2.3 Комплексные показатели физиологического комфорта

Комплексные показатели физиологического комфорта.

Для характеристики физиологического комфорта в биометеорологии принято использовать различные эмпирические индексы и показатели, а также сочетания различных метеорологических параметров (Тунеголовец В.П., 1999).

Степень дискомфорта, возникающего от избытка тепла, обычно оценивается с помощью одного или нескольких биометеорологических температурных индексов. Наиболее употребительной служит эффективная температура (ЭТ). Она представляет собой температуру неподвижного воздуха, насыщенного водяным паром, в котором человек испытывает субъективно такое же ощущение комфорта, как и в среде, для которой находится эффективная температура. В публикациях приводится информация по крайней мере о семи расчетных формулах для определения ЭТ.

В умеренной климатической зоне дискомфорт чаще создается под влиянием холода, чем тепла, и несмотря на это эффективная температура может подниматься, особенно в субтропическом и морском климате России до значений наблюдаемых в тропиках.

Одним из наиболее широко используемых индексов для оценки влияния климата на комфортность организма человека является эффективная температура, определяемая по формуле Миссенарда.

Эффективная температура рассчитывается как без учета ветра, так и с учетом по формулам (25) и (26):

ЭТ₁ = Т_а – 0,4 (Т_а - 10) (1- RH/100) (25)

ЭТ₂ = 37 - (37-Т_а).(0,68-0,0024*RH + 1/(1,78+1,4v^0,75)) – 0,29Та(1- RH/100) (26)

где Т_а – температура сухого термометра, °С, RH – относительная влажность, %, v – скорость ветра, м/с.

Формула для расчета ЭТ₂ была уточнена Тунеголовцем В.П., так как расчет по ней не обеспечивает равенства ЭТ₂=Т_а при отсутствии ветра и относительной влажности воздуха 100%.

Ценность ЭТ как биоклиматического показателя (независимо от того, как ЭТ рассчитывалась — с учетом или без учета скорости ветра) состоит в том, что ее можно использовать не только при оценке тепловой нагрузки, но и в условиях холода.

Том (Thom, 1959) предложил показатель дискомфорта, названный им температурно-влажностным индексом (ТВИ). Он предназначается для оценки летних условий в США и часто записывается в виде:

ТВИ₂ = 0.4 (T_а + T_wb) + 4.8 (27)

Здесь T_а и T_wb - соответственно температура воздуха (показатель сухого термометра) и показание смоченного термометра по шкале Цельсия.

Очень близкие по значениям дает оценку дискомфорта формула Дж. Тенниебаума и др.

ТВИ₃ = (T_а + T_wb)/2 (28)

Оба индекса при отсутствии ветра и одинаковых тепловых нагрузках имеют небольшое отклонение от порогового значения ЭТ, равного 24 °С. Когда ТВИ₂=21.0 и ТВИ₃=21.3 около 10% испытываемых считает, что они находятся вне зоны комфорта. Эта доля увеличивается до 50% при ТВИ₂=23.9 и ТВИ₃=23.9 и до 100% ТВИ₂=26.1 и ТВИ₃=26.7.

Оценка дискомфорта, возникающего вследствие влияния холода, производится обычно по формулам, представляющих собой функции температуры воздуха и скорости ветра (v). В литературе приводится формула Бодмана для расчета жесткости погоды в зимний период.

S = (1-0.04Т_а) (1+ 0.27v) (29)

Из формулы Бодмана следует, что при Т_а = -24 °С и v=0 увеличение скорости ветра на 1 м/с эквивалентно понижению температуры на 2.8 °С. А при Т_а =-24.0 °С и v=10 м/с увеличение скорости ветра на 1 м/с равнозначно понижению температуры на 3.4 °С. Жесткость погоды, определенная по формуле Бодмана, характеризует климат по восприятию его человеком. Несмотря на низкую температуру воздуха в Якутске, Верхоянске (полюс холода), жесткость погоды в этих районах около 5 единиц (Т_а = -60.2 С, v = 2 м/с, S = 5.2). На тихоокеанском побережье при температуре воздуха всего лишь -20 °С и -24 °С жесткость погоды больше, чем в Восточной Сибири. Так, в г. Владивостоке при температуре -23.6 °С и скорости ветра 13.5 м/с жесткость погоды почти в два раза выше (S=9.0), чем в Верхоянске.

Жесткость погоды может также характеризовать ветровой индекс охлаждения, введенный Сайплом и Пасселом (Siple, Passel, 1945). Ветровой индекс охлаждения (ВИО) определяется как количество тепла, которое атмосфера способна принять от единицы площади поверхности. Формула была выведена на основании проведенных в Антарктиде экспериментов по исследованию скорости замерзания воды в небольших цилиндрах. К сожалению, расчетная формула (7’) не обеспечивает достижения результатов, приведенных в авторском исследовании в графическом виде. Уточненный Тунеголовцем В.П. вариант формулы имеет вид (7):

ВИО_СП = 0.0548(100 v + 10.45 – v^2.378) (33 - T_а), (30)

где: ВИО_СП - скорость охлаждения под влиянием ветра, ккал/(м² ч). Ветровой индекс охлаждения характеризует степень охлаждения без учета испарения.

