Общая характеристика помещений и зданий с точки зрения их химической безопасности

Проблемы среды обитания человека оказались в центре внимания ученых и общественности сравнительно недавно. Если вопросы экологии и защиты окружающей среды начали активно обсуждаться в средствах массовой информации, начиная с середины 80-х годов, когда они рассматривались как знак эпохи гласности и перестройки, то вопросы безопасности ближайшего окружения человека - его жилища, мебели, одежды, продуктов питания, - долгое время замалчивались. Считалось, что человек, конструируя и меняя свое микропространство в соответствии с собственными планами и приоритетами, в состоянии обеспечить комфорт и безопасность в силу самой рукотворности этой среды обитания.

Недостаток внимания к данной проблеме провоцировался также отсутствием непосредственных рычагов влияния на ситуацию, когда, казалось, никто не мог указать человеку, что хорошо и что плохо в том, как он сам обустраивает свою жизнь. Если промышленники и аграрии испытывают в своей деятельности ежедневное и ежечасное давление многочисленных нормативных документов и регламентирующих законов, ограничивающих неблагоприятные последствия их деятельности, административное воздействие на частную жизнь человека значительно слабее. Общество может лишь рекомендовать, как человеку следует питаться, что одевать и где жить, прямо ограничивая и запрещая только то, что вступает в противоречие с правами других людей и общества в целом. Воздействие на среду обитания и образ жизни человека носит опосредованный характер, путем контроля качества материалов и продуктов, непосредственно контактирующих с человеком. Это оставляет достаточно большой простор для негативного воздействия на человека химических и физических факторов, связанных не только и не столько с качеством исходных материалов, сколько с условиями их хранения, применения и эксплуатации.

Помимо недостатка объективной информации об особенностях проявления неблагоприятного воздействия химических веществ и их смесей, присутствующих в непосредственном окружении человека, недостаточное внимание к вопросам безопасности среды обитания человека связано с социокультурными факторами. Процессы урбанизации, расширения географии межличностных связей влекут за собой достаточно радикальные изменения образа жизни, слепо копирующего устоявшиеся традиции в новых нетипичных условиях. Это приводит к неадекватному использованию новых материалов и технологий, в том числе, потенциально опасному для потребителя. Некоторые неблагоприятные факторы среды обитания являются следствием национальных, религиозных и других социокультурных ограничений. Это относится к способам приготовления пищи, использованию определенных видов продуктов питания и специй.

Вышесказанное не означает, что среда обитания человека полностью находится за рамками цивилизованного контроля. Решение многих вопросов обеспечения безопасности заложено в санитарно-эпидемиологических требованиях и технических регламентах, применяемых при строительстве жилых и производственных помещений, в контроле качества продуктов питания и т.д. В период после Чернобыльской трагедии внимание общественности было привлечено к проблеме радона и других естественных источников радиоактивности. Активно обсуждается потенциальный вред искусственных подсластителей и других пищевых добавок.

Большую роль в обеспечении безопасности жилища играют специалисты- химики. Помимо предоставления необходимой информации, химия дает понимание основных процессов, формирующих компонентный состав воздуха внутри замкнутого помещения, дает представление об основных путях снижения влияния вредных компонентов. Тем не менее, многие аспекты безопасности жилища, очевидные для специалистов, остаются практически не освещенными в средствах массовой информации и учебных курсах. Цель настоящего пособия - дать представление об основных химических факторах, определяющих потенциальное негативное воздействие на человека условий его обитания. В первой части рассмотрены проблемы качества воздуха жилых и офисных помещений.

Общая характеристика помещений и зданий с точки зрения их химической безопасности 

Загрязнение воздуха помещений и горизонтальных поверхностей характерно для всех без исключения зданий. Оно более выражено в производственных помещениях, где происходит переработка минерального сырья, но, пусть и в меньших масштабах, характерно и для жилых и офисных помещений. Представление об основных химических опасностях замкнутого помещения дает рис.1.

Причем, в отличие от производства, собственник жилья или человек, пользующийся помещением на правах арендатора, более свободен в его модификации, вольно или невольно влияя на качество воздуха и уровень химической безопасности в целом. По этой причине, рассматривая вопросы качества среды обитания человека, связанной с жилыми и офисными помещениями, следует учитывать особенности самого помещения.

