CC BY
215
ledstviy virusnogo gepatita u rabochikh khimicheskikh predpri-yatiy]. Diss. Moscow; 1984 (in Russian).
45. Churilov A.E. Changes tissues of the mouth and teeth with chronic exposure to nitrogen oxides and nitric acid vapors [Izmeneniya tkaney polosti rta i zubov pri khronicheskom vozdeystvii okislov azota i parov azotnoy kisloty]. Diss. Omsk; 1974 (in Russian).
46. Fedorov A.A., Gromov A.S. Status of gastroduodenal system and the level of gastrointestinal hormones in workers exposed to fluorine compounds . Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya. 2007; 3: 3l-4 (in Russian).
47. Kordemskaya N.I., Ukhabov V.M., Isaeva N.V Immunological parameters and compromise a hepatobiliary among employees for the production of ammonia and urea . In: Proceedings of the III International scientific-practical conference of students and young scientists [Materialy III Mezhdunarodnoy nauchno-prak-ticheskoy konferentsii studentov, aspirantov i molodykh uche-nykh]. Perm’; 2005 (in Russian).
48. Fridlyand I.G. Value of unfavorable factors in the occurrence and progression of certain diseases [Znachenie neblagopriyatnykh
proizvodstvennykh faktorov v vozniknovenii i techenii nekotorykh zabolevaniy]. Leningrad: Meditsina; 1966 (in Russian).
49. Martynov A.P. Morbidity with temporary disability in workers of chemical production . Gigiena truda. 1957; 4: 23-8 (in Russian).
50. Kopanitsa I.R. Medical and social aspects of the incidence of gastric ulcer and duodenal ulcer in steel production workers and ways of its prevention. Diss. Kursk; 2005 (in Russian).
51. Sitdykov R . K . Ulcer among the staff of the criminal police and the prognosis of the disease Yazvennaya bolezn ’ u sotrudnikov kriminal’noy militsii iprognozirovanie techeniya zabolevaniya]. Diss. Saratov; 2004 (in Russian).
52. Tsybyrne I. Prevention of relapse of gastric ulcer and duodenal ulcer in industrial workers . Vrach. 2002; 5: 46-7. (in Russian)
53. Liu D.Y., Gao A.N., Tang G.D., Yang W.Y., Qin J., Wu X.G. et al . Relationship between onset of peptic ulcer and meteorological factor. World J. Gastroenterol. 2006; 12(9): 1463-7.
54. Cao Xiao-end, Li Zhaoshen, Zhan Xian-bao et al. Di-er junyi dax-ue xuebao . Acad. J. Second. Mil. Med. Univ. 2006; 27(8): 863-6.
Поступила 02.06.13 Received 02.06.13
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2014 УДК 613.5:656
Лексин А.Г., ЕвлампиеваМ.Н., Минеева Н.И., Тимошенкова Е.В.
ПРИМЕНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ PMV И PPD ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОЦЕНКИ
пассажирами метрополитена степени теплового комфорта или дискомфорта в различных температурных условиях
ФГУП «Всероссийский НИИ железнодорожной гигиены» Роспотребнадзора, 125438, Москва
Для прогнозирования оценки пассажирами различных микроклиматических ситуаций в вагонах метрополитена использовался расчетный метод П.О. Фангера. Установлено, что показатели PMV (ожидаемая средняя оценка) и PPD (ожидаемый процент недовольных) могут быть полезными для того, чтобы проверить, насколько удовлетворяют заданные параметры температурной среды в вагонах метрополитена требованиям теплового комфорта пассажиров в различные сезоны года.
Ключевые слова: расчетный метод П.О. Фангера; показатели PMV и PPD; микроклимат вагонов метрополитена; температурный комфорт; сезоны года; особые требования к микроклимату.
A.G. Leksin, M.N. Evlampieva, N.I. Mineeva, E.V Timoshenkova — APPLICATION OF PMV AND PPD INDICES TO PREDICT HOW METRO PASSENGERS EVALUATE THE GRADE OF THERMAL COMFORT OR DISCOMFORT IN DIFFERENT TEMPERATURE CONDITIONS
The All-Russian Research Institute ofRailway Hygiene of the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare, Moscow, Russian Federation, 115054
The computational P.O. Fanger method was used for the prediction of the Passengers' Evaluation of the different microclimatic situations in carriages of the Metro train. It was shown that the change of the Predicted Mean Vote (PMV) and Predicted Percentage Dissatisfied (PPD) indices can be useful for the inspection of that how set-up parameters of the thermal environment meet specifications for the thermal comfort for passengers in different seasons of the year.
