Опис:

Ще кілька років тому у вітчизняних нормативних документах під час проектування вентиляції у приміщеннях із перебуванням людей СО2 враховувався лише побічно у питомих нормах повітрообміну. У зарубіжних стандартах його концентрація у повітрі приміщень служить індикатором вмісту інших шкідливих забруднюючих речовин і відповідної інтенсивності вентиляції.

До питання про нормування повітрообміну за вмістом CO 2 у зовнішньому та внутрішньому повітрі

І. М. Квашнін, канд. тех. наук, провідний спеціаліст НВП «Енергомеханіка»

І. І. Гурін, директор компанії Alfaintek Oy

У журналі «АВОК», № 4, 2008, була опублікована стаття Ю. Д. Губернського та Є. О. Шилькрота « Скільки повітря потрібно людині для комфорту?», яка викликала великий інтерес у спеціалістів. Поданий у статті матеріал показує, що хоча проблемі нормування повітрообміну по СО 2 приділяється багато уваги, матеріалу для вирішення цього питання поки що не достатньо. Ця стаття пропонує продовжити обговорення цієї проблеми.

Ще кілька років тому у вітчизняних нормативних документах під час проектування вентиляції у приміщеннях із перебуванням людей СО 2 враховувався лише побічно у питомих нормах повітрообміну. У зарубіжних стандартах його концентрація в повітрі приміщень служить індикатором вмісту інших шкідливих забруднюючих речовин та відповідної інтенсивності вентиляції. Високі концентрації вуглекислого та інших газів у зовнішньому повітрі великих міст призводять до необхідності вибору: або інтенсифікувати повітрообмін, викликаючи ланцюгову реакцію збільшення споживання енергоресурсів шляхом спалювання органічного палива з додатковим забрудненням атмосфери (у тому числі СО 2), або проводити очищення. Це відповідає останнім дослідженням вчених про шкоду двоокису вуглецю для здоров'я людей при підвищенні концентрації вдвічі-втричі в порівнянні з чистим атмосферним повітрям.

За даними сучасної медицини, у складі метаболічних (життєдіяльних) виділень організму людини виявлено кілька сотень хімічних сполук, з яких понад двісті речовин – з поверхні шкіри та понад сто – з повітрям, що видихається. Однією з найцікавіших речовин є вуглекислий газ. Це відносно нешкідливий газ згідно з ГОСТ 12.1.007-76 відноситься до 4 класу небезпеки, він міститься у невеликих кількостях у складі чистого атмосферного повітря. За даними більшості джерел, його концентрація становить приблизно 0,03% від об'єму (об.), тобто в 1 м 3 міститься 0,3 л, або 0,3/22,4 = 0,01339 моль (за даними БСЕ - 0,0314% про.). Знаючи молекулярну масу діоксиду азоту 44 г/моль, легко визначити його масу в 1 м 3 а саме: 44 х 0,01339 = 0,589 г. Концентрація, відповідно, дорівнює 589 мг/м 3 . У таких кількостях вуглекислий газ необхідний життєдіяльності людини. За ГОСТ 8050-85 «Двоокис вуглецю газоподібний і рідкий. Технічні умови» щільність газоподібного двоокису вуглецю становить 1,839 кг/м 3 тобто приблизно в 1,5 рази більше повітря. У таблиці 1 наведено формули переведення величин з одних одиниць до інших. Як у вітчизняних нормативних документах, так і зарубіжних відсутній норматив гранично допустимої концентрації вуглекислого газу в атмосферному повітрі. Очевидно, що вміст у повітрі СО 2 буде різним у сільській місцевості, невеликих та великих містах. Фонові концентрації визначаються викидами автотранспорту, спалюванням палива на підприємствах теплоенергетики та роботою промислових підприємств. Труднощі полягає в тому, що моніторинг за рівнем СО 2 службами Центру з гідрометеорології не ведеться. За кордоном вуглекислий газ, поряд з оксидами азоту, оксидом вуглецю, діоксидом сірки та летючими органічними сполуками, є типовою забруднювальною речовиною, яка підлягає обліку при оцінці зовнішнього повітря для проектування систем вентиляції та кондиціювання. Європейський стандарт ЄН 13779 «Ventilation for non-residential buildings – Performance requirements for ventilation and room-conditioning systems» як загальне базове керівництво пропонує приймати концентрацію вуглекислого газу сільській місцевості 350 ppm, в невеликих містах 400 ppm. Насправді вона може бути суттєво вищою. Наприклад, вимірювання в центрі Москви в безвітряну погоду наприкінці літа в районі Садового кільця показали, що при досить інтенсивному русі транспорту рівень СО 2 піднімався до 900 ppm (0,09% про. ). Погулявши кілька годин, цю концентрацію і без приладів відчує на собі кожен у вигляді головного болю.

Примітка:
Са - числове значення концентрації в заданих одиницях;
С х - числове значення концентрації в одиницях, що шукаються;
М – молекулярна маса газу;
Р - загальний тиск газової суміші, Па;
Т – температура, ° До.

Одним із способів, що широко застосовуються на Заході, для визначення необхідної інтенсивності повітрообміну в громадських будівлях є використання вуглекислого газу як індикатора якості повітря. За його концентрацією судять про вміст інших речовин, що виділяються людиною, яких у відносних концентраціях (ставлення фактичної концентрації до ГДК) утворюється менше. При зниженні рівня 2 розведенням припливним повітрям одночасно знижується рівень концентрації інших речовин. Вуглекислий газ вибраний через те, що його концентрацію легко виміряти з досить високою точністю і його масове виділення значно більше за інші шкідливі речовини.