В соответствии со сложившейся практикой, рассматривая химические риски помещения, подлежат учету следующие аспекты, характеризующие помещения и здания, в которых живут и работают люди: V численность проживающих и работающих;

Говоря о численности проживающих, необходимо помнить, что, в отличие от производственных помещений, жилые здания, особенно находящиеся в частной собственности, предназначены для эксплуатации в течение периода времени, сопоставимого с продолжительностью жизни человека. Таким образом, человек находится под действием факторов, связанных с жилищем, в периоды жизни, достаточно радикально отличающиеся по условиям действия неблагоприятных внешних факторов и тяжести последствий (младенчество, юность, зрелые годы, старость). Столь же значительно отличаются в различных возрастных категориях средняя продолжительность нахождения человека в помещении и на свежем воздухе. Поэтому при рассмотрении численности проживающих или работающих обычно рассматривают не общее число жильцов (сотрудников), а определенные группы, называемые также группами риска. Они объединяют категории реципиентов (людей, восприимчивых к действию неблагоприятных факторов), однородных по составу. Такие группы рассматривают отдельно и для каждой из них устанавливают свои нормы и критерии нахождения в помещении или последствий действия загрязнителей воздуха таких помещений.

В соответствии с особенностями строений все здания целесообразно разделить на две группы. Первую образуют здания, предназначенные для проживания небольшого количества людей, например, связанных родственными отношениями. Это деревенские дома, коттеджи и особняки в городах и городских пригородах. Для них типичны достаточно редкая застройка (наличие большого участка или придомовой территории), собственные входы коммуникаций и систем обслуживания (водопровод, газ, телефонные и электрические кабели). Как правило, дома этой группы имеют низкую этажность (в Европе и США наиболее типичны двухэтажные строения).

Вторую группу образуют многоквартирные жилые дома или многоэтажные офисные помещения. Для них характерно наличие централизованных систем обслуживания (общая канализация, электрическое и газовое снабжение, реже - централизованная система принудительной вентиляции и климат-контроль), которые могут дополняться индивидуальными техническими системами обслуживания, такими как кондиционирование, охранная сигнализация и др.

Здания для одной семьи характерны, прежде всего, для сельской местности и городских пригородов. Они составляют неотъемлемую часть ландшафта во многих развитых странах. Например, в США в таких домах живет около 70% всех семей. Всего же по состоянию на конец 90-х годов 20 века в США было около 100 млн. отдельно стоящих жилых и нежилых строений малой этажности. Благодаря теплому климату себестоимость изготовления таких зданий в целом весьма невелика. Достаточно сказать, что нормативный срок строительства под ключ особняка для одной семьи в США составляет всего две недели. В простейшем варианте такие дома могут быть переоборудованы из автомобильных прицепов-трейлеров или построены из облегченных сборно-щитовых конструкций, на манер наших дачных домиков. После возведения каркаса их облицовывают декоративным облегченным кирпичом. Здания, как правило, не имеют глубокого подвала и опираются на сваи. Часть таких зданий являются мобильными - они опираются на единый каркас или раму и могут транспортироваться к месту установки на больших автомобильных прицепах. Особенности конструкции массовых американских семейных домов предопределяет широкое использование материалов, содержащих в составе органические компоненты

Дорогие особняки, сделанные из традиционных строительных материалов и по традиционным строительным технологиям, более характерны для старой Европы. Их делают из камня, облегченных блоков пенобетона, кирпича, деревянного бруса. Соответственно более тяжелым стенам и перекрытиям такие здания опираются на полноценные фундаменты и имеют большие и хорошо оборудованные цокольные и подземные помещения - гаражи для индивидуального транспорта, бойлерные, прачечные, складские и другие вспомогательные помещения. Возрастает роль вентиляции в обеспечении качества воздуха жилой зоны и очистки воздуха технических помещений, особенно тех, в которых эксплуатируются установки сжигания (теплогенераторы, печи, камины). Также такие здания характеризуются значительно меньшим удельным весом конструкционных материалов, выполненных из пластмасс или со значительными количествами органических материалов. Правда, следует помнить, что современные отделочные материалы, в том числе, бетон и штукатурные составы, немыслимы без применения органических полимерных материалов, улучшающих их характеристики.