Key words: computational P. O. Fanger method, PMV and PPD indices, microclimate in the carriages of the Metro train, thermal comfort, seasons of the year, special requirements for microclimate .
В задачу настоящей работы входило использование расчетного метода, предложенного д-ром П.О. Фанге-ром (Международный центр по проблемам внутренней среды помещений и энергетике, Датский технологический университет) и утвержденного ГОСТом Р ИСО 7730-2009 [1, 2], для прогнозирования оценки степени температурного комфорта или дискомфорта в той или иной микроклиматической ситуации у людей в закрытых помещениях, в частности в вагонах метрополитена.
В настоящее время метод П.О. Фангера получил широкую известность во всем мире и в конечном счете стал
основой ряда нормативных документов, определяющих расчет проектируемых и оценку действующих систем микроклимата в Европе и США.
За основу метода взято известное в физиологии терморегуляции положение, заключающееся в том, что общие температурные ощущения человека в конечном счете связаны с тепловым балансом между теплопродукцией человека и его суммарными теплопотерями (по различным каналам). Если теплопродукция человека превышает его теплопотери, происходит нагревание организма, что выражается в ощущениях «тепло», «жар-
45
[гиена и санитария 3/2014
ко» и т. п. В обратном случае происходит охлаждение, проявляющееся ощущениями «прохладно», «холодно».
Указанные балансные соотношения описываются уравнениями, устанавливающими связь между следующими величинами: теплопродукции (физическая активность человека), теплоизоляции его одежды, температуры воздуха, среднего теплового излучения (температура ограждений), скорости движения и влажности воздуха. В ходе решения балансных соотношений методом итерации рассчитываются температура поверхности одежды и коэффициент конвективного теплообмена.
Если имеются результаты измерений и (или) расчетов этих величин, по формуле Фангера можно спрогнозировать теплоощущение человека в той или иной температурной ситуации путем расчета ожидаемой средней оценки (показатель PMV - Predicted Mean Vote).
Таким образом, показатель PMV - прогнозируемая средняя оценка, с помощью которой определяют среднее значение чувствительности к температуре большой группы людей по 7-балльной шкале в диапазоне от -3 до +3, где значение -3 соответствует ощущению человеком холода, значение 0 отражает нейтральное ощущение, а значение +3 - ощущение жары (см. таблицу).
Данный метод позволяет вводить более тонкую градацию теплоощущений, сохраняя дробные части, получающиеся в результате расчетов показателя PMV.
Наряду с показателем PMV практически всегда приводится прогнозируемый процент недовольных (показатель PPD - Predicted Percentage Dissatisfied), который рассчитывается на основе показателя PMV и позволяет получить информацию о температурном дискомфорте на основе прогнозируемого процента людей, которым слишком тепло или прохладно в конкретной тепловой среде1 .
Тепловая среда считается приемлемой, когда таковой ее считают 80% людей (значение индекса PPD), присутствующих в помещении, что по критерию Фангера соответствует значению индексов PMV в диапазоне от -0,5 до +0,5. При этом важно отметить, что при индексе PMV нулевого уровня индекс PPD составит 5%. Это означает, что всегда, в любой ситуации имеется процент недовольных микроклиматом людей.
Физиологические механизмы данного явления, помимо предложенных Фангером (индивидуальные особенности исследуемых, адаптация к температурным условиям в местах проживания и т.п.), обнаружены нами в экспериментах с использованием метода непрерывной динамической термометрии кожи в строго регулируемых температурных условиях камеры микроклимата. Оказалось, что в комфортном и относительно стабильном тепловом состоянии исследуемых они периодически сообщали о том, что им комфортно или стало теплее или прохладнее. Изменения теплоощущений по времени совпадали с изменением температуры кожи на дистальных отделах конечностей, т. е. с расширением или сужением периферических сосудов. Указанные колебания температуры кожи относительно определенного установочного уровня происходили постоянно в течение всего периода пребывания человека в зоне нейтральных температур и сопровождались изменением теплоощущений в зависимости от того, в какой фазе находится в данный момент колебание сосудистого тонуса и соответственно
1Полностью формулы расчета показателей PMV и PPD и справочные приложения приведены в ГОСТ Р ИСО 7730-2009.
