CC BY
10Климатические системы: переход от санитарно-гигиенических к
физиологическим нормам
Коммерческий директор Л.Л. Гошка*,
ООО «Кола»
В предыдущей статье [1] мы рассмотрели, как решение фундаментальной части задачи влияет на решение прикладной (коммерческой) части этой же задачи. В данной статье мы продолжим рассматривать связь между фундаментальной и прикладной частями задачи обеспечения качества воздуха в помещении.
Базой для стандартов и предписаний по системам вентиляции (ОБЫ, 1998; АБИРАБ, 2004) является метод, в основу которого положена реакция органов чувств человека на воздух различного качества (сенсорная реакция). П. Оле Фангер отмечает [2], что часто встречаются высказывания о том, что сенсорные измерения более предпочтительны, чем химические измерения. На практике эта «философия» стандартов определяет невысокое качество воздуха, которым недовольно большее количество людей, чем ожидалось, что документально зафиксировано в результатах многих исследований в реальных условиях, в зданиях по всему миру, построенных согласно требованиям этих стандартов.
Таким образом, в стандартах и предписаниях по системам вентиляции физиология человека подменяется его ощущениями, а научный подход к решению проблемы обеспечения качества воздуха в помещении - решением задачи по предмету.
Например, на практике это может сводиться к следующему решению: если одной из задач государственной политики является энергосбережение, тогда для того, чтобы как можно быстрее отчитаться за проделанную работу, самым эффективным способом является отказ от вентиляции как самой энергопотребляющей системы в здании. Но так как это сделать невозможно, можно идти по простому пути снижения воздухообмена в помещении. Тем самым существенная экономия на капитальных и эксплуатационных затратах климатических систем может приводить к увеличению количества недожитых лет конечного пользователя климатических систем. При этом поставленная цель по снижению энергозатрат в здании будет достигнута, а проблема синдрома больного здания как была, так и останется самой актуальной проблемой.
Например, в журнале АВОК [3] В.И. Ливчак предлагает: «Жители, предпочитающие более высокую температуру воздуха, могут пойти на некоторое снижение воздухообмена - чтобы повысить температуру воздуха на 20С, надо снизить теплопотери, как будет показано далее, на 4,5%. Учитывая, что расход тепла на нагрев инфильтрующегося воздуха составляет примерно половину от расчетных теплопотерь, надо сокращать воздухообмен на 4,5 • 2 = 9% или менее чем на 3 м3/ч из расчетных 30 м3/ч на жителя. Это будет совсем незаметно для человека, тем более что, например, в Германии, далеко не бедной стране, расчетный воздухообмен в квартирах при расчете нагрузки системы отопления в капитально ремонтируемых домах рекомендуется принимать исходя из 20 м3/ч на жителя».
Человек, конечно, не заметит, а вот как может отреагировать на это его организм, рассмотрим далее.
Следует особо подчеркнуть, что мы попытаемся рассмотреть проблему обеспечения качества воздуха в помещении, а не решить задачу по предмету. Так как на сегодняшний день из существующего большого количества решений задач по предмету ни одно не обеспечивает качества воздуха в помещении. И дело не столько в недостатке теоретических изысканий и экспериментальных данных, сколько в методологии постановки и решения фундаментальной части задачи.
Пусть под оптимальной физиологической нормой по СО2 будем понимать такую концентрацию углекислого газа в воздухе под воздействием, которой кислотность крови может изменяться в интервале 7,35<рН<7,45. Обозначим данное состояние организма как состояние «А». При рН=7,35 и постоянном (круглосуточном и круглогодичном) воздействии углекислого газа концентрация СО2 в воздухе должна не превышать СА=380 ррт (рис. 1). Данный интервал кислотности соответствует зоне оптимума. Под допустимой (предельной) физиологической нормой будем понимать такую концентрацию углекислого газа в воздухе под воздействием, которой кислотность крови может изменяться в интервале 7,3<рН<7,5. Пусть данное состояние организма соответствует состоянию «С». Данный интервал кислотности включает в себя как зону оптимума, так и нижнюю с верхней зоны регуляции. При рН=7,3 и постоянном воздействии углекислого газа концентрация СО2 в воздухе не должна превышать Сс=426 ррт. Пусть данное состояние организма соответствует состоянию «С». Данный интервал кислотности включает в себя как зону оптимума, так и нижнюю с верхней зоны регуляции. При рН=7,3 и постоянном воздействии углекислого газа концентрация СО2 в воздухе не должна превышать Сс=426 ррт.
Если предельной
допустимой физиологической нормой при постоянном воздействии углекислого газа является концентрация СО2 в воздухе равная Сдоп=426 ppm и при данной концентрации СО2 кислотность крови будет поддерживаться на уровне рН=7,3, тогда данная физиологическая норма вытекает из законов природы и человек может ее только зафиксировать, но не изменить.
