Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:Обоснование гигиенических требований к световому режиму помещений жилых и общественных зданий в условиях крупного города

Актуальность работы. Проектирование зданий и городских пространств, которое сохраняло бы природные ресурсы и максимально использовало возобновляемые формы энергии, особенно солнечную, признано приоритетной задачей не только в России, но и за рубежом, что отражено, например, в Европейской хартии о солнечной энергии в архитектуре и строительстве (Берлин, март 1996). Формы городских и ландшафтных структур, создаваемые человеком, должны учитывать ряд экологических и биоклиматических и градостроительных факторов, включая ориентацию улиц и зданий. При проектировании зданий следует сводить к минимуму потребность в энергии для их освещения, вентиляции, поддержания нормативных показателей микроклимата. Проницаемость оболочки здания для тепла, света и воздуха, должна быть управляема и приспособлена к модификации для того, чтобы реагировать на местные изменяющиеся климатические условия с целью обеспечения оптимальных условий проживания населения.

Солнечный свет является жизненно необходимым условием существования всей органической природы. Последствия ограничения или лишения человека солнечного света проявляются нарушениями физиологического равновесия в организме, такими как рахит у детей и нарушения витаминного обмена у взрослых, ослабление защитных сил организма, обострение хронических заболеваний, развитие «солнечного» или «светового голодания».

Воздействие солнечного света характеризуется такими его свойствами, как бактерицидное действие, психоэмоциональное, физиологическое, тепловое.

Как известно, ультрафиолетовая радиация относится к факторам, обладающим мощным биологическим действием, в том числе бактерицидным воздействием на микроорганизмы. Таким образом, бактерицидное действие может служить интегральной оценкой эффективности пребывания солнечного луча в помещении, включающей и геометрию движения солнца и энергетическую эффективность его лучей.

Осуществляемое в больших масштабах жилищное строительство в нашей стране должно предусматривать повышение комфортности вводимого в эксплуатацию жилья, уровня его благоустройства, что в значительной степени связано с обеспечением нормативов светоклиматического режима - инсоляции и естественной освещенности помещений.

Строительная отрасль - одна из ведущих отраслей производственной деятельности в нашей стране. Сегодня, например, в строительном комплексе г. Москвы занято около 800 тысяч человек. В 2001 году в городе введено в эксплуатацию более 4 млн. квадратных метров жилой площади, что в два раза превышает показатели 1985 года. При этом территория города осталась практически в границах 1985 года и около 70% зданий строится в порядке уплотнения существующей застройки.

Необходимость увеличения плотности городской территории вывела в последние годы проблему обеспечения нормативных показателей инсоляции и освещенности помещений жилых и общественных зданий на одно из первых мест при осуществлении государственного санитарно-эпидемиологического надзора за градостроительной деятельностью.

Нормативные требования по инсоляции (СН 2605-82) были разработаны на основании научных исследований, проведенных в нашей стране его в конце 1950-х, начале 1960-х годов прошлого века. Произошедшие с тех пор существенные изменения в градостроительной политике, изменения в нормативах обеспеченности жилой площадью населения нашей страны, особенно в крупных городах, с одной стороны, и накопленные научные данные, опыт работы по контролю за проектированием с другой, потребовали рассмотреть обоснованность и необходимость обеспечения этих нормативных показателей в новых условиях градостроительства. Безусловно, одним из важных факторов, заставивших нас обратить внимание на эту проблему, явились экономические причины, а именно, сгсутствие свободных территорий для полноценного развития города, стоимость земли в крупных городах, нерациональное использование значительных дворовых пространств, ошибки в нормируемой ориентации таких общественных зданий, как школы, неправильное функциональное зонирование помещений.

В связи с этим, возникла необходимость в проведении исследований по оценке светового режима помещений жилых и общественных зданий и определении минимальных, максимальных и оптимальных показателей ее обеспечения. Стоит отметить, что инсоляция и естественная освещенность относятся к показателям обеспечения гигиенически комфортных условий проживания и производственной деятельности человека и одним из компонентов ее комплексной оценки.

Цель и задачи работы. Основной целью работы являлось обоснование гигиенических требований к световому режиму жилых и общественных зданий с учетом новых требований к их комфортности и обеспечения оптимальных условий проживания населения.