Шкалы теплоощущений
Показатель PMV, баллы Ощущения человека
+3 Жарко
+2 Тепло
+1 Немного тепло
0 Нейтрально
-1 Немного прохладно
-2 Прохладно
-3 Холодно
температуры кожи: при повышении температуры кожи появлялось ощущение общего потепления, при понижении - ощущение прохлады и т. п.
Поскольку доказано, что общие теплоощущения связаны с тонусом кожных сосудов, из-за специфики работы терморегуляторных вазомоторных механизмов в условиях температурного комфорта даже у одного и того же человека не может быть постоянного ощущения термонейтральности [3, 4].
Для прогнозирования оценки пассажирами микроклимата в вагонах метрополитена, т. е. для расчетов значений индексов PMV и PPD, приняты следующие исходные данные:
- теплопродукция среднестатистического пассажира массой тела 70 кг и ростом 1,7 м составляет 66 Вт/м2 [5];
для зимнего периода:
- средняя теплоизоляция одежды человека в данный период - 2,5 кло [6];
- средняя температура воздуха в салоне вагона метрополитена в данный период может лежать в диапазоне от 12 до 26°С в зависимости от наружных погодных условий, температуры на станциях и в тоннелях, наполняемости салона пассажирами;
- средняя температура излучения (температура стен салона) аналогична изменению средней температуры воздуха, поэтому в данный период года она может лежать в диапазоне от 12 до 28°С в зависимости от наружных погодных условий, от температур на станциях и в тоннелях;
- подвижность воздуха в салоне вагона метрополитена составляет 0,1 м/с;
- относительная влажность воздуха в салоне метрополитена для данного периода - 30%;
для переходного периода года:
- средняя теплоизоляция одежды человека в данный период составляет 1,5 кло [6];
- средняя температура воздуха в салоне вагона метрополитена в данный период может лежать в диапазоне от 12 до 26°С в зависимости от наружных погодных условий, температур на станциях и в тоннелях, наполняемости салона пассажирами;
- средняя температура излучения (температура стен салона) аналогична изменению средней температуры воздуха, поэтому в данный период года она может лежать в диапазоне 12-28°С;
- подвижность воздуха в салоне вагона метрополитена составляет 0,1 м/с;
- относительная влажность воздуха в салоне метрополитена для данного периода - 30%;
для летнего периода года:
- средняя теплоизоляция одежды человека в данный период составляет 0,6 кло [6];
46
Значения индексов PMV и PPD в зависимости от температуры воздуха в салоне и теплоизоляции одежды пассажиров.
I - теплоизоляция зимней одежды - 2,5 кло, подвижность воздуха - 0,1 м/с; II - теплоизоляция одежды переходного сезона - 1,5 кло, подвижность воздуха - 0,1 м/с; III - теплоизоляция летней одежды - 0,6 кло, подвижность воздуха - 0,1 м/с; IV - теплоизоляция летней одежды - 0,6 кло, подвижность воздуха - 0,4 м/с.
- средняя температура воздуха в салоне вагона метрополитена в данный период может лежать в диапазоне от 20 до 35°С в зависимости от наружных погодных условий, температуры на станциях, в тоннелях, наполняемости салона пассажирами с учетом наличия системы кондиционирования воздуха;
- средняя температура излучения (температура стен салона) близка к средней температуре воздуха, поэтому в данный период года она может лежать в диапазоне от 20 до 35°С;
- подвижность воздуха в салоне вагона метрополитена принята в расчет в двух вариантах: 0,1 и 0,4 м/с;
- относительная влажность воздуха в салоне метрополитена составляет 60%.
Результаты расчетов индексов PMV и PPD представлены на рисунке.
Оказалось, что в зимний период пассажиры в зимней одежде ощущают себя достаточно комфортно в салонах при средних температурах от 12 до 17°С: индекс PMV составил 0,5, доля недовольных тепловой окружающей средой PPD - 5-10%.
За пределами данного температурного диапазона, т.е. при температуре воздуха в салоне > 17°С, наблюдается увеличение доли недовольных пассажиров (от 10 до 96%) с ощущениями «тепло», «жарко».
В переходный период года пассажиры в демисезонной одежде ощущают себя вполне комфортно в салонах при температурах от 16 до 22°С: индекс PMV составил 0,5, доля недовольных тепловой окружающей средой PPD - 5-10%.
При температурах воздуха в салоне от 12 до 16°С имеется 10-40% недовольных пассажиров, индекс PMV лежит в пределах от -0,5 до -1,2.
