Уровень СО2 в мире: мы дошли до точки невозврата? Углекислый газ в помещении Концентрация co2 в помещении

Для анализа обстановки у других комнатах

Как оказалось, даже если оставить модуль в помещении без двери и с закрытым окном, как собственно в ближайшее время и происходит на моей кухне

То наличие углекислого газа будет в норме исключительно при условии, что там никого не будет.

На картинке простой пример:
1 - жена готовила до этого момента на кухне и ушла
2 - это количество СO2 после того как прошло 2 часа и на кухню никто не заходил, а окно соответсвенно было открыто, чтобы проветрить
3 - это я пришёл с работы и сидел работал на кухне до 2 часов ночи, стрелка показывает на момент когда я ушёл спать. На графике видно, что после того как я ушёл без открытого окна концентрация СO2 не смогла упасть до нормы даже спустя 6 часов!
4 - жена проснулась, зашла на кухню, быстро перекусила и убежала на работу
5 - я проснулся и аккупировал кухню
6 - на кухне огромное количество СO2 из-за рабочего, который делает полы в прихожей.....

Данная аналитика даёт основание утверждать, что даже один человек может спокойно надышать даже в комнате без двери. Вы скажете "в чём проблема проветрить?", ответ простой - да в том что надо так проветривать каждый 1-2 часа, очень удобно да? Особенно когда спишь)

Вот например как с большой концентрацией СO2 справляется Тион, это наша спальня и мы одновременно легли спать с супругой в точке 1 и соответственно тут же надвоих надышали более чем на 1000ppm, аппарат тут же это зафиксировал и начал равномерно запускать свежий воздух с улицы, чтобы значение упало до 750ppm

Таким образом расположив данные датчики по комнатам можно контролировать концентрацию СO2 по всей квартире. Анализировать статистику кстати оказалось крайне увлекательно, вот как вы думаете что за всплеск был на верхнем графике? Ответ прост - жена гладила в комнате)))

Ещё кстати важно не путать модуль и базовую станцию, визуально это конечно просто ибо они одинаковые

Но функционал различается:

Таким образом можно сэкономить 2000р и купить только модуль для второго Бризера, ну или использовать его как в моём случае чисто в виде датчика анализирующего ситуацию в помещении)

В общем я прихожу к мысли, что теперь я такой хочу не только в спальне, но и в большой комнате - нереально крутая штука) Для скептиков сразу озвучу - расход электроэнергии за год одного такого устройства составляет смешные 394 квтч (спасибо victorborisov за информацию полученную опытным путём!)

При этом не все знают, что в этот момент в помещении кислорода становится всё меньше и меньше. Это происходит потому, что большинство кондиционерных систем способно лишь охладить тот воздух, который мы с вами надышали в течение нескольких часов, а может даже и дней. То же самое происходит и в машине.

Симптомы, на которые стоит обратить внимание:

Летом все хорошо, а зимой полная апатия. У нас так любят называть это сезонной депрессией.
- утром все хорошо, а к вечеру уже мозги отказываются работать. Только как зомби листать интернет. Домой заходишь с дикой усталость бухнулся на диван.
- проснулся утром, без будильника и не выспался
- кофе зеленый чай - не дают ожидаемого эффекта, вы становитесь еще злее.
- спишь сколько хочешь, а сон все равно не запоминается.
- иногда нельзя удержать в мыслях что-то важное, оно забывается.
- утром встаем с дикой усталостью
- кажется что в комнате темно.

И если на рабочем месте у вас подобные симптомы, значит у вас - отравление. Что за отравление такое? Отравление углекислым (не стоит путать с угарным!) газом. Углекислый газ не такой уж и безвредный. Процессы связанные с повышением его концентрации, похожи на отравление. При изменении кислотности крови — процессы в организме идут с перебоями.

Недостаток кислорода сказывается крайне негативно на человеческом организме. Мы начинаем чувствовать себя уставшими и вялыми, пропадает желание что-либо делать физически, да и голова напрочь отказывается работать. Списывая вялое состояние на жару, мы продолжаем сидеть в душном офисе или квартире, не подозревая, в чем кроется истинная причина упадка сил.