Для осуществления поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Проанализировать современное состояние нормирования инсоляции и естественной освещенности помещений жилых и общественных зданий.

2. Оценить бактерицидную эффективность естественного ультрафиолетового излучения в помещениях жилых и общественных зданий.

3. Обосновать гигиенические требования к естественной освещенности помещений с учетом современного функционального зонирования жилой квартиры.

4. Разработать гигиенические нормативы светового режима помещений жилых и общественных зданий.

5. Дать гигиеническую оценку компенсаторных мероприятий при недостаточности светового режима помещений с учетом интегральной оценки качества среды обитания.

Научная новизна исследований. В результате натурных и экспериментальных исследований, проведенных с привлечением гигиенических, бактериологических, физиологических, психофизиологических, светотехнических методов исследований установлены: гигиенический минимум, оптимум и максимум продолжительности инсоляции, гигиенический минимум уровней естественной освещенности помещений жилых и общественных зданий.

Определена и обоснована новая точка расчета коэффициента естественной освещенности помещений. Выявлен эффект роста бактериологической обсемененности воздуха при перегреве помещений и на этой основе разработаны дифференцированные нормы инсоляции помещений жилых и общественных зданий. Обоснованы нормативы естественной освещенности помещений жилых и общественных зданий.

Практическая значимость работы. На основании проведенных исследований разработаны гигиенические нормативы продолжительности инсоляции помещений жилых и общественных зданий, введены принципы дифференцированного нормирования инсоляции для помещений различного функционального назначения. Обоснованы нормативы естественной освещенности помещений жилых и общественных зданий.

По результатам проведенной работы разработаны и утверждены СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-01 «Гигиенические требования к инсоляции и солнцезащите помещений жилых и общественных зданий и территории».

Положения, выносимые на защиту:

1. Бактерицидная эффективность инсоляции с учетом использования интегральных показателей, включающих в себя качество жилых помещений, микроклимат, формулу заселения, новые отделочные материалы и т.п.

2. Компенсаторные механизмы недостаточности светового режима с учетом интегральной оценки качества внутрижилищной среды.

3. Гигиенические нормативы инсоляции и естественной освещенности помещений жилых и общественных зданий.

Результаты работы были использованы при разработке и утверждении Московских городских строительных норм и правил - МГСН 2.05-99 «Инсоляция и солнцезащита» и МГСН 2.06-99 «Естественное, искусственное и совмещенное освещение» (утверждены Постановлением Правительства Москвы №217 от 23 марта 1999 г.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Осуществляемое в больших масштабах жилищное строительство в нашей стране должно предусматривать повышение комфортности вводимого в эксплуатацию жилья, уровня его благоустройства, что в значительной степени связано с обеспечением санитарных норм светоклиматического режима -инсоляции и естественного освещения.

Необходимость увеличения плотности городской территории вывела в последние годы проблему обеспечения нормативных показателей инсоляции и освещенности помещений жилых и общественных зданий на одно из первых мест при осуществлении государственного санитарно-эпидемиологического надзора за градостроительной деятельностью.

Нормативные требования по инсоляции (СН 2605-82) были разработаны на основании научных исследований, проведенных в нашей стране еще в конце 1950 начале 1960 годов прошлого века. Произошедшие с тех пор существенные изменения в градостроительной политике, изменения в нормативах обеспеченности жилой площадью населения нашей страны, особенно в крупных городах, с одной стороны, и накопленные научные данные, опыт работы по контролю за проектированием с другой, потребовали рассмотреть обоснованность и необходимость обеспечения этих нормативных показателей в новых условиях градостроительства.

В связи с этим, возникла необходимость в проведении исследований по оценке светового режима помещений жилых и общественных зданий и определении минимальных, максимальных и оптимальных показателей ее обеспечения. Стоит отметить, что инсоляция и естественная освещенность относятся к показателям обеспечения гигиенически комфортных условий проживания и производственной деятельности человека и одним из компонентов ее комплексной оценки.

Основной целью работы являлось обоснование гигиенических требований к световому режиму жилых и общественных зданий с учетом современных требований к их комфортности и обеспечения оптимальных условий жизни населения. Для решения поставленной цели нами были определены следующие задачи, которые следовало решить в ходе данных исследований:

1. Проанализировать современное состояние нормирования инсоляции и естественной освещенности помещений жилых и общественных зданий.