Говоря о классификации зданий с точки зрения их химической безопасности, следует упомянуть о разделении зданий по особенностям конструкции и применяемым материалам. С этой точки зрения выделяют следующие типы зданий:

Большое значение имеют отделочные материалы. Традиционно для отделки помещений используют штукатурку или гипсовые панели, располагающиеся поверх деревянных и кирпичных стен или их композиций. Сами по себе они не несут проблем, связанных с безопасностью жилища. Однако природу отделочного материала следует учитывать при рассмотрении других факторов безопасности. Например, гипсокартон часто является субстратом для плесневого грибаStachybotrys chartarum, развивающегося на его поверхности. Токсины гриба могут представлять опасность для человека. Лакокрасочные покрытия внутренних стен являются источником эмиссии летучих органических соединений, старые краски содержат в своем составе свинец, кадмий и другие токсичные элементы. Некоторые из указанных проблем более подробно рассмотрены в последующих главах.

Часть отделки вспомогательных помещений, внешних стен, межэтажных перекрытий, чердачных помещений направлена на повышение эффективности энергосбережения. Это использование дополнительных утеплителей на основе полиуретановых и полистирольных пен (пенопласта), минеральной ваты, керамзита, и других облегченных материалов, более эффективное уплотнение дымоходов и вентиляционных каналов. Следует помнить, что все такие материалы предназначены для эксплуатации только в сухих условиях при достаточно мягких колебаниях температуры. Периодическое увлажнение, подтопление, замораживание или перегрев ведут к их ускоренному механическому разрушению, так называемому пылению. Повышается эмиссия раздражающих и токсичных летучих компонентов, особенно в случае использования пластмасс. Самое неприятное - в теплых и влажных условиях создаются условия для развития плесневых грибов и болезнетворных микроорганизмов. Это чревато повышением частоты аллергических заболеваний, развитием хронических заболеваний органов дыхания. Микробиологическое загрязнение может приводить к вспышкам некоторых заболеваний, например, легионеллеза или респираторных инфекций. Появление плесени снижает эстетическую привлекательность помещения, его рекреационное значение

Особую проблему представляют собой помещения и условия эксплуатации вспомогательного оборудования, необходимого для обеспечения комфортности обитания человека и его потребностей. Речь идет о подземных или прилегающих гаражах личного транспорта, бойлерных, холодильных и нагревательных установках, центральных системах вытяжной вентиляции и кондиционирования. Помимо повышенных концентраций продуктов сжигания органического топлива, фреонов, летучих органических растворителей или других загрязнителей, в таких помещениях может создаваться локальное изменение давления воздуха, способствуя ускоренному поступлению загрязняющих веществ извне или нарушению естественной циркуляции воздуха внутри здания.

Нагревательные установки, или теплогенераторы, - стандартный компонент оснащения жилого дома в Европе и Америке, где систем центрального отопления практически нет. Появляются они в современных одно- и многоквартирных зданиях и в нашей стране. Во многих развивающихся странах процессы горения органического топлива используют, в том числе, для приготовления пищи. В старых зданиях и некоторых современных особняках функционируют камины и изразцовые печи, играющие сейчас скорее эстетическую функцию. Все эти устройства являются источником поступления в воздух закрытого помещения значительного числа соединений, начиная от углекислого и угарного газа и заканчивая токсичными продуктами пиролиза и неполного сгорания органического топлива. Характер и степень их влияния во многом определяются особенностями конструкции теплогенераторов и печей, а также планировки помещений, в которых они установлены и эксплуатируются. Наибольшее значение имеют параметры, определяющие эффективность горения (температура, относительный избыток кислорода, способ подвода топлива), сопряжение источника горения с вентиляционными устройствами, а также грамотная эксплуатация всех указанных устройств и помещений.

Электрические нагреватели используют в основном в качестве вспомогательного или резервного источника тепла в силу более высокой стоимости эксплуатации. Они же де-факто определяют тепловыделение холодильных установок. Несмотря на то, что электрические нагреватели не являются источниками эмиссии потенциально вредных веществ, их эксплуатация является источником дополнительных рисков. Они связаны с нарушениями условий циркуляции воздуха, ускорением эмиссии вредных веществ из электрической изоляции, нагретых пластиковых материалов корпуса, других деталей и элементов интерьера, примыкающих к работающей установке. Электрические приборы, выделяющие значительное количество тепла, являются потенциальным источником возгораний, коротких замыканий и других аварийных ситуаций, провоцирующих, в том числе, химическое загрязнение внутренних помещений дома. Кроме того, локальный нагрев способствует электризации частиц пыли и их ускоренному осаждению как на нагретых поверхностях, так и в пределах помещения, в котором установлен нагреватель. Если запыленность помещения достаточно высока, то при низкой влажности воздуха скопившаяся пыль может становиться пожароопасной.