Из основных факторов, ухудшающих качество воздуха, можно выделить следующие:

• Температура;


• Различные запахи;


• Уровень содержания газов в атмосфере.

При этом известно, что последний фактор является самым важным. Поэтому следить за уровнем содержания CO2 в помещении - это первостепенная задача каждого человека. Cодержание CO2 в воздухе помещения определяется так:

• поступление свежего воздуха 15 cfm = 25,5 м3/час на одного человека, находящегося в помещении, соответствует уровню концентрации CO2 в 1000 ppm


• поступление свежего воздуха 20 cfm = 34 м3/час на одного человека, находящегося в помещении, соответствует уровню концентрации CO2 в 800 ppm

Итак, чтобы не стать сонной мухой, человеку необходим специальный будильник .

Что делать то?

С анализатором CO2 вы навсегда забудете о проблеме кислородного голодания. Обычно работаете и забываете обо всем. А этот компактный товарищ будет напоминать каждый раз, когда потребуется проветрить помещение.

На панели устройства размещены три индикатора разного цвета:

Зеленый - в воздухе достаточно кислорода;
Желтый - в воздухе повышенное количество углекислого газа (желательно проветрить помещение);
Красный - воздух перенасыщен углекислым газом (срочно открывайте окно).

Помимо световых датчиков, прибор оснащен звуковой оповещалкой, которая срабатывает каждый раз, когда индикатор переключается с одного цвета на другой.

Пищит. Похоже надо срочно открывать окно.

Температура с утра в комнате приятная, вот только чувствовал что-то не то. Датчик показал 2380 ppm

Открыл окно. 10 минут проветривания. Закрываю и делаю замер.

Концентрация углекислого газа упала до нормальных 445 ppm

И температура до 17 градусов по Цельсию

Позади прибора есть две кнопки. Для калибровки и настройки прибора. В инструкции есть подробное описание.

Сбоку выход для microUSB. Можно подключить к компьютеру. С помощью программы ZG VIEW можно наблюдать за состояние кислорода и температуры в помещении.

При включении прибор несколько секунд прогревается.

И делает замер. Ура! В комнате свежо.

И тут мне стало интересно. А вредно ли для водителя ездить долгое время с печкой в режиме рециркуляции? Ведь кислород тоже уходит и все это может привести к печальным последствиям. Причем многие ездят так долгое время.

Кнопка рециркуляции у меня выгдяит так "стрелка по кругу"

Замер в начале.

Ждем 10 мин.

Ждем 25 мин. Тепература в салоне 30 градусов по Цельсию. Что-то спать уже охота. Окна чуть запотели.

Ничего себе! Максимальное показание прибора Hi (High) - 3000 ppm. Я уже зазевался и надо срочно проветривать салон.

Отключаем рециркуляцию. Прошло полчаса. Один человек поднял концентрацию CO2 до нежелательных и можно сказать опасных. Человек чувствует усталость, сонливость и не может сосредоточиться на управлении автомобилем. В итоге может привести к аварии.Поэтому такой режим внутренней рециркуляции рекомендуется включать кратковременно - только если нужно срочно прогреть или, наоборот, за короткое время охладить салон с помощью кондиционера. Задействуется и на запыленных или сильно загазованных дорожных участках.

Свежо и хорошо.

В общественных местах

А теперь испытаем прибор в полевых условиях. Зайдем на посту России, в общественный транспорт и торговый центр.

На Почте России за 5 минут нахождения в очереди возникло некомфортное ощущение. Концентрация CO2 выше среднего. Для сравнения можно посмотреть сколько показывает прибор на улице.

Разница в 4 раза.

В маршрутном такси я ехал один, показатели средние. Водитель не открывал окна, а вентиляция была отключена. Работал обогрев салона на рециркуляцию.

В электропоезде не в час пик показатели как на почте. Заполняемость вагона наполовину. Страшно подумать что-то твориться в час пик.