2. Оценить бактерицидную эффективность естественного ультрафиолетового излучения в помещениях жилых и общественных зданий.

3. Обосновать гигиенические требования к естественной освещенности с учетом современного функционального зонирования жилой квартиры

4. Разработать гигиенические нормативы светового режима помещений жилых и общественных зданий.

5. Дать гигиеническую оценку компенсаторных мероприятий при недостаточности светового режима помещений с учетом интегральной оценки качества среды обитания

Для оценки новых градостроительных приемов и направлений, которые оказывают влияние на показатели светового режима помещений, нами был определен план исследований.

Как известно, ультрафиолетовая радиация относится к факторам, обладающим мощным биологическим действием, в том числе бактерицидным воздействием на микроорганизмы. Бактерицидное действие может служить интегральной оценкой эффективности пребывания солнечного луча в помещении, включающей и геометрию движения солнца и энергетическую эффективность его лучей. Поэтому, на первом этапе нами были запланированы и выполнены бактериологические исследования влияния инсоляции на выживаемость микроорганизмов на исследуемых поверхностях в помещении. Задачей исследования было сравнительное изучение различных временных и пространственных условий воздействия инсоляции на выживаемость микробов. В качестве тест-микроорганизма был взят золотистый стафилококк. Тест-объектами служили стеклянные пластины, искусственно инфицированные тест-микробами. Зараженные тест-объекты устанавливали на высоте 1,0 метра от пола на различном расстоянии от окна и выдерживали под прямыми солнечными лучами определенное планом исследований время.

Результаты исследований в помещениях юго-восточной и юго-западной ориентации показали, что при увеличении расстояния тест-объекта от окна с 0,5 до 1 м. бактерицидная эффективность инсоляции не изменяется. Процент гибели микроорганизмов в обоих случаях составил более 99%. При увеличении расстояния до 2,0 метров от окна процент гибели микроорганизмов снизился и составил от 60 до 76,7 %, при расстоянии 3,0 метра гибель микроорганизмов достигала только 30 - 44,5%. Контрольные исследования в помещениях, ориентированных на север, показали, что процент гибели микроорганизмов составил через 1,5 часа - 20%, через 2,0 часа только 4%, что свидетельствует о незначительном бактерицидном действии рассеянного солнечного излучения и вторичном росте числа микроорганизмов. Наибольший эффект был получен на расстоянии в 1,0 метр от оконного проема. Незначительное снижение бактерицидной эффективности инсоляции наблюдалось на расстояниях в 0,5 и 2,0 метра от окна в помещении, ориентированном на юго-запад (от 81,7 до

77,1 %% соответственно). Наименьшая эффективность инсоляции была обнаружена на расстоянии 3,0 метра (от 8,8 до 21,4%).

Результаты исследований различных временных режимов продолжительности инсоляции, включая ее прерывистость, выявляли различия в бактерицидной эффективности инсоляции в помещениях, ориентированных на юго-восток и юго-запад. Бактерицидная эффективность инсоляции помещений, ориентированных на юго-запад, оказалась ниже, по сравнению с помещениями, ориентированными на юго-восток, и составила от 77 до 93,5%, при 99,6% в помещениях юго-восточной ориентации. Исследования фактора прерывистости воздействия инсоляции не выявили снижения ее бактерицидной эффективностности. Различий в бактерицидной эффективности инсоляции при ее продолжительности 1,5 и 2,0 часа не установлено.

Второй этап бактериологических исследований заключался в оценке впияния инсоляции на выживаемость естественной микрофлоры воздуха помещения. Бактериологическому контролю подвергли воздух в комнатах, окна которых были ориентированы на юго-восток и юго-запад. Результаты исследований показали, что бактерицидный эффект выше в помещении, ориентированном на юго-восток, чем в помещении, ориентированном на юго-запад. Если после 1 часовой инсоляции общее микробное число в обоих помещениях составило 64, то после 3 часов инсоляции в помещении юго-восточной ориентации ОМЧ составило 60, тогда как в помещении, ориентированном на юго-запад 272.

