Вопрос 3.3.1. Воздушная среда

Воздушная среда из всех элементов, составляющих среду обитания и деятельности человека, является важнейшей. Из всех сред, окружающих человека, она одна служит действительно «окружающей средой», ибо непосредственно окружает человеческий организм (за исключением случаев неестественного для человека нахождения под водой). Но не только этим воздушная среда выделяется из остальных сред. Человеческий организм нуждается в кислороде воздуха постоянно и на протяжении всей своей жизни, которая просто невозможна без дыхания.

Потребность человека в воздухе составляет в состоянии покоя – 5-10 л/мин; при усилиях – около 30 л/мин; при больших усилиях – до 100 л/мин. Большая поверхность легких (до 90 кв. м) позволяет осуществлять требуемый для живого организма газообмен – поглощение кислорода и выделение углекислого газа. При этом в легких воздух нагревается и увлажняется, из него удаляются посторонние частицы.

Природный воздух представляет собой сложную динамическую систему, образованную различными газами (и парами) и находящимися во взвешенном состоянии мельчайшими твердыми и жидкими частицами – аэрозолями (пыль, дым, туман, вирусы, бактерии, споры, пыльца).

«Чистый воздух», т.е. смесь основных газов, лишенная аэрозольных и газообразных «загрязнений», является научной абстракцией, идеализацией, не встречающейся в природе, но необходимой для понимания всех других реальных состояний воздушной среды.

Важнейшей характеристикой воздушной среды является барометрическое давление, ибо разница барометрического давления и давления воздуха в альвеолах легких определяет величину газообмена. Барометрическое давление считается и называется нормальным на уровне моря (одна атмосфера) и экспоненциально убывает с высотой.

Человеческий организм естественным образом приспособлен для дыхания атмосферным кислородом (20,94%) на уровне моря. Поэтому работа при пониженном/повы­шенном барометрическом давлении меняет уровень поступления кислорода в организм и представляет опасность.

Помимо газового состава и барометрического давления важнейшей характеристикой воздушной среды служит температура воздуха. В сочетании с подвижностью (скоростью) движения воздуха относительно тела человека температура воздуха определяет характер теплообмена – нагрев или охлаждение тела человека. Заметим, что, строго говоря, нагрев или охлаждение тела определяются еще соотношением температуры поверхности тела и температуры окружающих тел, составляющих лучистый нагрев. Охлаждение тела зависит также от потоотделения, в свою очередь зависящего от относительной влажности воздуха.

Температура, подвижность и относительная влажность воздуха, а также лучистый теплообмен определяют тепловой комфорт/дискомфорт человека, находящегося в воздушной среде.

Нормальное функционирование организма без напряжения механизма терморегуляции происходит при температуре воздуха, не превышающей 27°С. Считается, что границей ухудшения умственной работоспособности является температура 28-30°С, выше которой возрастает число ошибочных реакций у операторов. При температуре 40°С и относительной влажности 70-80% темп выполнения умственной работы сокращается в два раза, резко падает сосредоточенность внимания с увеличением количества ошибок в 5-10 раз, при дальнейшем повышении температуры воздуха нарушается координация движений. Физическая работоспособность в условиях высоких температур воздуха снижается позже (начиная с температуры 35-36°С), чем умственная.

Тепловой режим помещений во многом зависит от температуры воздуха в них. В настоящее время 85% людей – уроженцев средней полосы России оценивают температуру воздуха 22°С как комфортную (в США тепловой комфорт соответствует температуре 25,5°С).

При нормировании относительной влажности в помещениях оптимальными считаются значения от 40 до 60%, допустимыми – до 75%. Превышение этих значений – как при высоких, так и при низких температурах воздуха – приводит к неблагоприятным последствиям.

Выше уже упоминалось, что неотъемлемой частью воздуха являются витающие в нем твердые и жидкие аэрозольные частицы, в большинстве своем не видимые не только невооруженным глазом, но и вообще любым оптическим прибором.

Аэрозольные частички попадают в воздушную среду разными путями: при помощи непосредственного (первичного) образования и при вовлечении (взметывании) уже существующих частиц в движение воздуха (вторичное образование).

Различают два механизма первичного образования аэрозольных частиц: при разрушении (дезинтеграции, диспергировании) сплошности твердых и жидких веществ и при соединении (конденсации) молекул ранее испарившегося вещества.

Процессы образования твердых аэрозольных частиц (пыли) при шлифовке или дроблении из-за относительной крупности частиц и благодаря отличной их видимости невооруженным глазом хорошо известны всем. Практически не видны процессы образования пыли при разрушении волокон ткани, наших собственных волос, бумаги и других материалов и предметов.

При разбрызгивании (диспергировании) жидких веществ образуется мельчайший аэрозоль из капелек жидкости, видимый (в самых крупных каплях), но не имеющий своего названия в русском языке. В английском языке такой аэрозоль называется «спрей» (spray). В последние годы с появлением импортных дезодорантов и освежителей воздуха термин «спрей» все чаще стал встречаться в русской речи.

Процессы образования конденсации аэрозоля чаще всего недоступны глазу человека (и оптическим средствам его усиления). Однако высокое содержание в воздухе аэрозоля конденсации с относительно крупными частицами мы либо ощущаем как запах, либо видим как дым (твердые частицы) или туман (жидкие частицы). Аэрозоль конденсации паров металлов образуется при сварке и является очень опасным для здоровья человека.

Мельчайшие живые организмы и их части также могут содержаться в воздухе – они называются биоаэрозолями.

Любое вещество в форме аэрозоля проявляет свои свойства, полезные или вредные, в гораздо большей степени, чем в исходном состоянии, – из-за высокой химической активности и большой суммарной поверхности взаимодействия.

Рассмотренная выше картина будет неполной, если не учитывать электрическое состояние атмосферы и связанные с ней ионизацию воздуха и электрическую заряженность аэрозолей.