Загальновідомо, що одна людина у спокійному стані, наприклад працівник офісу, за одну годину споживає 20–30 л кисню з виділенням 18–25 л вуглекислого газу, а при заняттях у фітнес- та тренажерних залах – до 36 л і більше. Якщо у повітрі, що вдихається міститься 0,03% (про.) СО 2 , то у видихуваному – 3,6% (про.), тобто зростає більш ніж у 100 разів. Інтенсивно виділяється вуглекислий газ від газової плити під час приготування їжі. При зростанні вмісту в повітрі значення CO2 вище за певну величину людина починає почуватися дискомфортно, може впадати в дрімотний стан, виникають головні болі, нудота, почуття задухи. Його вплив настільки поступовий і слабкий, що його важко одразу виявити. Ця межа індивідуальна для різних людей – чоловіків та жінок, дітей. Проте донедавна у вітчизняних документах не було нормативу якості повітря приміщень для вуглекислого газу. Лише гігієнічними нормативами у 2006 році запроваджено максимально разову ГДК рівну 13 790 ppm (27 000 мг/м 3 ) та середньозмінну 4 597 ppm (9 000 мг/м 3 ) для повітря робочої зони виробничих приміщень. Для порівняння: у США ці цифри становлять 30 000 ppm (58 740 мг/м 3 ) та 5 000 ppm (9 790 мг/м 3 ), відповідно. У шахтах на робочих місцях допускається концентрація 0,5% (об.) або 5000 ppm. Відповідно до ГОСТ 8050-85 «При концентраціях понад 5 % двоокис вуглецю шкідливо впливає на здоров'я людини… При цьому знижується об'ємна частка кисню в повітрі, що може спричинити явище кисневої недостатності та задухи». Нагадаємо, що максимально разова та середньозмінна концентрація ГДК повітря робочої зони визначаються ГОСТ 12.1.005-88 та гігієнічними нормативами ГН 2.2.5.1313-03, ГН 2.2.5.1314-03.

Для приміщень житлових та громадських будівель цей норматив, як і раніше, відсутній. Колізія виникає у зв'язку з тим, що відповідно до СНиП 41-01-2003 «Опалення, вентиляція та кондиціювання» , СанПіН 2.1.2.1002-00 «Санітарно-епідеміологічні вимоги до житлових будинків та приміщень» та ін. для цих приміщень норматив якості приймається рівним для повітря населених місць (ДН 2.1.6.1338-03; ДН 2.1.6.1339-03), який, як зазначалося вище, відсутній. Однак, на відміну від багатьох інших забруднюючих речовин, що практично не виділяються в приміщеннях, вміст двоокису вуглецю інтенсивно збільшується. Цікаво, що ще в довіднику Р. В. Щекіна 1976 наводиться розрахунок необхідного повітрообміну на розведення СО 2 однією людиною.

Європейський стандарт 2004 року пропонує розділяти повітря в приміщеннях із перебуванням людей на категорії якості від IDA 4 – низьке, IDA 2 та 3 – середнє, до IDA 1 – високе. Передбачається декілька способів визначення категорії якості. Один з них оцінює перевищення рівня СО 2 як індикатора в повітрі приміщень над зовнішнім повітрям (табл. 2).

Таблиця 2

Категорія приміщення Перевищення рівня СО 2 у приміщенні над ним вмістом у зовнішньому повітрі, ppm Типовий діапазон Задане значення IDA 1 <400 350 IDA 2 400–600 500 IDA 3 600–1 000 800 IDA 4 ≥1000 1 200

Знаючи місцезнаходження будівлі (сільська місцевість, місто) та рівень концентрації СО 2 у зовнішньому повітрі легко визначити його розрахунковий вміст у повітрі приміщення. Далі наводяться рекомендації щодо встановлення певних класів фільтрів, як правило, не менше двох ступенів, для досягнення необхідної чистоти повітря відповідно до необхідної категорії якості IDA. Це стосується не тільки твердих пилових частинок, але й основних газів: NO x , SO 2 поліциклічних ароматичних вуглеводнів і летких органічних сполук. Стандарт каже: «У міському середовищі рекомендується використання молекулярних (газових) фільтрів». Зазначимо, що за поданням асоціації АСИНКОМ європейський стандарт прийнятий без змін як вітчизняний ГОСТ РЕН 13779-2007 «Вентиляція в нежитлових будинках. Технічні вимоги до вентиляції та кондиціювання». ФГУП СТАНДАРТИНФОРМ оголосило, що він вводиться в дію з 1 жовтня 2008 року.

Допустиме прийнятне значення вмісту вуглекислого газу в приміщеннях з перебуванням людей було встановлено гігієністами і прийнято, наприклад, стандартом ASHRAE 62-1989 на рівні 1000 ppm (1958 мг/м 3 ) або 0,1% (об.). На цю величину спираються багато авторів при розрахунках повітрообміну. Це значення фігурує у СП 2.5.1198-03 «Санітарні правила щодо організації пасажирських перевезень» для залізничних вокзалів та СанПіН 2.5.1.051-96 «Умови праці та відпочинку для льотного складу цивільної авіації» для кабін повітряних суден. Знаючи виділення СО 2 однією людиною в офісі – 18 л/год (0,005 л/с) або 35 200 мг/год за формулою (Л.2) СНиП 41-01-2003 потрібна витрата припливного повітря для однієї людини дорівнює

L = 35200 / (1958 - 589) = 25,7 м 3 /год.

В одиницях л/с та ppm L = х 106 = 7,14 л/с.

Першим вітчизняним документом, в якому зроблено спробу регламентувати вміст СО 2 у зовнішньому та внутрішньому повітрі, є стандарт АВОК «Будівлі житлові та громадські. Норми повітрообміну». Як рекомендована довідкова пропонується гранично допустима концентрація у зовнішньому повітрі: сільська місцевість – 332 ppm (650 мг/м 3 ), малі міста – 409 ppm (800 мг/м 3 ), великі міста – 511 ppm (1 000 мг/м 3 ) ). Верхня допустима межа концентрації СО 2 у приміщеннях житлових та громадських будівель не повинна перевищувати концентрацію у зовнішньому повітрі на 638 ppm (1 250 мг/м 3 ). В цьому випадку необхідний повітрообмін на 1 особу складе 28 м 3 /год.

В результаті останніх досліджень, проведених індійськими вченими в місті Калькутта, було з'ясовано, що так само, як NO 2 , СО 2 є потенційно токсичним для людини навіть у низьких концентраціях, беручи до уваги її вплив на клітинну мембрану та біохімічні зміни, такі як збільшення напруги CO 2 у крові, збільшення концентрації іонів бікарбонату у крові та сечі, ацидоз тощо. буд. . Усього було досліджено 593 особи з житлового, комерційного та промислового районів міста та контрольної зони, що знаходиться в екологічно чистій сільській місцевості. Рівень бікарбонату в сироватці крові – біологічний показник впливу СО 2 – виявився в середньому на 60 % вищим у жителів Калькутти, ніж у жителів сільських районів, причому найвищим він був у жителів промислової зони. У місті Калькутта СО 2 був у повітрі в концентраціях від 0,03 до 0,06%. Рівень вентиляції у приміщеннях був адекватним майже 75 % житлових та робочих приміщень. Зважаючи на те, що збільшення рівня СО 2 в атмосфері веде до збільшення його концентрації в повітрі приміщення, можна сказати, що він може спричинити збільшення рівня бікарбонату в крові.

