Чаще всего он находит применение при наличии источни­ков излучения. Под влиянием тепла солнечной радиации шаро­вой термометр дает величины радиационно-конвекционной тем­пературы на 20—30° С более высокие, чем по сухому термометру и точнее характеризует тепловое состояние внешней среды. При­менение шарового термометра в помещениях также возможно только при интенсивности излучения около 0,5 калор./см². мин и при движении воздуха до 0,3 м/с. При более высоких скоро­стях движения воздуха и слабых источниках излучения он бу­дет показывать температуру воздуха.

1.2.3. Метод эффективных температур (ЭТ).

Эффективные температуры — это различные сочетания тем­пературы, влажности и скорости движения воздуха, которые вызывают одинаковые теплоощущения людей. Численно они вы­ражаются температурой насыщенного неподвижного воздуха, который вызывает такой же тепловой эффект, как и конкретные комбинации трех указанных факторов.

Метод ЭТ может быть применен при условии, что человек находится в состоянии малой активности в обычной комнатной одежде. Температура воздуха и окружающих предметов должны быть близкими между собой.

Эффективные температуры установлены в опытах на людях в тепловых камерах. Результаты наблюдений сведены в номо­грамму (рис. 3), которая используется для расчета ЭТ.

Для вычисления эффективных температур надо определить температуру (с помощью психрометра) по сухому и влажному

t6 термометрам и скорость движения воздуха — кататермометром. Точка пересечения линий, соединяющих показания влажного и сухого термометров и наклонной линии, указывающей скорость движения воздуха, будет искомой эффективной температурой (поперечные линии).

Эффективные температуры в пределах от 17,2 до 21,7° со­ставляют зону комфорта для большинства людей. Верх­ний предел, за которым наступает снижение работоспособности,