Пусть концентрация СО2 в воздухе помещения
поддерживается системой
вентиляции на уровне С1. При этом выполняется условие С1>Сдоп. Учитывая, что процесс нормализации функционирования может происходить от нескольких часов до нескольких суток.
Исходя из этого можно предположить, что и реакция организма на концентрацию СО2 в воздухе превышающую Сдоп будет происходить так же от нескольких часов до нескольких суток.
Тогда пусть кислотность крови изменяется в зависимости от изменения концентрации СО2 в воздухе помещения по закону рН=^С). Предположим, что данная зависимость линейная, т.к. в данном случае для нас принципиально важна не сама функциональная зависимость, а граничные условия этой функциональной зависимости. Пусть при времени экспозиции 1эксп=11-10 и постоянной концентрации углекислого газа в воздухе помещения С1>Сдоп кислотность крови измениться с рН=7,4 до рН=7,3. Тогда концентрацию С1 при времени экспозиции 1эксп можно определить как санитарную или гигиеническую норму по СО2. Данную концентрацию можно считать нормой только тогда, когда после воздействия данной концентрацией при времени экспозиции 1эксп минимальное время восстановления организма будет составлять 1вост^2-^, но уже при концентрации углекислого газа С2<Сдоп (рис. 2).
На наш взгляд, искусство обеспечения качества воздуха в помещении заключается в том, что используя санитарные или гигиенические нормы, можно учитывать экономическую целесообразность, не приводя к физиологическим изменениям в организме человека.
Т.е. при условии, что время экспозиции 1эксп не будет превышать допустимого времени 1доп, а время восстановления 1вост будет соответствовать времени полного восстановления функционирования организма до уровня нормы. При этом климатическая система должна соответствовать согласованному с заказчиком или конечным пользователем времени восстановления. Иначе созданная климатическая система может привести к необратимым процессам в организме человека.
i Диаг 1азон ки слотнос ти кров и ДЭ 20 05
г
1
^ 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 Концентрация углекислого газа (СО2) в атмосфере,
Рисунок 1. Изменение кислотности крови (рН) с увеличением концентрации углекислого газа в атмосфере. Предполагается, что экспозиция данной концентрации СО2 происходит круглосуточно и
круглогодично [8]
Рисунок 2. Изменение кислотности крови (рН) с течением времени 1эксп=11—10 при воздействии постоянной концентрации углекислого газа в помещении С1, ррт, и временем восстановления ^вост=^з— ^ при воздействии постоянной концентрации углекислого газа в помещении С2, ррт. Минимальное время восстановления ^осст^-^
Таким образом, физиологическую норму можно отнести к законам биосферы, а гигиеническую или санитарную нормы - к законам социосферы, и значения этих норм отличаются. Поэтому нормирование температуры и кратности воздухообмена должны быть установлены как минимально допустимые границы, а качество воздуха в помещении должны обеспечивать не нормы, а проектировщик.
Для того чтобы учесть законы биосферы, сделаем предположение, что под воздействием высокой концентрации СО2 в воздухе помещения на организм человека при переходе из состояния «С» в интервал состояния «С-й» химические реакции в организме человека из равновесного состояния переходят в разряд колебательных. Поясним свою мысль.
Ранее мы отмечали [4], что практически во всех органах человека были обнаружены патогенные биоминералы, которые в организме человека образуют активные органно-минеральные агрегаты (ОМА). Это следствие тех или иных физических, химических и биологических процессов в организме человека.
Таким образом, суть нашего предположения заключается в том, что под воздействием высокой концентрации СО2 в воздухе помещения на организм человека (дисперсную систему) при переходе из состояния «С» в интервал состояния «С - й» в организме человека выполняется условие пересыщения, которое является причиной начала процесса кальцификации [5]:
в = [Са2+]норм /[Са2+]Спред = {[Са2+] норм^К^К /[(Н+)2ПР]}Рсо2>1, (1)
где в - степень пересыщения;
[Са2+]норм - концентрация ионизированного кальция в крови при функционировании организма в режиме нормы;
[Са2+]Спред - предельное значение растворимости ионизированного кальция в крови по карбонату кальция в состоянии «С».
ПР - произведение растворимости кальцита (СаСО3), ПР = 3.8-10-9;
Краств - константа растворимости СО2 в крови, Краств=0,226 ммоль(лкПа-1) ;
К1 - первая константа диссоциации угольной кислоты, Ка1 =4,310-7;
К2 - вторая константа диссоциации угольной кислоты, ПР = 5,6110-11;
[Н+] - концентрация ионов водорода в крови; рНдоп=7,3
РСО2 - парциальное давление в крови.
При достижении организмом состояния «й» будет выполнятся условие в < 1 и процесс кальцификации закончится, но при этом значение рН среды где будет проходить процесс кальцификации будет в кислотной области и будет существенно отличатся от нормы.