У своїх роботах англійський учений DS Robertson пише, що рівень вуглекислого газу в атмосфері, при якому людство може вижити, значно нижчий, ніж передбачалося, тому безпечний для людини рівень вуглекислого газу вимагає перегляду. Він розрахував максимальний безпечний для людини рівень вуглекислого газу в атмосфері, що становить 426 ррм. Вчений також вважає, що під впливом вуглекислого газу, рівень якого вищий за зазначену цифру, відбувається зниження величини pH в сироватці крові, що веде до ацидозу. Симптоми початкового ступеня ацидозу такі: стан перезбудження та помірна гіпертензія. Далі до них додаються сонливість і стан занепокоєння як наслідок зменшення бажання виявляти фізичну активність. Існує ймовірність того, що коли концентрація вуглекислого газу в атмосфері досягне 426 ppm, а це може статися раніше, ніж через два покоління, здоров'я принаймні деякої частини населення Землі погіршиться.

Фінські вчені під керівництвом Olli Seppanen провели 21 експеримент на основі понад 30 000 піддослідних щодо дослідження впливу концентрації вуглекислого газу. Якщо рівень вуглекислого газу в офісному приміщенні був нижчим за 800 ppm (0,08 % об.), такі симптоми, як запалення очей, закладеність носа, запалення носоглотки, проблеми, пов'язані з дихальною системою, головний біль, втома та складність з концентрацією уваги, які виникали у співробітників за більш високої концентрації СО 2 значно знижувалися.

У прес-релізі щорічної конференції Європейського респіраторного товариства у 2006 році було опубліковано результати досліджень, проведених у п'яти країнах ЄЕС групою італійських вчених. Дослідження показали, що 68 % дітей зазнають негативного впливу СО 2 вище рівня 1 000 ppm. У них спостерігалося важке дихання, задишка, сухий кашель та риніт частіше, ніж в інших дітей. Були зроблені такі висновки: у дітей, які перебувають у приміщенні з високим рівнем СО 2 , у 3,5 рази вищий ризик виникнення сухого кашлю та у 2 рази – розвиток риніту. Вони мають вразливішу носоглотку, ніж їхні ровесники.

У дослідженні корейських учених про вплив концентрації СО 2 у приміщенні на напади астми у дітей, у будинках та квартирах, де живуть діти хворі на астму, замірявся рівень вмісту речовин, які вважаються основними забруднювачами повітря в приміщенні, таких як СО, NO 2 , алергени та 2 . В результаті даних досліджень було зроблено висновки про те, що найважливішим фактором, що впливає на виникнення нападів астми у дітей, є лише рівень концентрації СО 2 .

Приймаючи допустиму концентрацію СО 2 у зовнішньому повітрі мегаполісу 450 ppm, а оптимальну у внутрішньому повітрі 800 ppm необхідний повітрообмін на 1 особу складе

L = 106 = 14,29 л/с = 51,4 м 3 /год.

Реально концентрація у зовнішньому повітрі може бути ще вищою, а всередині приміщення можуть бути інші джерела виділення 2 , наприклад при приготуванні їжі. При різниці вмісту 2 у зовнішньому і внутрішньому повітрі 100 ppm необхідний повітрообмін складе 180 м 3 / чол., що перевищує розумні межі.

Як один із заходів новий американський стандарт ANSI/ASHRAE Standard 62.1-2004 передбачає динамічну зміну режимів роботи вентиляції житлових та громадських будівель. Це реалізується засобами DCV (Demand-Controlled Ventilation, DCV), шляхом регулювання кількості свіжого повітря, що подається понад мінімально необхідного в міру зміни реально складається обстановки, що визначається кількістю людей, присутніх всередині вентильованого обсягу. Об'єктивною передумовою для використання у вітчизняній практиці є значне здешевлення останніми роками інверторних схем управління швидкістю вентилятора шляхом використання дедалі більш доступних частотно-регульованих приводів. Технологія DCV доступно розглянута у статті. Однак таким заходом не завжди можна досягти ефективного результату.

Про іншу міру щодо зниження вмісту шкідливих газів у повітрі приміщень П. Оле Фангер писав у своїй статті: «Очищення внутрішнього повітря від газоподібних забруднюючих речовин є багатообіцяючим методом підвищення якості повітря і часткового заміщення вентиляції. Розробляються різні методи очищення повітря, включаючи сорбцію та фотокаталіз. Було показано, що останній метод має значну ефективність фільтрації, яка була зафіксована при фільтрації окремих хімічних речовин, присутніх у повітрі. Для типової суміші із сотень хімічних речовин, присутніх усередині будівлі в дуже малих концентраціях, при використанні зазначених двох методів може бути реально досяжною ефективність очищення більше 80 %, тобто очищення може знизити концентрацію забруднюючих речовин та підвищити якість внутрішнього повітря у п'ять разів. При цьому очевидно, що для підвищення ефективності очищення типових джерел забруднення внутрішнього повітря необхідні додаткові розробки технології очищення та проведення подальших досліджень».

Фотокаталітичне окислення (ФКО) є дуже перспективною технологією для зменшення летких органічних сполук (ЛОС) у повітрі приміщення. Проте дослідження, проведені Національною лабораторією Л. Берклі у 2005 та 2007 роках, показали, що метод фотокаталітичного окислення зменшує кількість ЛОС у повітрі приміщення, але виробляє формальдегід як побічний продукт. Вчені вважають, що для застосування даного методу необхідно провести подальше вивчення, щоб або зменшити кількість формальдегідів і ацетальдегідів, одержуваних в результаті реакції, або з'єднати цю технологію із застосуванням газоочисників, для того щоб уловлювати токсичні побічні продукти до того, як вони потраплять у приміщення. До цього необхідно додати, що ФКО не видаляє вуглекислий газ, а навпаки – додає його до приміщення, оскільки кінцевими продуктами реакції мають бути СО 2 та вода.