_____________________________________
Прибор предоставлен на проверку

Датчики углекислого газа являются составной частью системы автоматизации здания и управляют, как правило, принудительной вентиляцией и кондиционированием. Настройка мощности приточно-вытяжной вентиляции ранее должна была осуществляться в соответствии с установленными нормативами, которые ориентировались на максимальные расчетные показатели, к примеру, на необходимую кратность воздухообмена в зависимости от типа и объема здания.
Адаптивная система вентиляции, управляемая датчиками CO2, потребляет на 30 – 50% меньше электроэнергии в сравнении с постоянно работающей принудительной системой вентиляции. Ведь в течение для требуемый объем подаваемого и удаляемого воздуха может быть намного меньше расчетных показателей. При этом адаптивная система вентиляции, оснащенная датчиками CO2, своевременно выполняет воздухообмен в помещении, когда это требуется, создавая комфортные и безопасные условия для жизни и труда.

Чем опасен для человека углекислый газ

Предельно допустимая норма содержания CO2 в воздухе составляет всего 700 ppm. Если этот порог превышен в 2,5 раза, у людей, дышащих загрязненным углекислым газом воздухом, появляются головные боли и чувство усталости. Уже через 6 часов работы в таких условиях сильно снижается концентрация внимания и работоспособность. При этом содержание CO2 в плохо проветриваемом помещении, где находится большое количество человек, увеличивается в арифметической прогрессии за считанные минуты. К примеру, когда в небольшом переговорном кабинете (около 20 кв. м), собирается около 20 человек, концентрация углекислого газа в течение часа вырастет до 10000 ppm, если не будет выполняться подача свежего воздуха.

Повышенная концентрация CO2 негативно влияет на состояние здоровья человека не только днем, но и ночью, даже несмотря на то, что все процессы в организме замедляются. Ученые из Нидерландов установили, что для здорового сна будет важнее качество воздуха, а не продолжительность сна. Длительное вдыхание воздуха с повышенным содержанием углекислоты приводит к ухудшению иммунитета, развитию острых и хронических заболеваний верхних дыхательных путей, сердечно-сосудистой системы, крови и др.

В каких случаях необходимы датчики углекислого газа

Датчики CO2 позволяют запускать вентиляцию, в том числе и аварийную, и другие системы инженерных коммуникаций.

Сфера применения:

• адаптация работы принудительной приточно-вытяжной вентиляции в соответствии с показателями концентрации углекислоты в воздухе в общественных, промышленных и жилых зданиях, особенно в изолированных помещениях (туннелях, подземных гаражах, моторных и испытательных стендов и др);
• запуск аварийной сигнализации в общественных и промышленных сооружениях;
• снижение потребляемой мощности системами вентиляции и кондиционирования;
• контроль качества отработанного воздуха на промышленных предприятиях для своевременного устранения неисправностей.

Представляем вашему вниманию линейку датчиков CO2 от FuehlerSysteme:

Точность диагностики концентрации CO2 составляет 100 ppm (промилей). Возможна настройка трех различных интервалов пороговых значений: 0 – 2000/5000/10000 ppm.

Устройства способны работать при температуре от -20 до +50 градусов по Цельсию. Рабочий диапазон относительной влажности – от 0 до 98%, при условии, что воздух не конденсирован и не содержит большого процента химических веществ.

Имеется возможность как двухпроводного, так и трехпроводного подключения. Сигнал на выходе составляет 0 – 10 вольт или от 4 – 20 миллиампер. Предусмотрена ручная настройка нулевой точки. Производится автоматическая калибровка через каждые семь дней. Выход в рабочий режим происходит только после самодиагностики и запуска термостата.

Тип сенсорного устройства – инфракрасный нерассеянный (NDIR) измерительный элемент.

Виды датчиков углекислого газа FuehlerSysteme:

Наружные

Канальные

Комнатные

Датчики CO2 и температуры

Также разработана линейка датчиков углекислого газа, дополнительной опцией которых является возможность замера температуры в диапазоне от 0 до +50°C. Датчики CO2 и температуры представлены в трех конфигурациях - канальные, комнатные, наружные.

