Водяные пары поступают в атмосферу с поверхности морей и океанов. Меньше влаги поступает из озер, рек, влажных почв и растений. В замкнутом помещении источником влаги может быть сам человек, испаряющий через легкие (около 350 г/сут) влаги в сутки и кожу (около 600 г/сут), а также выделения влаги при стирке белья и приготовлении пищи. Влажность воздуха характеризуется следующими показателями:
Абсолютная влажность – это упругость водяных паров, находящихся в воздухе в данное время при данной температуре, выражающаяся в единицах давления: миллиметры ртутного столба, или в граммах в 1 м3 воздуха.
Максимальная влажность – это упругость водяных паров при полном насыщении воздуха влагой при данной температуре, выражается в мм рт. ст. или г/м3.
Относительная влажность – это отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах (%), характеризует степень насыщения воздуха водяными парами в момент наблюдения.
Дефицит насыщения – разность между максимальной и абсолютной влажностью воздуха.
Физиологический дефицит насыщения – разность между максимальной влажностью воздуха при температуре тела человека (37 °C) или при температуре кожи (32 °C) и абсолютной влажностью воздуха в момент наблюдения. Если физиологический дефицит насыщения рассчитывается при температуре 37 °C, он характеризует, какое количество влаги человек теряет с выдыхаемым воздухом. Это имеет значение в условиях Крайнего Севера, где много воды и тепла человек теряет с поверхности легких. Если же физиологический дефицит рассчитывается при температуре кожи, он показывает, какое количество влаги человек теряет с поверхности кожи. Это имеет значение в условиях жаркого климата.
Точка росы – это температура, при которой находящиеся в воздухе водяные пары насыщают воздушное пространство.
В санитарной практике наибольшее значение имеет относительная влажность, которая нормируется. Влажность воздуха, так же как и температура, сказывается на процессах теплообмена. Так, при чрезмерно сухом (относительная влажность менее 15 %), но теплом воздухе возникает ощущение сухости во рту, в носу, могут возникать трещины кожи, слизистых и, как следствие, присоединяться инфекции. Чрезмерно сухой и холодный воздух может вызвать значительное местное охлаждение слизистых оболочек дыхательных путей.
Высокая влажность воздуха в сочетании с высокой температурой неблагоприятно влияет на теплообмен. При температуре воздуха выше температуры тела отдача тепла может происходить только за счет испарения пота с поверхности кожи. Если же при этом воздух имеет повышенную влажность, этот процесс затрудняется и может наступить перегревание организма. Высокая влажность в сочетании с низкой температурой воздуха приводит к переохлаждению организма. Это объясняется тем, что теплоемкость водяных паров выше теплоемкости сухого воздуха, вследствие чего на нагревание холодного сырого воздуха расходуется больше тепла. Во влажном воздухе конденсируется влага на тканях одежды, что увеличивает их теплопроводность. Более того, постоянное испарение воды с поверхности одежды сопровождается уменьшением температуры воздуха под одеждой, что вызывает чувство зябкости. Таким образом, слишком сухой и чрезмерно влажный воздух, как при высокой, так и при низкой температуре, оказывает неблагоприятное влияние на организм человека. Норма относительной влажности составляет 30 – 60 %.
В городах повышенная влажность способствует образованию токсических туманов. Частицы дыма, являясь ядрами конденсации, образуют туманы, тем самым снижая напряжение ультрафиолетовой радиации. Высокая влажность воздуха способствует появлению сырости в помещениях, что отрицательно сказывается на хранении продуктов питания, сохранности самого помещения от развивающейся плесени.
Атмосферный воздух всегда находится в движении. Причиной движения является неравномерное нагревание поверхности Земного шара. Теплые верхние воздушные течения (антипассаты) идут от экватора к полюсам, а более холодные нижние слои (пассаты) – в обратном направлении. Воздушные массы, образующиеся в более нагретых местах, характеризующиеся пониженным барометрическим давлением и повышенной влажностью, называются циклонами. В Европе и в России они передвигаются преимущественно с запада на восток и теряют свою силу за Уралом. Итак, при сильном местном нагревании земной поверхности возникают циклоны. В центре циклона создается пониженное атмосферное давление. Нагретый воздух поднимается вверх, охлаждаясь в верхних частях атмосферы, и направляется к периферии. В то же время внизу от периферии к центру перемещаются более плотные воздушные потоки. При горизонтальном разрезе вихреобразные движения воздуха происходят от периферии к центру (против часовой стрелки). Циклоны, как правило, приносят плохую погоду с повышенной облачностью, осадками, ветреную, чаще с потеплением, нередко превращаются в тайфуны, смерчи с большой разрушительной силой.