Внутридомовые системы циркуляции воздуха выполняют функции вентиляции и пылеочистки. Они могут быть локальными, в пределах одной или нескольких комнат, и центральными, с системой воздуховодов и единым силовым агрегатом. Первые системы характерны для относительно недорогих и/или старых зданий. Вторые - непременный атрибут современных многоэтажных офисных зданий, а также элитных многоквартирных домов. Центральная система вентиляции, кондиционирования и пылеочистки снижает риски, связанные с эксплуатацией агрегатов в жилых помещениях и, как правило, более эффективна.

С одной стороны, активная приточно-вытяжная вентиляция является одним из основных способов снижения концентрации вредных примесей и пыли в воздухе помещений. Она незаменима, когда речь идет о зданиях смешанного назначения, в котором наряду с жилыми помещениями есть нежилые или производственные (пекарни, магазины, склады). С другой стороны, неправильное проектирование, установка и эксплуатация вентиляционных систем могут способствовать распространению болезнетворных микроорганизмов (болезнь легионеров), поступлению вредных веществ из более загрязненных подвальных или полуподвальных помещений и извне. То же относится к системам пылеудаления, где вероятность распространения неблагоприятных биологических факторов (моль, токсины плесневых грибов, патогенные микроорганизмы) даже выше, чем в традиционных системах кондиционирования.

Возраст здания оказывает неоднозначное влияние на загрязнение воздуха в помещениях и химические риски в целом. С одной стороны, многие здания и отдельные помещения конструировали и эксплуатировали в условиях, когда природа и механизм действия неблагоприятных факторов были еще не известны. Один из относительно «свежих» примеров - асбест, канцерогенное действие которого было окончательно установлено только в 70-х годах прошлого века. Это относится как к основным материалам, так и к отделочным, например, краскам, содержащим токсичные пигменты на основе соединений свинца или кадмия. Многие старые здания не оснащались естественной приточной вентиляцией, отсутствовали системы климат-контроля. Старение здания, даже при щадящей эксплуатации, повышает вероятность проявления мелких и крупных дефектов конструкции и отделки, являющихся источниками дополнительной эмиссии вредных веществ. Чаще всего это нарушение герметичности воздуховодов и как следствие - смешение воздушных потоков вентиляции и газоотвода (воздуховоды каминов, печей). К другим распространенным дефектам, возникающим при длительной эксплуатации зданий, относятся нарушения герметичности отделки вспомогательных помещений (бойлерная, чердак, кладовки, подвальные помещения), нарушения гидроизоляции чердачных и подвальных помещений, нарушение целостности и эффективности утеплительных материалов межэтажных перекрытий и крыш, появление домовых насекомых-вредителей (муравьи, жуки-древоточцы, термиты), частичное разрушение и связанное с этим повышенное пыление отделочных материалов, в том числе, на основе асбеста, сильного канцерогена.

С другой стороны, в старых зданиях меньше удельный вес элементов конструкции и отделки из полимерных материалов, являющихся источниками поступления органических соединений в воздух внутренних помещений. Это относится к оконным переплетам, напольным покрытиям, стеновым панелям, лакокрасочным материалам. Даже если синтетические материалы использовали при постройке или ремонте здания, эмиссия органических соединений за длительное время эксплуатации снижается до безопасного уровня. Если учесть, что системы естественной приточной вентиляции в сочетании с более толстыми стенами старых строений обеспечивают условия, вполне сопоставимые с современными кондиционерами, то понятно, почему многие астматики и чувствительные к аллергенам люди говорят, что в старых зданиях им дышится легче.