За пределами комфортного температурного диапазона, т.е. при температуре воздуха в салоне > 22°С, доля недовольных пассажиров постепенно увеличивается (от 10 до 96%).
В летний период пассажиры в летней одежде ощущают себя достаточно комфортно в салонах при температурах от 22,8 до 26°С (при подвижности воздуха 0,1 м/с), при температурах от 24,5 до 27,2°С (при подвижности воздуха 0,4 м/с) индекс PMV составляет 0,5, доля недовольных тепловой окружающей средой PPD - 5-10%.
При температурах воздуха в салоне от 20 до 22°С (при подвижности воздуха 0,1 м/с), при температурах от 20 до 24,2°С (при подвижности воздуха 0,4 м/с) 10-50% пассажиров имеют ощущения «немного прохладно», «прохладно», индекс PMV лежит в пределах от -0,5 до -2.
Вне зависимости от сезона года и соответственно теплоизоляции одежды при температуре воздуха в салоне > 28°С наблюдается резкое увеличение доли до 99% недовольных пассажиров с ощущениями «жарко», что полностью совпадает с материалами, приведенными в ГОСТ P ИСО 10551-07 [7].
Таким образом, с помощью метода расчета индексов PMV и PPD возможна оценка влияния окружающей тепловой среды на пассажиров в целом и могут быть определены температурные границы, в которых пассажиры, находящиеся в салоне вагона метрополитена, будут ощущать себя достаточно комфортно в различные периоды года.
Однако следует отметить, что температурные условия, при которых средний здоровый человек имеет комфортные теплоощущения, не всегда могут быть подходящими для людей с особыми требованиями или ограниченными возможностями. Так, люди с физическими ограничениями, использующие технические
47
[гиена и санитария 3/2014
вспомогательные средства (инвалиды-колясочники), обычно имеют невысокий уровень теплопродукции из-за низкой физической активности. При этом им трудно изменять свой уровень активности или переодеться. Пожилые люди также малоактивны, имеют низкую скорость обмена веществ. Кроме того, исследования выявили у пожилых людей замедление терморегуляторных вазомоторных реакций и ослабление чувствительности к температуре.
Показатели PMV и РРD получены из теоретического уравнения и на основе экспериментальных данных исследования большой группы людей. Группа в основном состояла из совершеннолетних молодых и здоровых людей, однако в ней представлены люди и более старшего возраста, но не пожилые. Поэтому методом Фангера, приведенным в ГОСТ Р ИСО 7730-2009, без некоторых поправок невозможно точно спрогнозировать чувствительность к тепловой среде инвалидов и пожилых людей с ограниченными возможностями. При использовании метода Фангера для пожилых людей и инвалидов с нарушениями терморегуляторных реакций следует применять при расчетах более низкий уровень теплопродукции (не более 58 Вт/м2), а для инвалидов-колясочников учитывать показатель теплоизоляции инвалидной коляски (0,1-0,2 кло) и т. п. [8].
Поскольку система терморегуляции у такой категории людей не производит необходимой компенсации, если температура окружающей среды отклоняется от комфортной, для пожилых людей и людей с физическими недостатками важно, чтобы температура окружающей среды была строго ограничена и максимально близка к верхней границе комфортной зоны (0 > PMV > + 0,5) [8].
Выводы. 1. Показатели PMV и PPD могут применяться для того, чтобы проверить, удовлетворяют ли выявленные при испытаниях параметры тепловой среды критериям комфорта.
2. Задавая PMV = 0, можно использовать уравнение Фангера для прогнозирования сочетания активности, одежды и параметров среды, которые обеспечивают комфортные (термонейтральные) тепловые ощущения, при оценке конкретных систем кондиционирования помещений с разным целевым назначением с учетом нормативных требований по микроклимату.
3. Применение (расчеты) показателей PMV и PPD может быть полезным для более тонкого регулирования работы систем поддержания микроклимата в пассажирских вагонах в целях повышения степени комфортности проезда железнодорожным транспортом или метрополитеном для людей с особыми требованиями или ограниченными возможностями.
Литер атур а
1. Национальный стандарт РФ ГОСТ Р ИСО 7730-2009. Эргономика термальной среды. Аналитическое определение и интерпретация комфортности теплового режима с использованием расчетов показателей PMV и РРD и критериев локального теплового комфорта. М.: Стандартин-форм; 2011.