Антициклоны возникают в местах сильного охлаждения поверхности Земли с движением воздуха сверху вниз и от центра к периферии.
При барометрическом максимуме в центре вихреобразные движения воздуха происходят от центра сверху вниз по часовой стрелке.
Антициклоны приносят холодную, сухую, ясную погоду. Существуют и так называемые местные ветры, связанные с периодической сменой направления ветров в течение года или суток, например бризы – ветры, дующие днем с моря на берег, а ночью с суши на море; фены – сухие горные ветры с высокой температурой воздуха.
Движение воздуха характеризуется направлением и скоростью. Направление определяется стороной света, откуда дует ветер, и обозначается румбами – начальными буквами сторон света: С – север, Ю – юг, В – восток, З – запад. Это четыре основных румба. Существуют промежуточные, находящиеся между ними, что позволяет весь горизонт разделить на 8 румбов. Важно знать преобладающее направление ветров в данной местности, так называемую «розу ветров». «Роза ветров» – это графическое изображение частоты (повторяемости) ветров по румбам, характерное для определенной местности в течение длительного периода времени. «Роза ветров» используется в области охраны атмосферного воздуха населенных мест, при планировке предприятий и размещении их в черте населенных мест относительно населенных мест, строительстве жилищных комплексов.
Движение воздуха влияет на тепловой обмен человека. В подвижном воздухе, как правило, человек теряет больше тепла. В условиях высоких температур движение воздуха приносит облегчающий эффект, даже если температура воздуха выше температуры тела, так как усиливает отдачу тепла испарением. Исключение составляют такие условия, когда высокие температуры воздуха (выше 37 °C) сочетаются с высокой влажностью. В этих условиях исключается единственный путь отдачи тепла за счет испарения пота с поверхности кожи, что может привести к перегреванию организма.
В условиях низкой температуры окружающего воздуха движение воздуха повышает теплоотдачу путем конвекции.
Повышенная подвижность воздушных масс усиливает процессы обмена веществ. Сильные ветры препятствуют процессу дыхания, оказывают влияние на нервно-психическую деятельность. Умеренные ветры оказывают бодрящее, тонизирующее действие; продолжительные и сильные способствуют появлению нервно-психического возбуждения. Наиболее благоприятная скорость движения воздуха – 1 – 4 м/с; скорость ветра свыше 6 – 7 м/с может оказывать раздражающее действие.
В жилых помещениях наиболее благоприятна подвижность воздуха 0,2 – 0,4 м/с, скорость воздуха менее 0,2 м/с формирует ощущение «застойного» воздуха в помещении, более 0,4 м/с создает ощущение сквозняка. В спортивных залах допустимо движение воздушных масс до 0,5 м/с; в горячих цехах – допустимо до 1 – 1,5 м/с для обеспечения лучшей теплоотдачи с поверхности тела.
Итак, тепловое воздействие окружающей среды определяется не только воздействием температуры воздуха. Прочие метеорологические факторы (влажность, подвижность воздуха, уровень лучистой энергии) или усиливают, или ослабляют действие температуры на организм человека, тем самым существенно изменяя условия теплоотдачи. Таким образом, тепловое ощущение человека определяется комплексным воздействием всех перечисленных выше факторов. Вследствие этого возникло вполне обоснованное стремление разработать метод, позволяющий провести суммарную оценку влияния физических свойств воздуха на организм.
Этот поиск проводился в двух направлениях:
1) конструирование приборов – аналогов человеческого тела. К таковым относится кататермометр профессора Хилла; эвпатиоскоп Дафтона и термоинтегратор;
2) разработка температурных шкал (эффективно-эквивалентной результирующей и оперативной температур).