Существует вариант расчета силы охлаждения кожи с помощью данных о температуре воздуха по смоченному термометру (X. Леманн):

ВИО_Л = (0.37 + 0.51 v^0.63)(36.5 - T_wb) (31)

или с помощью данных о температуре воздуха по сухому термометру (Хилл)

ВИО_Х = (0.14 + 0.47 v^0.5)(36.5 – T_а) (32)

Значения ВИО_Л и ВИО_Х, определяемые по формулам (8-9), представляются в мкал/см² с.

При ВИО_СП, превышающем 1400 ккал/(м²ч) или 388.9 мкал/(см²с), отмечаются случаи обморожения человека при нахождении его на открытом воздухе, при значениях ниже - случаи обморожения практически не фиксировались.

В отечественной практике оценка дискомфорта, возникающего вследствие влияния холода и ветрового воздействия, производится обычно по формулам, предложенным в работах В. Н. Адаменко и К. Ш. Хайруллина:

Т_пр = Т_а – 8.2 v^0.5 (33)

При расчете приведенной температуры, помимо скорости ветра, может быть учтена и солнечная радиация, смягчающая степень дискомфорта:

Т_пр1 = Т_а – 8.2 v^0.5 +2.5 B₀/(0.04+0.01*exp^v/3) (34)

где В₀ – радиационный баланс поверхности тела человека, Дж/см².

Еще один подход для оценки влияния климата на тепловое состояние человека предложен Русановым В.И. Им в качестве показателя изменчивости погоды предложен индекс, который определяется как отношение числа контрастных смен периодов с однотипной погодой к общему числу дней в рассматриваемом периоде и выражается в процентах. В зависимости от значения индекса выделены типы изменчивости погоды: 00—20 % очень устойчивая, 21—35 % устойчивая; 36—50 % изменчивая, больше 50 % сильно изменчивая погода. В основу типизации положена связь частоты патологических реакций у больных гипертонической болезнью с индексом изменчивости погоды. Частота появления патологических реакций у этих больных может увеличиваться в 2-3 раза и более в зависимости от типа изменчивости погоды.

Исследования, проведенные Тунеголовцем В.П., показали, что для теплого периода года для территорий Приморского края и Сахалинской области, а также акваторий Японского и Охотского морей может быть применен любой из показателей: ЭТ₁, ЭТ₂, ТВИ₂ и ТВИ₃. Результаты расчета для одного и того же пункта существенных отличий по различным формулам не обнаруживают. Для холодного периода года однозначного решения не существует. Значения ветрового индекса охлаждения (ВИО) для одного и того же пункта могут отличатся в 5-8 раз. Значения эффективной температуры, рассчитанные без учета охлаждающего влияния ветра, представляются заниженными. Более близкие значения показателей дискомфорта дают результаты расчетов приведенной температуры Т_ПР и эффективной температуры, рассчитанной с учетом охлаждающего влияния ветра (ЭТ₂). Охлаждающее влияние ветра в различных формулах учитывается не одинаково. По величине наименьшего различия более близкие характеристики учета охлаждающего влияния ветра показывают формулы для расчета эффективной температуры с учетом ветра (ЭТ₂) и приведенной температуры Т_ПР (различия в пределах 10-12%).

Высокая скорость охлаждения, кроме случаев экстремально низких температур и больших скоростей ветра, может наблюдаться даже в районах с морским и умеренным климатом. ВИО_СП может иметь одни и те же значения при самых различных комбинациях скорости ветра и температуры воздуха. Например, при температуре —6,7 °С и скорости ветра 22 м/с охлаждение будет таким же, как и при температуре -18,9°С и скорости ветра 4,6 м/с (1400 ккал/(м²ч) или 388.9 мкал/(см²с)).

Экстремальные значения индексов физиологического комфорта в теплый период года в Приморском крае практически на всей территории превышают уровень, при котором 100% испытываемых считают, что находятся вне зоны комфорта (температурно-влажностный индекс ТВИ₁ меньше 79 отмечен только на четырех станциях из 60). Число таких пунктов в Сахалинской области намного меньше, расположены они в основном на о. Сахалин.

В холодный период года на 50% пунктов Приморского края и 56% Сахалинской области эквивалентная температура ЭТ₂ ниже 50 °С, а приведенная температура Т_ПР на 33% пунктов Приморского края и 76% Сахалинской области ниже 60 °С. Индекс суровости климата превышает 15 баллов на 25% и 76%, соответственно.