Важным фактором, определяющим безопасность и комфортность жилища, является его расположение. Отдельно стоящие здания для одной семьи даже в рамках населенного пункта размещали определенным образом относительно розы ветров, с учетом особенностей грунта и глубины залегания грунтовых вод, чтобы обеспечить наиболее благоприятные условия с точки зрения проживания - отсутствие постоянной влаги в подвале и естественное проветривание помещения в жаркое время года. Увеличение плотности городской застройки, как и переход к строительству преимущественно многоэтажных зданий, во много нивелировали значение выбора места для строительства. Сейчас, за исключением промышленных зон, при ориентации проектируемых жилых зданий превалируют соображения эстетики (вид из окна, общая градостроительная политика) и внутригородских коммуникаций (близость общественного транспорта, стоянок автотранспорта, центров отдыха и развлечений, служб сервиса). Тем не менее, многие вопросы безопасности проживания, связанные с привязкой здания на местности, остаются. Они касаются, прежде всего, возможного неблагоприятного взаимодействия внешних природных факторов и вспомогательного оборудования, обслуживающего здание. Это сезонный подпор грунтовых вод и их неблагоприятное действие на подвальное помещение и установленные там насосы и теплоагрегаты, поверхностный сток сезонных осадков с прилегающей территории и ускоренная коррозия подземных магистралей и силовых кабелей, размножение комаров и других вредителей в мокрых подвалах и прилегающих к зданию мелких водоемах. Все указанные факторы эффективно контролируются при правильной планировке придомовой территории и эксплуатации здания, но они снижают надежность многих систем жизнеобеспечения и увеличивают себестоимость эксплуатации здания в целом.

Все вышесказанное в равной степени относится к жилым и нежилым (непроизводственным, офисным) зданиям. К нежилым относят помещения и здания, использование которых не связано с эксплуатацией агрегатов, приводящей к образованию и распространению потенциально опасных для здоровья человека веществ. Это офисы, различные службы сервиса (прачечные, котельные, рестораны), складские помещения, магазины, общественные здания (библиотеки, муниципальные службы, кинотеатры, торгово-развлекательные комплексы и т.д.). Эти здания и помещения обладают также рядом особенностей по сравнению с жилыми зданиями. Частично такие особенности диктуются тем, что продолжительность пребывания в них людей ограничена достаточно четкими рамками. Например, для офисов стандартная продолжительность рабочего дня принимается равной 8 ч. Ее используют для расчета средней суточной дозы воздействия и рисков, связанных с загрязнением. Кроме того, группы людей, пользующихся такими зданиями, более однородны с точки зрения возраста и предрасположенности к действию неблагоприятных факторов. Например, в детских садах - это дети в возрасте от 3 до 6 лет, в офисах - трудоспособное население от 25 до 60-65 лет и т.д. Вместе с тем, интенсивность использования нежилых помещений, включая среднюю посещаемость, число посетителей в расчете на единицу площади или объема воздуха, как правило, выше, чем в квартирах и собственных домах. Это диктует более жесткие требования к системам вентиляции, пожаробезопасности и к другим потенциальным источникам химической опасности для человека.

Скученность предопределяет значительно большие по сравнению с жилыми помещениями масштабы применения средств бытовой химии - дезодорантов, дезинфектантов и др. Их могут применять в системах кондиционирования и вентиляции, что практически исключает возможность избежать контакта с ними людям, обладающим повышенной чувствительностью к используемым препаратам. Также повышается риск воздействия продуктов жизнедеятельности человека (потовые выделения, мочевина, кишечная палочка) и насекомых-вредителей, обладающих высокой аллергенной активностью (шерсть грызунов, выделения насекомых). Значительно больше воздействие на качество воздуха помещения подвижных механизмов - механических эскалаторов, автоматически открывающихся дверей и лифтов.

Нежилые помещения более разнообразны в части используемых строительных, конструкционных и отделочных материалов, а также электрического и иного оборудования, что диктуется как особенностями эксплуатации зданий в соответствии с их назначением, так и социально-экономическими факторами. Например, в общественных зданиях более распространены относительно дешевые пластиковые детали и элементы дизайна (окна, стеновые панели, напольные покрытия, элементы декора потолка), которые в жилых помещениях изготовлены из природных естественных материалов - камня, дерева, натуральных минералов. То же относится к лакокрасочным покрытиям, изоляционным и отделочным материалам технических и вспомогательных помещений (подвалы и полуподвалы, складские помещения, холодные комнаты ресторанов и продуктовых магазинов и т.д.).

Параметры работы технологического оборудования - промышленных холодильников, водогрейных установок, электропечей и нагревателей, как правило, более жестки, а сами агрегаты - более мощные, нежели в жилых зданиях. Это способствует выделению больших количеств летучих веществ. То же относится к другим высокоэнергетическим установкам, в жилых помещениях обычно не применяемым (ионизаторы, озонаторы воды и воздуха, электрические моторы, двигатели внутреннего сгорания).

Авторы: Г.А.Евтюгин, Г.К.Будников, Е.Е.Стойкова

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени В.И.УЛЬЯНОВА-ЛЕНИНА
Химический институт им.A.M.Бутлерова Кафедра аналитической химии

Источник: zelife.ru