Они позволяют выполнять запуск аварийной сигнализации, вентиляции, отопления или термостата в автоматическом режиме во всех типах помещений. Итоговый сигнал может подаваться по двум критериям, что актуально для производств, где необходимо не только отслеживать концентрацию углекислоты, но и строго соблюдать температурный режим.

Представленное оборудование соответствует европейским нормам: CE, EAC, RoHS.

Датчики углекислого газа способны улучшить качество жизни людей и создать комфортные условия труда, предотвратив влияние вредных концентраций углекислого газа на организм. Они незаменимы и на производстве, когда выполняется контроль отработанного воздуха. Датчики CO2 могут быть интегированы в систему кондиционирования или подлючены к иному виду термостата, если оснащены дополнительной опцией замера температуры. Это позволит выполнять более строгий контроль за производственными процессами. Кроме того, датчики углекислого газа позволяют существенно снизить расходы на обслуживание принудительной системы вентиляции, уменьшив количество потребляемой ей электроэнергии. Это делает этот прибор незаменимой составляющей в современных автоматизированных системах инженерных коммуникаций.

Воздух является смесью газов, в котором диоксид углерода (CO2) занимает по количеству лишь четвертое место, однако важнейшее значение для всего живого. Измерить концентрацию углекислого газа достаточно легко, а данные о количестве CO2 позволяют косвенно судить о содержании других веществ и использовать эти данные для анализа качества воздуха. Основной единицей измерения концентрации углекислого газа являются промилле (ppm).

При небольшом повышении уровня CO2 человек ощущает духоту, усталость, сонливость, невозможность сосредоточиться, потерю внимания, раздражительность, снижение работоспособности и т.д.

В замкнутых помещениях с недостаточной вентиляцией человек достаточно активно поглощает кислород (O2), при этом выдыхая большое количество углекислого газа, и если к перепадам содержания в воздухе кислорода человек мало восприимчив, то перепады содержания CO2 чувствуются каждой клеткой (и это не метафора) Связанно это с тем, что процесс газообмена O2 и CO2 в легких происходит за счет пассивной диффузии через мембрану клетки, а диффузионная способность CO2 в 25-30 раз выше, чем у O2, именно поэтому к изменениям концентрации CO2 в воздухе, человек очень чувствителен.

Так же существенное влияние оказывает то, что газообмен в клетках протекает нормально только при правильном значении парциального давления CO2 в крови (PA CO2). При этом как повышение, так и понижение PA CO2 приводит к тому, что ухудшается перенос O2 к клеткам, а так же к множеству других изменений. Простой пример: если задержать дыхание, то в легких ухудшается перенос O2 к клеткам, но перенос CO2 не прекращается, при этом первоначально желание сделать глубокий вдох вызывает именно рост PA CO2. Это защитная функция организма - команда нацеленная вернуть уровень PA CO2 в норму, предупреждение, что что-то не в порядке. Аналогично организм ведёт себя в душных помещениях с повышенным уровнем CO2 - появляется желание сделать глубокий вдох, открыть окно, выйти подышать на балкон или улицу.

Как видим наиболее вредным является долговременное пребывание в помещениях с высоким содержанием CO2 , именно поэтому особое внимание надо уделять домашней вентиляции и вентиляции рабочих мест. При этом наиболее правильный и энергоэффективный метод регулирования воздухообмена, это регулирование по датчику CO2 .

Применение данного метода регулирования ещё и наиболее удобно для пользователя, так как не требуется щелкать выключателями, крутить регулятор, постоянно подстраивая воздухообмен, и тем более переключать скорости на пульте управления. Пользователь вообще никак не вмешивается в работу системы вентиляции, агрегат всё регулирует автоматически и максимально точно, создавая идеальную атмосферу в помещениях независимо от постоянно изменяющихся условий.