В даний час найбільш безпечними для очищення повітря від газів у приміщеннях, де знаходяться люди, можна вважати фільтри, що базуються на методі адсорбції забруднюючих речовин у складі припливних вентиляційних установок. Як фільтруючий елемент використовують активоване вугілля та високоефективні матеріали. Такі фільтри пропонуються на кліматичному ринку.

Якщо можливість підтримання якості повітря на високому рівні за допомогою вентиляційних систем неможливо, можна видаляти його надлишок побутовими адсорберами вуглекислого газу.

Висновки

1. Вуглекислий газ є токсичним для людини навіть у відносно низьких концентраціях. Його не можна розглядати лише як індикатор ефективності вентиляції. Найкращим для людини у приміщенні є рівень вуглекислого газу, максимально наближений до атмосферного.

2. Концентрація СО 2 вимагає постійного контролю у приміщеннях з перебуванням людей у ​​промислових містах та великих мегаполісах, де промисловість та транспорт постійно забруднюють атмосферне повітря вуглекислим та іншими газами. Особливо це стосується дитячих закладів та інших громадських будівель.

3. Зростання вуглекислого газу в атмосфері, особливо у великих містах через викиди автотранспорту, підприємств енергетики та промисловості, потребує збільшення повітрообміну в приміщеннях з перебуванням людей. Це призводить до підвищених витрат енергії та збільшення викидів СО 2 під час її вироблення. Вихід із ситуації полягає в досягненні розумного оптимуму між кількістю зовнішнього припливного повітря і необхідною очищенням від вуглекислого та інших газів.

Література

1. ГОСТ 8050-85. Двоокис вуглецю газоподібний і рідкий. Технічні умови

2. Стандарт EN 13779:2004. Ventilation for non-residential buildings – Performance requirements for ventilation and room-conditioning systems.

3. Гігієнічні нормативи ДН 2.2.5.2100-06. Гранично допустимі концентрації (ГДК) шкідливих речовин у повітрі робочої зони (додаток N 2 до ГН 2.2.5.1313-03. Гранично допустимі концентрації (ГДК) шкідливих речовин у повітрі робочої зони).

4. РД-06-28-93. Правила безпеки при будівництві (реконструкції) та гірничотехнічної експлуатації об'єктів, що розміщуються в надрах, не пов'язаних із видобутком корисних копалин.

5. СанПіН 2.2.3.570-96. Гігієнічні вимоги до підприємств вугільної промисловості та організації робіт.

6. БНіП 41-01-2003. Опалення, вентиляція та кондиціювання.

7. СанПіН 2.1.2.1002-00. Санітарно-епідеміологічні вимоги до житлових будівель та приміщень.

8. Довідник з теплопостачання та вентиляції. Книжка друга. Вентиляція та кондиціювання повітря / Р. В. Щекін та ін. – Київ: Будiвельник, 1976.

9. СП 2.5.1198-03. Санітарні правила щодо організації пасажирських перевезень.

10. СанПіН 2.5.1.051-96. Умови праці та відпочинку для льотного складу цивільної авіації.

11. АВОК СТАНДАРТ – 1 2002. Будинки житлові та громадські. Норми повітрообміну. - М.: АВОК-ПРЕС, 2002.

12. Dr. R. N. Chaudhuri, Dr. D. Sengupta. Report of research project on evaluation of environmental N02, C02, benzene and lead exposures of Kolkata population by bioological monitoring techniques.

13. D. S. Robertson. Здоров'я ефектів збільшення в концентрації карбон-диоксиду в атмосфері. Current science, vol. 90, no. 12, 25 червня 2006 року.

14. D. S. Robertson. Зростає в атмосферних концентраціях carbondioxide і ефектів на людському здоров'ї. Med. Hypotheses, 2001, 56.

15. Olli Seppanen. Енергоефективні системи вентиляції для забезпечення якісного мікроклімату приміщень// АВОК. - 2000. - № 5.

16. Stanke. У бібліотеку проектувальника. Технології DCV у системах вентиляції // Світ клімату. - № 43.

17. П. Оле Фангер. Якість внутрішнього повітря в будинках, побудованих у холодному кліматі, та його вплив на здоров'я, навчання та продуктивність праці людей // АВОК. - 2006. - № 2.

18. C. D. Keeling, T. P. Whorf. Atmospheric carbon dioxide record від Mauna Loa. Period of record 1958-2003. Carbon Dioxide Research Group, Scripps Institution of Oceanography, University of California, Інтернет-сайт.

Про проблему перевищення вмісту вуглекислого газу в повітрі приміщень говорять все частіше за останні 20 років. Виходять нові дослідження та публікуються нові дані. Чи встигають за ними будівельні норми для будівель, в яких ми живемо та працюємо?

Самопочуття та працездатність людини тісно пов'язані з якістю повітря там, де вона працює та відпочиває. А якість повітря можна визначити за концентрацією вуглекислого газу СО2.

Чому саме СО2?

• Цей газ є скрізь, де є люди.
• Концентрація вуглекислого газу у приміщенні безпосередньо залежить від процесів життєдіяльності людини – адже ми її видихаємо.
• Перевищення рівня вуглекислого газу є шкідливим для стану організму людини, тому за ним необхідно стежити.
• Зростання концентрації СО2 однозначно свідчить про проблеми з вентиляцією.
• Чим гірша вентиляція, тим більше забруднювачів концентрується у повітрі. Тому зростання вмісту вуглекислого газу у приміщенні – ознака того, що якість повітря знижується.

В останні роки у професійних спільнотах лікарів та проектувальників будівель з'являються пропозиції переглянути методику визначення якості повітря та розширити перелік вимірюваних речовин. Але поки нічого наочнішого зміни рівня CO2 не знайшли.

Як дізнатися, чи прийнятний рівень вуглекислого газу в приміщенні? Фахівці пропонують переліки нормативів, причому для будівель різних призначень вони будуть різними.

Норми вуглекислого газу у житлових приміщеннях

Проектувальники багатоквартирних та приватних будинків беруть за основу ГОСТ 30494-2011 під назвою «Будівлі житлові та громадські. Параметри мікроклімату у приміщеннях». Цей документ оптимальним для здоров'я людини рівнем CO2 вважає 800 - 1000 ppm. Позначка на рівні 1400 ppm – межа допустимого вмісту вуглекислого газу в приміщенні. Якщо його більше, то якість повітря вважається низькою.