2. Fanger P.O. Thermal comfort. Analysis and application in environmental engineering. Copenhagen; 1970.
3. Минут-Сорохтина О.П. Термическая чувствительность, периферические терморецепторы. В кн.: Кандрор И.С., Иванов К.П., Минут-Сорохтина О.П., Майстрах Е.В. Руководство по физиологии. Физиология терморегуляции. Л.: Наука; 1984: 29-53.
4. Евлампиева М.Н. Теплоощущение и терморегуляторные сосудистые реакции у человека. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 1975; 10: 10-2.
5. Кандрор И.С. Терморегуляция у человека при мышечной работе. В кн.: Кандрор И.С. Иванов К.П., Минут-Сорохтина О.П., Майстрах Е.В. Руководство по физиологии. Физиология терморегуляции. Л.: Наука; 1984: 139-80.
6. Кандрор И.С., Демина Д.М., Ратнер Е.М. Физиологические принципы санитарно-климатического районирования территории СССР. М.: Медицина; 1974.
7 . Национальный стандарт РФ ГОСТР ИСО 10551-2007. Эргономика термальной среды. Определение влияния тепловой окружающей среды с использованием шкал субъективной оценки (Приложение В, раздел В4 «Тепловой перегрев в общественном транспорте»). М.: Стандартинформ; 2008.
8. Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 53453 - 2009/ISO/TS 14415:2005. Эргономика термальной среды. Применение требований стандартов к людям с особыми требованиями. М.: Стандартинформ; 2010.
Reference s
1. The National Standard of Russia GOST R ISO 7730-2009. Ergonomics of the thermal environment. Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation mode of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria [Natsional’nyy standart RF GOSTR ISO 7730-2009. Ergonomi-ka termal’noy sredy. Analiticheskoe opredelenie i interpretatsi-ya komfortnosti teplovogo rezhima s ispol’zovaniem raschetov pokazateley PMV i RRD i kriteriev lokal’nogo teplovogo kom-forta]. Moscow: Standartinform; 2011. (in Russian)
2. Fanger P.O. Thermal comfort. Analysis and application in environmental engineering. Copenhagen; 1970.
3. Minut-Sorokhtina O.P Thermal sensitivity, peripheral thermoreceptors. In: Kandror I.S., Ivanov K.P., Minut-Sorokhtina O.P, Maistrakh E . V Guide physiology. Physiology of thermoregulation [Rukovodstvo po fiziologii. Fiziologiya termoregulyatsii]. Leningrad: Nauka; 1984: 29-53.
4. Evlampieva M.N. Teplooschuschenie and thermoregulatory vascular reactions in humans . Byulleten ’eksperimental’noy biologii i meditsiny. 1975; 10: 10-2.
5. Kandror I.S. Thermoregulation in humans during muscular work. In: Kandror I.S., Ivanov K.P., Minut-Sorokhtina O.P., Maistrakh E V Guide physiology. Physiology of thermoregulation [Ruko-vodstvo po fiziologii. Fiziologiya termoregulyatsii]. Leningrad: Nauka; 1984: 139-80.
6. Kandror I.S., Demina D.M., Ratner E.M. Physiological principles of sanitary-climatic regions of the USSR. [Fiziologicheskie printsipy sanitarno-klimaticheskogo raionirovaniya territorii SSSR]. Moscow: Meditsina; 1974.
7 . Russian National Standard GOSTR ISO 10551-2007. Ergonomics of the thermal environment. Determination of the effect of thermal environment using subjective judgment scales (Appendix B, Section B4 "Thermal overheating in public transport”) [Natsional’nyi standart RF GOSTR ISO 10551-2007. Ergono-mika termal’noi sredy. Opredelenie vliyaniya teplovoi okruzh-ayushchei sredy s ispol’zovaniem shkal sub”ektivnoi otsenki (Prilozhenie V, razdel V4 «Teplovoi peregrev v obshchestvennom transporte»)]. Moscow: Standartinform; 2008.
8. Russian National Standard GOST R 53453 - 2009/ISO/TS 14415:2005. Ergonomics of the thermal environment. Application of standards requirements for people with special needs [Natsional’nyi standart RF GOST R 53453 - 2009/ISO/TS 14415:2005. Ergonomika termal’noi sredy. Primenenie trebo-vanii standartov k lyudyam s osobymi trebovaniyami]. Moscow: Standartinform; 2010.
Поступила 30.07.13 Received 30.07.13
48