Поскольку механизмы компенсации организма нацелены на поддержание постоянства рН, а не нормальных концентраций НС03- и СО2. Поэтому окончательная нормализация может произойти только тогда, когда Рсо2 и [НС03-] достигают своих нормальных значений. Поэтому механизмы компенсации организма будут стремиться вернуть организм из состояния «й» в «А», но высокая концентрация СО2 в помещении поддерживает высокое парциальное давление в крови РСО2. Поэтому организм вернется в состояние «С», и процесс кальцификации произойдет снова. Таким образом, мы получаем в открытой системе около стационарного состояния, достаточно удаленного от химического равновесия, химические колебания (рис. 3).
Пусть при изменении концентрации ССО2 углекислого газа в воздухе помещения парциальное давление крови РСО2 изменяется по закону РСО2 = f (ССО2). Условием начала процесса кальцификации в организме человека является степень пересыщения (1). Тогда, учитывая РСО2 = f (ССО2), получаем:
в=[Са2+]норм -(КгКраств- К2 ) /[(Н+)2ПР] ■ f (ССО2) при рНдоп=7,3,
т.е. изменяя концентрацию СО2 в воздухе помещения, можно управлять степенью пересыщения в организме человека по карбонату кальция и вызывать колебательные химические реакции, которые, угнетая биологические процессы, могут приводить к различным эффектам. Но вероятность возникновения различных эффектов зависит от коэффициента опасности воздействия углекислого газа. Определяется коэффициент опасности воздействия углекислого газа как
НО = Ссо2/ Ссо2 пдк,
где ССО2 - концентрация углекислого газа в помещении, ррт;
ССО2 пдк- предельно допустимая концентрация углекислого газа в помещении, ррт,
Пр[СОз2"]
Рисунок 3. Область концентраций кристаллообразующих ионов
Коэффициент опасности воздействия вещества, HQ
Рисунок 4. Зависимость изменения коэффициента опасности воздействия вещества от времени экспозиции при различных расходах наружного воздуха. Источник загрязнения в помещении отсутствует
Тогда высказывание В.И. Ливчака «надо сокращать воздухообмен на 4,5 • 2 = 9% или менее чем на 3 м3/ч из расчетных 30 м3/ч на жителя. Это будет совсем незаметно для человека», можно изобразить графически (рис. 4). Человек может и не заметить, но не его организм.
Пусть при расходе наружного воздуха Ь=30м3/ч на жителя коэффициент опасности воздействия углекислого газа за время экспозиции ^=1-, изменился с ИО0 до ЫОАБЬ и состояние организма жителя перешло из состояния «А» в состояние «С», тогда при воздействии повышенной концентрации СО2 в воздухе помещения из-за заниженного воздухообмена на 3 м3/ч на жителя со средним коэффициентом опасности воздействия углекислого газа ИОср в течение времени экспозиции 1эксп=12-11 возникает риск возникновения колебательных химических реакций в организме человека и к проявлению адаптационного синдрома. При этом мы подразумеваем, что норма в 30 м3/ч на жителя соответствует экологической обстановке на сегодняшний день, но нельзя исключать, что данная норма занижена и не отвечает современным реалиям. И все финансовые затраты по ликвидации адаптационного синдрома в организме человека будут ложиться на самих пользователей климатических систем [6, 7].
Вывод
По роду своей деятельности специалисты по климатизации зданий распоряжаются огромной свободной энергией, которая заложена в двухфазной системе, и некомпетентные действия этих специалистов могут высвободить эту энергию, которая может привести к разрушительным процессам в организме конечных пользователей климатических систем.
Литература
1. Гошка Л.Л. Энергосбережение и эффективность климатических систем //Инженерно-строительный журнал, №1/2010. СПб, 2010.
2. Оле Фангер П. Качество внутреннего воздуха в зданиях, построенных в холодном климате // АВОК, №2/2006. М., 2006.
3. Ливчак В.И. О расчете систем отопления, энергосбережении и температуре воздуха в отапливаемых помещениях жилого дома // АВОК, №2/2010. М., 2010.
4. Гошка Л.Л. Климатические системы: влияние воздуха на организм человека // Инженерно-строительный журнал, №1/2009. Спб, 2009.
5. Гошка Л.Л. Математическое моделирование и экспериментальные данные по росту кристаллов в двухфазной системе // Инженерно-строительный журнал, №4/2009. СПб, 2009.
6. Гошка Л.Л. Вам как: дешево или правильно // Журнал «С.О.К.», №9/2007. М., 2007.
7. Гошка Л.Л. Из практики по созданию СКВ и СВ. Работа с заказчиком на этапе анализа // Журнал «С.О.К.», №7/2008. М., 2008.
8. Робертсон Д.С. О том, как влияет растущий уровень СО2 в атмосфере на организм человека // Журнал «С.О.К.», №4/2008. М., 2008.
*Леонид Леонидович Гошка, г. Сыктывкар Тел. раб.: +7 (8212) 29-10-24, факс: +7 (8212) 24-44-10; эл. почта: tookola@mail.ru