Проте вже 1000 ppm не визнається варіантом норми цілим рядом досліджень, присвячених залежності стану організму від рівня CO2. Їхні дані свідчать про те, що на позначці 1 000 ppm більше половини піддослідних відчувають погіршення мікроклімату: почастішання пульсу, головний біль, втому і, звичайно, горезвісне «нічим дихати».

Фізіологи нормальним рівнем CO2 вважають 600-800 ppm.

Хоча деякі поодинокі скарги на задуху можливі і за зазначеної концентрації.

Виходить, що будівельні нормативи рівня СО2 вступають у суперечність із висновками дослідників-фізіологів. В останні роки саме з боку останніх все голосніше лунають заклики оновити допустимі межі, але поки що далі закликів справа не йде. Чим нижче норма СО2, яку орієнтуються будівельники, тим дешевше обходиться . А розплачуватись за це доводиться тим, хто змушений вирішувати проблему вентилювання квартири самостійно.

Норми вуглекислого газу у школах

Чим більше вуглекислого газу повітря, тим складніше зосередитися і впоратися з навчальним навантаженням. Знаючи про це, влада США рекомендує школам підтримувати рівень СО2 не вище 600 ppm. У Росії позначка трохи вища: вже згаданий ДЕРЖСТАНДАРТ вважає оптимальним для дитячих закладів 800 ppm і менше. Однак на практиці не тільки американський, а й рекомендований російський рівень – блакитна мрія для більшості шкіл.

Один з наших показав: більше половини навчального часу кількість вуглекислого газу в повітрі перевищує 1500 ppm, а іноді наближається до 2500 ppm! У разі неможливо зосередитися, здатність до сприйняття інформації критично знижується. Інші можливі симптоми надлишку СО2: гіпервентиляція, пітливість, запалення очей, закладеність носа, утруднене дихання.

Чому так відбувається? Кабінети рідко провітрюються, тому що відкрите вікно – це діти, що простоли, і шум з вулиці. Навіть якщо шкільний будинок оснащений потужною центральною вентиляцією, вона, як правило, або галаслива, або застаріла. Зате вікна в більшості шкіл сучасні – пластикові, герметичні, що не пропускають повітря. За чисельності класу 25 осіб у кабінеті площею 50–60 м2 з закритим вікном вуглекислий газ у повітрі підскакує на 800 ppm за півгодини.

Норми вуглекислого газу в офісах

В офісах спостерігаються ті ж проблеми, що й у школах: підвищена концентрація СО2 заважає зосередитись. Помилки множаться, і продуктивність праці падає.

Норматив вмісту вуглекислого газу в повітрі для офісів в цілому ті ж, що для квартир і будинків: прийнятним вважається 800 - 1 400 ppm. Однак, як ми вже з'ясували, вже 1000 ppm завдає дискомфорту кожному другому.

На жаль, у багатьох офісах проблема не вирішується. Десь просто нічого про неї не знають, десь її свідомо ігнорує керівництво, а десь намагається вирішити за допомогою кондиціонера. Струмінь прохолодного повітря справді створює короткочасну ілюзію комфорту, проте вуглекислий газ нікуди не зникає і продовжує робити свою «чорну справу».

Можливо й так, що офісне приміщення збудовано з дотриманням усіх нормативів, але експлуатується з порушеннями. Наприклад, щільність розміщення співробітників надто велика. Згідно з будівельними правилами, на одну особу має припадати від 4 до 6,5 м2 площі. Якщо співробітників більше, то й вуглекислий газ у повітрі накопичується швидше.

Висновки та виходи

Проблема з вентиляцією найбільш гостро стоїть у квартирах, офісних будівлях та дитячих закладах.
Тому є дві причини:

1. Розбіжність між будівельними нормативами та санітарно-гігієнічними рекомендаціями.
Перші говорять: не вище 1400 ppm CO2, другі попереджають: це занадто багато.

Концентрація CO2 (ppm)	Будівельні нормативи (згідно з ГОСТ 30494-2011)	Вплив на організм (згідно з санітарно-гігієнічним дослідженням)
менше 800	Повітря високої якості	Ідеальне самопочуття та бадьорість
800 – 1 000	Повітря середньої якості	На рівні 1000 ppm кожен другий відчуває задуху, млявість, зниження концентрації, головний біль.
1 000 - 1 400	Нижня межа допустимої норми	млявість, проблеми з уважністю та обробкою інформації, важке дихання, проблеми з носоглоткою
Вище 1 400	Повітря низької якості	Сильна втома, безініціативність, нездатність зосередитися, сухість слизових, проблеми зі сном

2. Недотримання нормативів під час зведення, реконструкції чи експлуатації будівлі.
Найпростіший приклад - установка пластикових вікон, які не пропускають вуличне повітря і тим самим погіршують ситуацію з накопиченням вуглекислого газу в приміщенні.

Дослідження та рівень вуглекислого газу в приміщеннях.

В останні роки з'явилися точні інфрачервоні рецептори для вимірювання рівня вуглекислого газу в приміщеннях. Вони входять до складу газоаналізаторів і показують концентрацію вуглекислого газу в режимі реального часу, тому їх зручно ставити в житлових та громадських приміщеннях, школах та дитячих садках. Однак для того, щоб від цих вимірювань була користь, потрібні чіткі норми щодо рівня вуглекислого газу в приміщеннях. А їх у нас поки що немає. У країнах Європи, США та Канаді, як правило, нормою вважається 1000 ppm (0,1%). Так, найближчим часом ми вимірюватимемо рівень вуглекислого газу в мінських квартирах та вулицях.

Квартири.

Повальне захоплення пластиковими вікнами, безрукі або непрацюючі вентиляційні системи посилюють ситуацію. Я вимірював у своїй квартирі: при щільно зачинених вікнах і дверях приміщення об'ємом 16 кв. метрів, рівень вуглекислого газу у приміщенні досягає 1500 ppm за півтори години. Часто люди не звертають увагу на витяжні вентиляційні отвори на кухні та туалеті. Дехто навіть замуровує їх при ремонті. Іноді сітка на вентиляційних отворах настільки засмічена, що практично зупиняє роботу вентиляції. Ці фактори сприяють погіршенню якості повітря у квартирі. Уявіть, що ви і ще кілька людей знаходяться в одному невеликому замкнутому просторі, активно рухаються, готують їсти і т.д. Через якийсь час, якщо повітря не оновлюється, у цьому просторі стає дуже важко перебувати, у повітрі сконцентровано багато забруднюючих речовин, у тому числі вуглекислого газу

Спальня.