Варианты управления по датчику CO2

Следует обратить внимание, что возможно два типа регулирования воздухообмена по датчику CO2.

Вентилирование одним агрегатом нескольких помещений

Вентилирование нескольких изолированных объемов воздуха, например квартиры, дома, нескольких офисов. Применяется в основном на бытовой линейке оборудования CAPSULE и I-VENT, а так же на приточно-вытяжных агрегатах ZENIT, ZENIT HECO. Для каждого помещения нам потребуется:

• Пропорциональный клапан на приточном канале
• Пропорциональный клапан на вытяжном канале (Если вытяжка в каждом помещении)
• Датчик CO2 для каждого помещения или вытяжного канала каждого помещения.
• VAV-система на агрегате (устанавливается заводом-изготовителем).

При появлении в помещении человека, датчиком CO2 будет регистрироваться повышение уровня CO2. Пропорциональный клапан с электроприводом будет регулировать воздухообмен на основании показаний именно своего датчика CO2. Такой вариант управления позволит максимально точно поддерживать качество воздуха в помещении, не позволяя появиться чувству нехватки воздуха, и не создавая излишнего воздухообмена.

Пример работы вентиляции по датчикам CO2 установленным в помещениях:

В помещении №2 находится один человек, и для компенсации повышения концентрации CO2 достаточно подавать в помещение 25 м³/ч, В помещении №1 же находятся два человека и для компенсации требуется подавать уже 75 м³/ч. Если из помещений выйдет по одному человеку, то в помещении №2 выделение CO2 прекратится полностью, клапан закроется, и вентилирование помещения прекратится. В помещении №1 выделение CO2 сократится, и агрегат постепенно снизит воздухообмен помещения №1 до 25 м³/ч.

ВНИМАНИЕ!!!

Применение одного датчика CO2 в вытяжном канале при наличии нескольких помещений нежелательно. Датчик CO2 будет регистрировать суммарную концентрацию углекислого газа и в обоих помещениях одинаково увеличивать воздухообмен. В результате в верхнем помещении воздухообмена недостаточно для компенсации повышения уровня CO2, а в нижнее подается излишнее количество воздуха.

Вентилирование одним агрегатом одного помещения

Вентилирование одного изолированного объема воздуха, например офиса, спортзала, производственного помещения, квартиры-студии. В этом случае нам потребуется только датчик CO2 установленный в вытяжном канале (устанавливается заводом-изготовителем). Воздухообмен будет автоматически регулироваться для поддержания требуемого уровня CO2 , независимо от изменения количества людей в помещении, а так же от их рода деятельности.

Данный вариант регулирования применяется в основном на промышленной линейке оборудования серии Zenit , Zenit HECO , CAPSULE и даже в установках i-Vent . Применение данной системы позволит организовать максимально энергоэффективную систему вентиляции, с минимальными эксплуатационными издержками и полностью автоматическим управлением.

Пример работы вентиляции по датчикам CO2 установленным в вытяжном канале:

В помещении находится один человек, и для компенсации повышения концентрации CO2 достаточно подавать в помещение 50 м³/ч, по мере увеличения в помещении количества людей увеличивается регистрируемый уровень CO2, и агрегат автоматически увеличивает количество воздуха, которое требуется подавать в помещение, для компенсации повышения уровня CO2.

Расчет системы вентиляции по CO2

Это один из вариантов расчета системы вентиляции, но, к сожалению, применяется достаточно редко, так как систем умеющих регулировать воздухообмен по датчику CO2 не слишком много. Для расчета нм понадобится знать следующие данные:

1. Концентрация CO2 на улице.
2. Расписание пребывания людей в обслуживаемых помещениях.
3. Тип физической активности в обслуживаемых помещениях.
4. Требуемый поддерживаемый уровень CO2.

Формула расчета воздухообмена для компенсации выделения CO2 одним человеком: L=(G×550)/(X2-X1)

• L - воздухообмен, м3/ч;
• X1 - концентрация CO2 в наружном (приточном) воздухе, ppm;
• X2 - допустимая концентрация CO2 в воздухе помещения, ppm;
• G - количество CO2 выделяемое одним человеком, л/час;
• 550 – преобразование значений X1 и X2 из ppm в г/м3.