Для оценки влияния инсоляции на условия жизни населения проведен анкетный опрос жителей г. Москвы по специально разработанной анкете. Вопросы по оценке инсолируемости помещения носили косвенный характер и должны были отражать непрофессиональную оценку условий инсоляции. Исследования проводились на территории города Москвы в разных градостроительных условиях. Социальный статус, возраст и профессии анкетируемых были различны. Всего было получено 375 заполненных анкет.

Прежде всего, проведен анализ жилищных условий респондентов по их собственной оценке. Установлено, что квартиры анкетируемых в 88% случаев имеют не менее 28 кв.м. общей площади на одного проживающего. Преобладающий вариант заселения квартир в изучаемой группе - п-1 (количество комнат в квартире на одну меньше количества жителей в ней проживающих).

Данные анкетного опроса свидетельствуют о том, что оценка респондентами солнечности квартиры не зависит от отношения жилой площади квартиры к количеству проживающих в ней человек, если она составляет более 9 кв.м. на человека. Квартиры с жилой площадью на проживающего менее 9 кв.м. по подгруппам комфортности оценены анкетируемыми равнозначно, то есть респонденты дают одинаковую оценку условиям комфортности жилища. Установлено, что при оценке анкетируемыми солнечности квартиры, ее площадь имеет принципиальное значение. Чем комфортнее условия проживания, тем выше оценка респондентами солнечности квартиры.

Оценка солнечности квартиры респондентами не зависит от возможного наличия зданий, расположенных напротив их окон (возможное затемнение квартиры противостоящим зданием). Изучение показателя комфортности квартиры с распределением оценки солнечности в зависимости от этажа показало, что проживание на первом - втором этажах оценивается респондентами как «плохо» или «удовлетворительно», а выше третьего как хорошо». Связано это с затеняющим воздействием противостоящих зданий и общей негативной оценкой населением условий проживания на первых этажах жилых домов. Жители, проживающие выше второго этажа, достоверно отмечают перегрев помещения в летнее время и применяют различные элементы солнцезащиты. При этом следует отметить повышенную требовательность респондентов при оценке солнечности квартиры в случае наличия детей в семье. Они чаше оценивают инсоляционный режим как недостаточный. Оценка «комфортно» инсоляционного режима квартиры характерна, в соответствии с анкетами, для квартир с формулой заселения «п-1» и «п».

С целью определения взаимосвязи плотности застройки микрорайонов и времени инсоляции квартир проведены исследования продолжительности инсоляции помещений 177 жилых зданий на территории 9 микрорайонов г. Москвы. Для исследований выбирались микрорайоны с различной плотностью застройки, различных периодов строительства, различной этажности и различных принципов застройки (преимущественно широтные и меридиональные дома). Расчет продолжительности инсоляции производился в соответствии с СН 2505-82 с помощью инсоляционного графика, на дни равноденствия 22 марта и 22 сентября.

Установлено, что при увеличении плотности застройки увеличивается количество квартир с недостаточностью инсоляции (менее 1 часа 30 минут) и снижается количество квартир с перегревом (время инсоляции - выше 2 часов 30 минут). Этот факт свидетельствует о том, что плотность застройки и продолжительность инсоляции взаимосвязаны. Представляет интерес возможность расчетной продолжительностью инсоляции регулировать плотность застройки.

Результаты исследований позволяют сделать вывод о некорректности оценки комфортности квартир по показателю инсоляции одной величиной санитарного норматива - 1 час 30 минут. При такой оценке комфортные уровни инсоляции не зависят от плотности застройки. Оценка зависимости «перегрева» помещений от плотности застройки свидетельствует о том, что с ее увеличением уменьшается количество помещений с перегревом и увеличивается количество квартир с дефицитом инсоляции. Эта зависимость прослеживается для помещений, расположенных на всех этажах здания.

Исследования продолжительности инсоляции в квартирах жилых домов, расположенных на различных территориях г. Москвы, бактериологические исследования бактерицидного эффекта инсоляции, а также результаты анкетного опроса жителей города, позволили разработать гигиеническую классификацию продолжительности инсоляции. В соответствии с данной классификацией жилые квартиры разделены на четыре группы, в соответствии со степенью бактерицидной эффективности инсоляции, наличием фактора перегрева помещений в летнее время, позитивной (негативной) психофизиологической реакцией жителей.