Для хорошої якості сну та здоров'я людини необхідно, щоб рівень СО2 у спальнях та дитячих кімнатах був не вище 0,08%. Вчені Технологічного Університету Делф (Delft University of Technology), Нідерланди, вважають, що для сну важливіше якісне повітря у спальні, ніж тривалість сну. Високий рівень СО2 у спальнях може також посилювати хропіння.

Вуглекислий газ у приміщенні, обладнаному кондиціонером.

Кондиціонер дає потік холодного повітря, перепаду температур при виході на вулицю, бактерій, що комфортно живуть у прохолоді. Але, крім цього, для економії електроенергії при роботі кондиціонера закривають усі вікна. При цьому концентрація вуглекислого газу швидко досягає значної величини і виходить прохолодне повітря, що містить надлишок вуглекислого газу.

Школи.

Ще більш тривожні дані принесло масштабне міжнародне дослідження, проведене з ініціативи Європейського респіраторного товариства у школах Франції, Італії, Данії, Швеції та Норвегії. Воно показало, що у навчальних закладах, де концентрація CO2 у класах перевищувала 1000 ppm, схильність учнів до захворювань респіраторних органів підвищувалася в 2—3,5 рази. Щоправда, тут потрібно зробити уточнення. Проте дослідники проблеми дійшли висновку, що безпечний рівень CO2 у приміщенні не повинен перевищувати 1000 ppm.

А в школах Департамент охорони здоров'я США рекомендує підтримувати рівень вуглекислого газу не вищим за 600 ppm. Крім того, існує ще одна норма: повітря в приміщеннях за вмістом CO2 не повинне відрізнятися від зовнішнього більш ніж на 350 ppm. Теоретично забезпечити таке співвідношення мають системи вентиляції та кондиціювання.

Багато школах проводиться моніторинг якості повітря за рівнем вуглекислого газу. Звісно, ​​який завжди і скрізь цей рівень відповідає нормі. Але в цьому випадку адміністрація шкіл зобов'язана вжити заходів, щоб покращити становище. У Фінляндії, наприклад, школу, у класах якої виявлено підвищений рівень вуглекислого газу, можуть навіть закрити доти, доки не буде налагоджено вентиляцію.

Офіси.

У 2007 році доктор медичних наук Ю. Д. Губернський (Інститут екології людини та гігієни навколишнього середовища ім. А. Н. Ситіна РАМН) та кандидат технічних наук Є. О. Шилькрот (ВАТ «ЦНДІПромбудівель») провели дослідження повітряного середовища в московських офісах та на вулицях Москви. При тому, що вимірювання проводилися далеко не в найнеблагополучніші з точки зору метеорологічної обстановки дні, рівень вуглекислого газу на вулицях становив 1000 ppm. А в офісах концентрація CO2 сягала 2000 ppm і навіть вище.

Часто переробляють під офіс приміщення без правильної вентиляції, у цьому випадку проблеми гарантовані. Особливо це стосується маленьких переговорок, які набиваються по 20 осіб. Якщо в переговорку на 20 квадратів сядуть 20 чоловік — то за годину концентрація вуглекислого газу зросте вже до 10"000 ppm вуглекислого газу в приміщенні — а це вже рівень, при якому мізки перестають працювати. Тому в маленьких переговорах без вентиляції, що постійно дме, зі свіжим повітрям (Не кондиціонер!) Припустимий час знаходження 5-10 осіб без зниження когнітивних здібностей - не більше 10-20 хвилин.

Для вентиляції на великих об'єктах - модно реалізовувати управління потужністю вимірюючи концентрацію CO2 у відпрацьованому повітрі - щоб автоматично дарма повітря не ганяти, коли всі з офісу пішли (на підігрів/охолодження йдуть величезні потужності).

Фітнес-зали.

Займаючись у фітнес- або тренажерних залах, ви також можете зіткнутися з проблемою підвищеного рівня вуглекислого газу, і замість користі завдасте шкоди своєму організму. Це особливо актуально тому, що при фізичних навантаженнях рівень концентрації вуглекислоти в крові і так підвищується, і в приміщенні, що погано провітрюється людина відчує ознаки гіперкапнії (надлишок вуглекислого газу).

Викликані гіперкапною піт, головний біль, запаморочення та задишку списують на фізичну втому і сприймають мало не як доказ своєї рухової активності. Насправді це може говорити про надлишок вуглекислого газу в артеріальній крові. Тривала гіперкапнія характеризується розширенням судин міокарда та головного мозку, може призвести до зростання кислотності крові, вторинного спазму кровоносних судин, уповільнення серцевих скорочень.

Що робити? Про це я напишу у наступній статті.

Більшість з нас чималу частину часу проводять на роботі в офісах, у майстернях з паяльником, та інших закритих приміщеннях, де найчастіше відсутня якась природна вентиляція. Особливо ситуація з надходженням свіжого повітря ззовні посилилася в останні роки з повсюдним приходом пластикових вікон, які практично "не дихають". У приміщеннях, де знаходяться люди, завжди присутня якась частина вуглекислого газу (CO 2 ), який видихає людина. І якщо приміщення періодично не провітрювати, його концентрація поступово зростає.

Концентрація CO 2 (діоксид вуглецю) вимірюється у пропроміллі (ppm). За містом та у сільській місцевості концентрація вуглекислого газу зазвичай становить 350 ppm, у місті 400 ppm, у центрі міста 450 ppm. Цифри сильно відрізняються і залежить від щільності транспортного потоку, сили вітру та інших чинників. Наприклад, у Москві, на жвавих магістралях рівень CO 2 може досягати значень 800-900 ppm.

При високій концентрації діоксиду вуглецю у людини з'являються дискомфорт, головний біль, сонний стан, нудота та ін. симптоми. Небезпека в тому, що поріг погіршення стану часом дуже важко помітити і ця величина індивідуальна для кожної людини. Тому для підтримання нормального самопочуття у приміщенні важливо не перевищувати поріг концентрації CO 2 , який становить приблизно 800-900 ppm. У середньому, одна людина за 3 години перебування у закритому приміщенні 20 кв.м підвищує рівень концентрації вуглекислого газу до позначки 1500 ppm. А якщо там знаходиться троє людей, то всього за 1 годину.