Для оценки физиологического комфорта В.П. Тунеголовцем предложен индекс, содержащий оценку частоты (F) наступления за год экстремальных метеорологических условий, представляющих опасность для здоровья человека. В качестве опасных для здоровья человека условий погоды приняты: перепады атмосферного давления (∆р - более 10 гПа/3ч – удвоенное значение особо неблагоприятных перепадов давления по медицинской типизации, сочетание высоких температур воздуха и высокой влажности (эквивалентная температура ЭТ₂ более 27  С – умеренные и высокие тепловые нагрузки, приводящие к полной потере работоспособности человека умеренных широт), сочетание низких температур и сильного ветра (эквивалентная температура ЭТ₂ менее –55  С – возрастающая угроза обморожения).

Из теории “Безопасности жизнедеятельности” наиболее распространенной оценкой опасности является риск. Частота реализации опасностей определяется как риск. Т.е., новый индекс может быть определен как риск наступления опасных для здоровья и безопасности жизнедеятельности погодных условий, или что тоже самое, как показатель агрессивности атмосферной среды. Количественно показатель агрессивности атмосферной среды равен сумме рисков от каждого из потенциально опасных явлений погоды, т.е. ПААС = F(∆р)+ F(ЭТ_2Л) + F(ЭТ_2З)

На рис. 16 представлено распределение показателя агрессивности атмосферной среды. Для наглядности значения показателя увеличены на 10³.

Рис. 16. Распределение показателя агрессивности атмосферной среды для территории Сахалинской области (*10³).

Северная часть о. Сахалин характеризуется значениями ПААС, в 4-5 раз превышающими значения показателя в южной части острова – факт не вызывающий сомнения у местного населения об исключительной суровости климата именно в северной части острова.

Гигиеническое нормирование параметров микроклимата производственных помещений.

Нормы производственного микроклимата установлены системой стандартов безопасности труда ГОСТ 12.1.005—88 “Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны”. Они едины для всех производств и всех климатических зон с некоторыми незначительными отступлениями. В этих нормах отдельно нормируется каждый компонент микроклимата в рабочей зоне производственного помещения: температура, относительная влажность, скорость воздуха в зависимости от способности организма человека к акклиматизации в разное время года, характера одежды, интенсивности производимой работы и характера тепловыделений в рабочем помещении.

Для оценки характера одежды (теплоизоляции) и акклиматизации организма в разное время года введено понятие периода года. Теплый период года характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха +10 єС и выше, холодный —ниже +10 єС.

По интенсивности тепловыделений производственные помещения делят на группы в зависимости от удельных избытков явной теплоты. Явной называется теплота, воздействующая на изменение температуры воздуха помещения, а избытком явной теплоты—разность между суммарными поступлениями явной теплоты и суммарными тепловыми потерями в помещении. Явная теплота, которая образовалась в пределах помещения, но была удалена из него без передачи теплоты воздуху помещения (например, с газами от дымоходов или с воздухом местных в отсосов от оборудования),при расчете избытков теплоты не учитывается. Незначительные избытки явной теплоты — это избытки теплоты, не превышающие или равные 23 Вт на 1 м³ внутреннего объема помещения. Помещения со значительными избытками явной теплоты характеризуются избытками теплоты более 23 Вт/м³.

Интенсивность теплового облучения работающих от нагретых поверхностей технологического оборудования, осветительных приборов, инсоляции на постоянных и непостоянных рабочих местах не должна превышать 35 Вт/м² при облучении 50 % поверхности человека и более, 70 Вт/м²—при облучении 25...50 % поверхности и 100 Вт/м²—при облучении не более 25 % поверхности тела.

Интенсивность теплового облучения работающих от открытых источников (нагретого металла, стекла, открытого пламени и др.) не должна превышать 140 Вт/м², при этом облучению не должно подвергаться более 25 % поверхности тела и обязательно использование средств индивидуальной защиты.

В рабочей зоне производственного помещения согласно ГОСТ 112.1.005—88 могут быть установлены оптимальные и допустимые микроклиматические условия. Оптимальные микроклиматические условия — это такое сочетание параметров микроклимата, которое при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивает ощущение теплового комфорта и создает предпосылки для высокой работоспособности. Допустимые микроклиматические условия — это такие сочетания параметров микроклимата, которые при длительном систематическом воздействии на человека могут вызвать напряжение реакций терморегуляции и которые не выходят за пределы физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникает нарушений в состоянии здоровья, не наблюдаются дискомфортные тепловые ощущения, ухудшающие самочувствие и понижение работоспособности. Оптимальные параметры микроклимата в производственных помещениях обеспечиваются системами кондиционирования воздуха, а допустимые параметры — обычными системами вентиляции и отопления.