Продолжительность инсоляции не определяет в полной мере условия комфортности жилища. В качестве примера можно привести условия инсоляции в помещениях жилого дома по ул. Нижегородской в г. Москве. По действующим нормативам более 26% квартир этого дома не соответствовали санитарным требованиям. При оценке же инсоляции по предлагаемой нами гигиенической классификации, количество квартир с недостаточным временем инсоляции остается прежним (26%), но, при этом, количество жилых помещений с перегревом составляет 54%, а с комфортными условиями - 20%. Таким образом, 54% помещений требуют применения средств солнцезащиты. Аналогичная ситуация отмечена и при оценке условий инсоляции жилых квартир зданий, расположенных в других районах города. Следует отметить, что количество помещений, требующих солнцезащиты, возрастает с увеличением этажности. В квартирах с односторонней ориентацией, расположенных выше второго этажа, перегрев может составлять до 90% жилой площади, однако квартиры первого этажа при этом имеют недостаток времени инсоляции.

Анализ статистических данных по времени инсоляции помещений жилых зданий в г. Москве свидетельствует о необходимости корректировки действующих нормативных требований.

Оценка второго показателя светового режима помещений - естественной освещенности включала в себя комплекс исследований и, прежде всего, экспертную оценку значимости этого фактора в условиях жилища, также изучение биологического эффекта естественной освещенности. Выявлялась относительная значимость каждого из средообразующих факторов раздельно для жилых и общественных помещений.

Уровень естественной освещенности отнесен экспертами к наиболее значимым факторам, формирующим качество среды помещений. В служебных помещениях этот фактор занимает второе место (15%), на первом месте стоит температурно-влажностный режим. Искусственное освещение помещений отнесено экспертами только на пятое место. В жилых зданиях естественное освещение занимает по значимости четвертое место (13,1%), после микроклимата (16,5%), объемно-планировочных решений (15,5%) и химического загрязнения воздушной среды (15,4%). Это свидетельствует о важности естественного освещения при осуществлении производственной деятельности, связанной с выполнением напряженной зрительной работы.

На втором этапе нами проведена оценка экспертами значимости отдельных параметров, характеризующих качество внутренней среды помещений. При этом в понятие фактора «естественное освещение» вошли коэффициент естественной освещенности (КЕО), размер окна, затеняемость помещения противостоящими зданиями, ориентация помещений по сторонам света и их глубина. Установлено, что оптимальное значение КЕО для помещений жилых зданий, оцениваемое экспертами как комфортное, составляет 1,5% и выше. КЕО на уровне 0,5% (существующий норматив) рассматривается экспертами как удовлетворительное значение. КЕО на уровне 0,3%, по мнению экспертов, является недостаточным. Помещения с таким значением КЕО могут использоваться только для кратковременного пребывания людей. Оценка затеняющего влияния противостоящих зданий показала, что затенение более двух третей окна оказывает негативное психогенное воздействие, а полное затенение окна оценено экспертами как стрессорный фактор.

Третий этап исследований включал в себя оценку влияния различных уровней освещенности помещений на психофизиологический статус человека. Результаты натурных и экспериментальных исследований, включавших в себя тест самооценки САН и изучение комплекса физиологических и психологических показателей, таких как оценка состояния функции зрения, центральной нервной системы, самочувствия и утомления при выполнении работ корректорского типа.

В комплекс изучаемых физиологических показателей входили: скорость нарастания световой чувствительности в условиях темновой адаптации (Тад), устойчивость цветоразличения (Адп), контрастная чувствительность зрения (Кч), скорость простой окуломоторной реакции (VI и V2).

Как показали результаты исследований, качество световой среды оказывает существенное влияние на человека, занятого напряженным зрительным и умственным трудом. При полной или частичной замене в эксперименте естественной освещенности на искусственный свет выявлено снижение устойчивости организма к утомлению, что свидетельствует о биологической неадекватности естественного и искусственного света равной интенсивности. Выявленная повышенная чувствительность функций центральной нервной системы по сравнению со зрительными функциями к ухудшению световой среды свидетельствует о значительном общебиологическом положительном влиянии естественного света по сравнению с искусственным.