Існує кілька методів вимірювання концентрації вуглекислого газу. У портативних пристроях набув поширення NDIR метод недисперсійної інфрачервоної спектрометрії. NDIR-сенсор - це спектрометр, що вимірює поглинання світла єдиної довжини хвилі залежно від концентрації газу, що вимірюється. Для вуглекислого газу використовується ІЧ-світлодіод із довжиною хвилі 4 мкм.

Донедавна CO 2 вимірювальні прилади були надто дорогими для побутового застосування. У всьому світі виробників побутових вимірювачів CO 2 можна перерахувати на пальцях. Але вони є і вже продаються на AliExpress і eBay: CO2 Monitor . Правда вартість навіть найпростіших моделей починається з позначки 100 $, а гідних приладів і зовсім від 200 $. Багато з них застосовується саме NDIR метод вимірювання вуглекислого газу.

Нещодавно на вітчизняному ринку з'явилося недороге рішення "Детектор вуглекислого газу" від широко відомої в радіоаматорських колах компанії МастерКіт. Цей матеріал присвячений невеликому огляду цього вимірника. Як і у всіх товарів від МастерКит, у даного вимірювача присутній свій унікальний код - МТ8057.

Характеристики приладу:

Детектор упакований у таку коробку:

На звороті наведено інформацію про вуглекислий газ та його рівні в приміщеннях.

Країна виготовлення приладу – Китай. Забігаючи вперед повідомлю, що нагуглив два прилади зовні практично повністю ідентичні до огляду:
- ZGm053U
- CO2mini RAD-0301

Вартість першого на сайті не вказана, а другий прилад коштує 100$ без урахування вартості доставки. За прилад від МастерКіт віддав 3400 руб. разом із доставкою (дані на кінець січня 2015 р.). На сьогоднішній день я думаю навряд чи можна знайти десь подібний прилад за меншою чи аналогічною ціною.

У коробці знаходиться сам вимірник, USB-кабель та інструкція російською мовою.

Вилучаємо вимірювач:

На лицьовій стороні вимірювача ми бачимо екран для відображення рівня CO 2 та температури, а також три світлодіодні індикатори: зелений, помаранчевий та червоний для порогової індикації. На мою думку, це дуже вдале рішення - простого погляду (особливо ввечері або вночі) достатньо для швидкої оцінки рівня концентрації CO 2 . Після тижневої експлуатації приладу я для себе зазначив, що в першу чергу звертаю увагу саме на дані індикатори, а не цифри на екрані приладу. У налаштуваннях приладу для кожного світлодіода можна задати рівні 2 .

Також це добрий варіант для конструювання DIY-пристроїв, скажімо для керування припливною вентиляцією, побутовими провітрювачами та іншою кліматичною технікою. Можна підпаятися до світлодіодів або використовувати фоторезистори (або фотодіоди), розмістивши їх навпроти світлодіодів вимірювача. Налаштувавши рівні увімкнення світлодіодів, можна вмикати або вимикати припливну вентиляцію при досягненні певного порога. Це може бути значно дешевше, ніж окремий модуль вимірювання CO 2 .

Зі зворотного боку приладу приклеєна наклейка з назвою, короткими характеристиками та серійний номер, а також 2 кнопки для налаштувань.

Я коли замовляв вимірювач, чесно сказати чекав на прилад більшого розміру. Але п рибор виявився досить компактним.

Маса становила 64 р.

Розміри: 116*38*23.8мм

Дані на екрані читаються досить чітко. Показання СО 2 та температури:

Живиться пристрій від USB-шини 5 Вольт. Кабель – microUSB. На корпусі пристрою під роз'єм USB є деяке поглиблення, через що не кожен micro-USB кабель можна підключити. Принаймні з наявних у мене в наявності 3-х кабелів, жоден не увійшов до кінця. Тому з рідним кабелем потрібно бути акуратним і не втрачати його, інакше потім доведеться думати, як підключити його до звичайного кабелю.

Живлення від батарейок не передбачено, що трохи засмутило мене. Для автономного використання доведеться використовувати Power Bank із USB-виходом.

Відклавши задню кришку отримуємо доступ до нутрощів приладу.

Довгий елемент з наклейкою "ZGm053UK" є серце приладу - NDIR датчик концентрації вуглекислого газу. На відео нижче можна побачити, як спалахує лампа для проведення вимірювань. Частота спалахів становить приблизно 1 спалах на 5 секунд.

Як видно з осцилограми вище, напруга на лампу подається 5 Вольт.

Форма імпульсу для лампи - наростаюча, мабуть, для продовження терміну служби лампи. Тривалість імпульсу – приблизно 300 мс.

Якість складання та паяння досить хороша.

Може виникнути закономірне питання тривалість роботи сенсора. У виробника ZyAura можна знайти відповідь на цій сторінці:

How long is the NDIR life?
We use dual channel(beam) NDIR (Non-Dispersive Infrared), thermopile від PerkinElmer, якіImpproves the long-term stability of the measurement; it ha longer durability than single channel design so the device has durable life more than 5~10 years.

Тобто. час життя детектора становить 5-10 років. Калібрувати датчик необхідно приблизно раз на три роки.

Для вимірювачів є спеціальний софт для відображення графіків, а також проведення калібрування. Завантажити софт можна на цій сторінці. Не забудьте після завантаження перейменувати файл ZG.eye на ZG.exe. Для чого так зробили – незрозуміло, особливо з огляду на те, що все знаходиться в архіві.

Жовта лінія на наведеному вище графіку - температура (шкала справа). Нижня лінія - рівень CO2.
Кімната приблизно 12 кв. 1 особа. Пластикові вікна. Приблизно о 14-35 було відчинено вікно. Як видно з графіка, температура стала падати і за нею відразу ж став знижуватися рівень СО2 до прийнятного значення, через 10 хвилин повністю перейшовши в безпечну (на графіці зеленим кольором) зону. Приблизно в 14-50 вікно було закрито і температура СО2 почали поступово зростати.

