Микроклимат помещения

Микроклимат помещения — это совокупность физических параметров воздушной среды в закрытом пространстве, оказывающих влияние на тепловое состояние, самочувствие и работоспособность человека. К основным характеристикам микроклимата относятся температура, влажность, скорость движения воздуха и тепловое излучение от внутренних поверхностей. Нормирование микроклимата осуществляется для обеспечения комфортных или допустимых условий жизнедеятельности, а также для сохранения строительных конструкций и оборудования.

Основные параметры микроклимата

Микроклимат помещения определяется четырьмя ключевыми физическими величинами, которые взаимосвязаны и нормируются в комплексе.

Температура воздуха

Температура воздуха является наиболее очевидным и субъективно значимым параметром. Оптимальные значения температуры для жилых и общественных зданий в холодный период года в России регламентируются ГОСТ 30494-2011 и СанПиН 1.2.3685-21. Для жилых комнат оптимальная температура составляет 20–22 °C, допустимая — 18–24 °C. Для кухонь и туалетов нормы ниже (19–21 °C), для ванных комнат — выше (24–26 °C). В производственных помещениях нормы зависят от категории работ по энергозатратам.

Влажность воздуха

Влажность воздуха характеризует содержание водяного пара в воздухе. Различают абсолютную (масса пара в граммах на кубический метр) и относительную (отношение фактического содержания пара к максимально возможному при данной температуре, в процентах) влажность. Для человека оптимальной считается относительная влажность в диапазоне 40–60 %. Слишком сухой воздух (ниже 30 %) вызывает пересыхание слизистых оболочек, снижает местный иммунитет. Повышенная влажность (выше 70–80 %) способствует развитию плесени, грибка, ухудшает теплообмен организма, создавая ощущение духоты.

Скорость движения воздуха

Подвижность воздуха влияет на интенсивность теплоотдачи с поверхности тела человека конвекцией и испарением. В жилых помещениях оптимальная скорость движения воздуха не должна превышать 0,1–0,15 м/с в холодный период и 0,2–0,3 м/с в теплый. Превышение этих значений, особенно при пониженной температуре, воспринимается как сквозняк и может привести к простудным заболеваниям. В производственных помещениях с интенсивным тепловыделением допускаются более высокие скорости (до 0,5–1,0 м/с) для улучшения охлаждения.

Тепловое излучение

Температура внутренних поверхностей ограждающих конструкций (стен, пола, потолка, окон) и нагретого оборудования создает лучистый теплообмен. Человек может испытывать дискомфорт даже при нормальной температуре воздуха, если стены или окна слишком холодные (отрицательное радиационное охлаждение) или, наоборот, перегреты (например, от печи или солнечного света через окно). Разность температур между воздухом и поверхностями не должна превышать 3–4 °C для жилых помещений.

Классификация микроклимата

В зависимости от соответствия нормативам и воздействия на человека различают несколько типов микроклимата.

Оптимальный микроклимат

Сочетание параметров, которое обеспечивает общее и локальное ощущение теплового комфорта в течение 8-часовой рабочей смены или длительного пребывания. При оптимальном микроклимате не возникает напряжений терморегуляции, отклонений в состоянии здоровья, и создаются предпосылки для высокого уровня работоспособности. Эти параметры являются предпочтительными для жилых, детских, лечебных учреждений.

Допустимый микроклимат

Сочетание параметров, которое может вызывать временные и быстро нормализующиеся изменения теплового состояния, но не приводит к нарушениям здоровья. Допустимые границы шире оптимальных и применяются в тех случаях, когда по технологическим или экономическим причинам невозможно обеспечить оптимальные условия (например, в производственных цехах с горячими процессами).

Неблагоприятный микроклимат

Выход параметров за пределы допустимых значений. Различают охлаждающий микроклимат (низкие температуры, высокая влажность и подвижность воздуха) и нагревающий микроклимат (высокие температуры, интенсивное тепловое излучение). Длительное воздействие неблагоприятного микроклимата может привести к профессиональным заболеваниям (переохлаждение, тепловой удар, катаракта глаз у сталеваров).

Факторы, влияющие на микроклимат

Микроклимат помещения формируется под действием внешних и внутренних факторов.

Внешние факторы

• Климатическая зона (температура и влажность наружного воздуха, ветровая нагрузка).
• Время года и суток (суточные и сезонные колебания температуры).
• Ориентация здания по сторонам света (инсоляция — солнечное облучение).
• Градостроительная ситуация (затенение соседними зданиями, «остров тепла» в городе).

Внутренние факторы

• Тепловыделения от людей (около 100 Вт в покое), бытовой техники, освещения, производственного оборудования.
• Влагопоступления от дыхания и потоотделения людей, приготовления пищи, работы увлажнителей, аквариумов, растений.
• Системы отопления, вентиляции и кондиционирования — основной инструмент управления микроклиматом.
• Теплозащитные свойства ограждающих конструкций (стен, окон, кровли). Чем выше сопротивление теплопередаче, тем меньше влияние наружного климата.
• Воздухопроницаемость (инфильтрация через щели, неплотности, при открытых окнах).

Нормирование и контроль

В России требования к микроклимату устанавливаются на государственном уровне.

Нормативные документы

• ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».
• СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».
• СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха».
• СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений».