Четвертый этап исследований включал бактериологические исследования влияния естественной освещенности на биологические объекты (E.coli). Установлено, что в тест-объектах, расположенных в 1м от стены, противоположной окну, количество микроорганизмов стало на 22,3 - 74,1% выше количества эшерихий в контрольной пробе, установленной в помещении без естественного света, а в центре помещения на 65,9 - 117,6%.

Анализ изменения коэффициента естественного освещения (КЕО) при переносе точки расчета в центр помещения производился по результатам светотехнических исследований КЕО в 40 помещениях. Измерения производились с помощью линейки Д.С. Масленникова на графическом материале. Результаты измерений показали, что при переносе точки расчета в центр помещения показатели КЕО увеличиваются в среднем на 30%, что требует соответствующей корректировки нормативов.

С целью оценки одного из показателей функционального зонирования жилой квартиры, выделения рабочих зон с выполнением напряженной зрительной работы и, следовательно, требующих повышенных уровней освещенности, нами проведен анкетный опрос населения г. Москвы. Установлено, что в 76% случаев рабочие места в квартирах расположены в приоконной зоне, в 17% на расстоянии не более 2/3 глубины помещений от окна, и только в 7% у стены, противоположной окну. Выявлена достоверная связь между размещением рабочих мест в жилых комнатах и формулой заселения (условия проживания). При лучших условиях проживания, приоконная зона для размещения рабочих мест используется чаще.

Известно, что внедрение многих нормативных требований по обеспечению благоприятных условий проживания и производственной деятельности связано с экономическими показателями развития общества. Нами проведены гигиенические исследования экономических и градостроительных показателей проектов застройки экспериментального жилого микрорайона «Северное Бутово 6-А» в г. Москве. Были проанализированы пять вариантов проекта этого микрорайона в различной продолжительностью инсоляции жилых помещений от 1 до 3 часов и с различной плотностью застройки. Изучались показатели обеспеченности жителей проектируемого микрорайона объектами обслуживания.

Как показали исследования, с сокращением продолжительности инсоляции помещений снижается возможность обеспеченния жителей микрорайона школами и детскими дошкольными учреждениями до уровня, не соответствующего нормативным показателям. Связано это с тем, что с увеличением плотности застройки, сокращается свободная от застройки территория, которую можно использовать для размещения объектов обслуживания. Так например в варианте проекта с временем инсоляции 1 час, размещая, в соответствии с нормативными требованиями, школы и детские дошкольные учреждения, проектировщики сокращают жилую территорию на 4,1 га, а в варианте с временем инсоляции в 1,5 часа - на 3,4 га. Установлено, что при применении вариантов проекта с временем инсоляции 1 и 1,5 часа не удается разместить на территории микрорайона проектируемое количество жилых зданий, в связи со значительным сокращением всех нормируемых элементов территории жилой зоны (зеленые насаждения, площадки для отдыха, спортивные сооружения и т.п.). Сохранение нормативных показателей инфраструктуры микрорайона возможно лишь при варианте застройки с продолжительностью инсоляции 2 часа. Таким образом, чрезмерное сокращение продолжительности инсоляции приводит к увеличению показателей плотности застройки, что, в свою очередь, приводит к невозможности обеспечения населения объектами обслуживания. Для достижения нормативных показателей сети обслуживания сокращается объем жилищного строительства, а это уже прямые экономические и социальные потери города.

Также нами проведена оценка экономической эффективности внедрения новых нормативных требований продолжительности инсоляции. Как показали результаты исследований, экономия капитальных вложений города при использовании разработанной нами гигиенической классификации продолжительности инсоляции, составит не менее 720,3 млн.руб. или 63,2 тыс. руб. на одного жителя рассматриваемого экспериментального микрорайона.

Таким образом, экономическая и градостроительная оценки применения предложенной нами гигиенической классификации продолжительности инсоляции помещений жилых и общественных зданий на примере экспериментального жилого микрорайона «Южное Бутово,6А», свидетельствуют о существенной экономической эффективности при их использовании. Дальнейшее снижение продолжительности инсоляции помещений до 1,5 и 1,0 часа приведет к существенному увеличению плотности застройки, невозможности обеспечения населения объектами обслуживания в соответствии с нормативными требованиями, сокращению показателей озеленения и благоустройства территории.