Для операційних систем Linux існує OpenSource софт, викладений на GitHub . На жаль під ОС Debian мені не вдалося скомпілювати додаток, т.к. постійно лаялося відсутність пакета, хоча він було встановлено. Але теоретично, це дає можливість підключити вимірник по USB-інтерфейсу до різних Linux-мікрокомп'ютерів (Raspberry Pi, CubeBoard, BeagleBone) і керувати пристроями (через GPIO) або скидати дані на який-небудь сервер, використовувати для системи "Розумний дім" і т.д. .п. Тут вже відкривається безліч можливостей.

Потрібен вимірювач СО 2 чи ні - кожен вирішить сам, особисто я витрачених на нього грошей не шкодую і навіть подумую прикупити другий, один для дому, один в офіс, де я працюю.

Плюси вимірювача вуглекислого газу MT8057:

• Низька ціна в порівнянні з аналогічними приладами
• Наявність "світлофора" - три різнокольорові індикатори
• Використання сучасного NDIR-сенсора, а не хімічного
• Великий інтервал часу для калібрування
• Підключення до комп'ютера по USB для побудови графіків
• Наявність OpenSource софту для Linux-систем

Мінуси MT8057:

• Відсутність вбудованого джерела живлення
• Нештатне заглиблення у корпусі під Micro-USB роз'єм
• Невисока точність 100ppm, але цілком достатня для домашнього застосування
• Хотілося б ще присутність датчика вологості

Ще в минулому столітті було проведено різноманітні дослідження щодо впливу CO 2 на організм людини. У 60-х роках вчена О.В.Єлісєєва у своїй дисертації привела детальне дослідження, як впливає вуглекислий газ у концентраціях 0,1% (1000 ррm) до 0,5% (5000 ррm) на організм людини і дійшла висновку, що короткочасне вдихання здоровими людьми двоокису вуглецю в цих концентраціях викликає чіткі зрушення функції зовнішнього дихання, кровообігу і значні погіршення електричної активності головного мозку. Згідно з її рекомендаціями, вміст CO2 у повітрі житлових та громадських будівель не повинен перевищувати 0,1% (1000 ррm), а середній вміст CO2 має бути близько 0,05% (500 ррm).

Фахівці знають, що існує прямий зв'язок між концентрацією CO2 та відчуттям задухи. Це відчуття виникає у здорової людини на рівні 0,08% (тобто 800 ррm). Хоча в сучасних офісах дуже часто буває 2000 ррм і більше. І людина може не відчувати небезпечного впливу CO2. Коли йдеться про хвору людину, то поріг її чутливості ще зростає.

Залежність фізіологічних проявів від вмісту CO2 у повітрі наведена у таблиці:

Рівень CO 2 , ррm	Фізіологічні прояви у людини
Атмосферне повітря 380-400	Ідеально для здоров'я та гарного самопочуття.
400-600	Нормальна кількість. Рекомендовано для дитячих кімнат, спалень, офісних приміщень, шкіл та дитячих садків.
600-1000	З'являються скарги на якість повітря. У людей, які страждають на астму, можуть частішати напади.
Вище 1000	Загальний дискомфорт, слабкість, біль голови, концентрація уваги падає на третину, зростає кількість помилок у роботі. Може призвести до негативних змін у крові, також можуть виникнути проблеми з дихальною та кровоносною системами.
Вище 2000	Кількість помилок у роботі сильно зростає, 70% співробітників що неспроможні зосередитися на роботі.

Основні зміни при вдиханні підвищених концентрацій вуглекислого газу (гіперкапнії) відбуваються в центральній нервовій системі, і вони мають при цьому фазний характер: спочатку підвищення, а потім зниження збудливості нервових утворень. Погіршення умовнорефлекторної діяльності спостерігається при концентраціях, близьких до 2% - знижується збудливість дихального центру мозку, зменшується вентиляторна функція легень, порушується гомеостаз (рівновага внутрішнього середовища) організму шляхом пошкодження клітин або подразнення рецепторів неадекватним рівнім. При вмісті вуглекислого газу до 5% відбувається значне зниження амплітуди викликаних потенціалів головного мозку, десинхронізація ритмів спонтанної електроенцефалограми з подальшим пригніченням електричної активності мозку.

Що саме відбувається при підвищенні концентрації CO2 у повітрі, що потрапляє до організму? Збільшується парціальний тиск CO 2 в альвеолах, його розчинність у крові підвищується, і утворюється слабка вугільна кислота (CO 2 + Н 2 O = Н 2 3 ), що розпадається, у свою чергу, на Н + і НССО3-. Кров закислюється, що називається газовим ацидозом. Чим вища концентрація CO 2 у повітрі, яким ми дихаємо, тим нижча рН крові і тим більше кислу реакцію вона має.

Коли починається ацидоз, спочатку організм захищається, підвищуючи концентрацію бікарбонату в плазмі крові, - про це свідчать численні біохімічні дослідження. Щоб компенсувати ацидоз, нирки посилено виділяють Н+ та затримують НССО 3 -. Потім включаються інші буферні системи та вторинні біохімічні реакції організму. Оскільки слабкі кислоти, в т. ч. і вугільна (Н 2 3), можуть утворювати з іонами металів слаборозчинні сполуки (СаСО 3), то вони відкладаються у вигляді каменів, насамперед у нирках.

Співробітник медичної науково-дослідної лабораторії військово-морського підводного флоту США Карл Шафер досліджував, як впливають різні концентрації вуглекислого газу на морських свинок. Гризунів вісім тижнів містили при 0,5% CO 2 (кисень був у нормі – 21%), після чого вони мали значну кальцифікацію нирок. Вона відзначалася навіть після тривалого на морських свинок менших концентрацій – 0,3% CO 2 (3000 ррm). Але це не все. Шафер та його колеги знайшли у свинок через вісім тижнів впливу 1%-го CO 2 демінералізацію кісток, а також структурні зміни у легенях. Дослідники розцінили ці захворювання як адаптацію організму до хронічного впливу підвищеного рівня CO2.

Відмінною особливістю довгострокової гіперкапнії (підвищене СО2) є тривалі негативні наслідки. Незважаючи на нормалізацію атмосферного дихання, в організмі людини тривалий час спостерігаються зміни біохімічного складу крові, зниження імунологічного статусу, стійкості до фізичних навантажень та інших зовнішніх впливів.

Висновок – щоб уникнути негативних наслідків, вміст вуглекислого газу у повітрі, що вдихається, потрібно обов'язково контролювати. Для цієї мети чудово підходить сучасний та надійний прилад – .