Методы контроля

Для измерения параметров микроклимата используются специальные приборы:

• Термометры (ртутные, спиртовые, электронные) — для измерения температуры воздуха.
• Психрометры и гигрометры — для измерения влажности. Аспирационный психрометр (например, типа Ассмана) считается эталонным.
• Анемометры (крыльчатые, чашечные, термоанемометры) — для измерения скорости движения воздуха.
• Шаровые термометры (например, термометр Вернона) — для оценки результирующей температуры с учетом теплового излучения.

Измерения проводятся в центре помещения и на высоте 0,1; 0,6 и 1,7 м от пола (для оценки микроклимата в зоне дыхания и у ног). В жилых помещениях контроль осуществляется, как правило, при сдаче объекта в эксплуатацию и в рамках производственного контроля управляющих компаний.

Влияние на здоровье и работоспособность

Микроклимат оказывает прямое физиологическое воздействие на организм.

Перегрев (гипертермия)

При высокой температуре и влажности затрудняется теплоотдача. Возникает вялость, головная боль, снижение концентрации. При длительном воздействии возможен тепловой удар, обезвоживание. В производственных условиях (горячие цеха) — риск тепловых судорог и обмороков.

Переохлаждение (гипотермия)

Низкая температура и сквозняки вызывают спазм сосудов, мышечную дрожь, снижение иммунитета. Хроническое переохлаждение способствует развитию простудных заболеваний, радикулита, невритов.

Сухость воздуха

В отопительный период относительная влажность в квартирах часто падает до 15–20 %. Это приводит к пересыханию кожи, глаз, слизистой носа и горла, что повышает восприимчивость к респираторным инфекциям. Страдают также деревянная мебель, паркет, музыкальные инструменты (рассыхаются).

Повышенная влажность

Создает благоприятную среду для плесневых грибов, пылевых клещей. Это может вызывать аллергические реакции, бронхиальную астму, ревматические боли. В помещениях с высокой влажностью ускоряется коррозия металлов, гниение древесины, разрушение отделки.

Способы регулирования

Для поддержания комфортного микроклимата применяются инженерные системы и организационные меры.

Отопление

Традиционные системы (водяное, паровое, электрическое) и современные (теплые полы, инфракрасные обогреватели). Системы отопления должны компенсировать теплопотери здания и поддерживать заданную температуру.

Вентиляция

Обеспечивает удаление загрязненного воздуха и подачу свежего, а также регулирует влажность. Различают естественную (через форточки, фрамуги, вентиляционные каналы) и механическую (приточные установки, вытяжки, бризеры). Для энергоэффективности применяются системы с рекуперацией тепла.

Кондиционирование

Позволяет охлаждать, осушать или увлажнять воздух, а также очищать его от пыли и аллергенов. Сплит-системы, мульти-сплит-системы, центральные кондиционеры обеспечивают точный контроль температуры.

Увлажнение и осушение

В сухих помещениях используются увлажнители (ультразвуковые, паровые, испарительные). В сырых подвалах или бассейнах — осушители воздуха.

Автоматизация (умный дом)

Современные системы климат-контроля позволяют поддерживать заданные параметры в автоматическом режиме, учитывая показания датчиков температуры, влажности, CO₂, а также прогноз погоды и присутствие людей.

Особенности микроклимата в различных помещениях

Требования к микроклимату дифференцируются в зависимости от назначения помещения.

• Жилые комнаты: приоритет — комфорт и здоровье. Оптимальная температура 20–22 °C, влажность 40–60 %.
• Кухни и ванные: повышенное влаговыделение, поэтому требуется эффективная вытяжка. Допускается более высокая температура (до 26 °C в ванной).
• Детские учреждения: более строгие нормы (температура 21–23 °C, влажность 50–60 %), обязательное регулярное проветривание.
• Лечебные учреждения: в палатах для недоношенных детей — температура до 28 °C, влажность до 70 %. В операционных — строгий контроль чистоты и стерильности, температура 22–24 °C.
• Производственные цеха: нормы зависят от тяжести работ. Для легких работ — 21–23 °C, для тяжелых — 13–15 °C. Допускаются более широкие колебания.
• Серверные и архивы: приоритет — сохранность оборудования и документов. Температура 18–22 °C, влажность 40–50 % (для серверов) и 30–50 % (для бумаги).

Интересные факты

• Человек способен комфортно переносить температуру воздуха от 18 до 28 °C, но при условии низкой влажности и отсутствия ветра.
• В древнеримских банях (термах) использовалась система гипокауста — прообраз теплого пола, позволявшая поддерживать высокую температуру и влажность.
• Первый кондиционер был изобретен Уиллисом Кэрриером в 1902 году для типографии в Бруклине для борьбы с влажностью, которая мешала печати.
• В космических кораблях и на МКС микроклимат поддерживается с высокой точностью, так как любые отклонения критичны для здоровья экипажа и работы оборудования.
• В «умных домах» премиум-класса система климат-контроля может анализировать биометрические данные жильцов (пульс, температура кожи) для персонализации комфорта.

Источники

1. ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».
2. СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».
3. СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений».
4. СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003».
5. Богословский В. Н. «Строительная теплофизика». — М.: Стройиздат, 1982.
6. Гусев В. М., Ковалев И. И. «Микроклимат помещений и его регулирование». — М.: Энергия, 1977.