Данные для G и концентрации CO2 на улице подбираются из таблиц.

Пример расчета квартиры с количеством проживающих 3 чел.

Для данных условий наиболее подходящим будет агрегат Zenit-350 Heco .

Если составить расписание дня, то можно будет увидеть картину изменения воздухообмена в течение дня, в зависимости от выделения CO2 в квартире.

Как видим даже по усредненному расписанию график изменения воздухообмена весьма существенный, в реальности же система постоянно регулирует воздухообмен, практически не имея на графике «полок». При этом, если агрегат подобран верно, в данном случае это Zenit-350 Heco, то значение CO2 в квартире всегда будет неизменно.

*Для расчета не принципиально, какой тип управления агрегатом по CO2 применяется. Это может быть как датчик в вытяжном канале, если это вентиляция квартиры студии, так и комнатные датчики CO2 совместно с

Описание:

Еще несколько лет назад в отечественных нормативных документах при проектировании вентиляции в помещениях с пребыванием людей СО2 учитывался только косвенно в удельных нормах воздухообмена. В зарубежных стандартах его концентрация в воздухе помещений служит индикатором содержания других более вредных загрязняющих веществ и соответствующей интенсивности вентиляции.

К вопросу о нормировании воздухообмена по содержанию CO 2 в наружном и внутреннем воздухе

И. М. Квашнин , канд. тех. наук, ведущий специалист НПП «Энергомеханика»

И. И. Гурин , директор компании Alfaintek Oy

В журнале «АВОК», № 4, 2008, была опубликована статья Ю. Д. Губернского и Е. О. Шилькрота «Сколько воздуха нужно человеку для комфорта? », которая вызвала большой интерес у специалистов. Представленный в статье материал показывает, что хотя проблеме нормирования воздухообмена по СО 2 уделяется много внимания, материала для решения этого вопроса пока не достаточно. Данная статья предлагает продолжить обсуждение этой проблеммы.

Еще несколько лет назад в отечественных нормативных документах при проектировании вентиляции в помещениях с пребыванием людей СО 2 учитывался только косвенно в удельных нормах воздухообмена. В зарубежных стандартах его концентрация в воздухе помещений служит индикатором содержания других более вредных загрязняющих веществ и соответствующей интенсивности вентиляции. Высокие концентрации углекислого и других газов в наружном воздухе больших городов приводят к необходимости выбора: либо интенсифицировать воздухообмен, вызывая цепную реакцию увеличения потребления энергоресурсов путем сжигания органического топлива с дополнительным загрязнением атмосферы (в том числе СО 2), либо производить очистку приточного воздуха от газов. Это соответствует последним исследованиям ученых о вреде двуокиси углерода для здоровья людей при повышении концентрации в два–три раза по сравнению с чистым атмосферным воздухом.

По данным современной медицины, в составе метаболических (жизнедеятельностных) выделений организма человека выявлено несколько сотен химических соединений, из которых более двухсот веществ – с поверхности кожи и свыше ста – с выдыхаемым воздухом. Одним из наиболее интересных веществ является углекислый газ. Это относительно безвредный газ по ГОСТ 12.1.007-76 относится к 4 классу опасности, он содержится в небольших количествах в составе чистого атмосферного воздуха. По данным большинства источников, его концентрация составляет примерно 0,03 % от объема (об.), то есть в 1 м 3 содержится 0,3 л, или 0,3/22,4 = 0,01339 моль (по данным БСЭ – 0,0314 % об.). Зная молекулярную массу диоксида азота 44 г/моль, легко определить его массу в 1 м 3 , а именно: 44 х 0,01339 = 0,589 г. Концентрация, соответственно, равна 589 мг/м 3 . В таких количествах углекислый газ необходим для жизнедеятельности человека. По ГОСТ 8050-85 «Двуокись углерода газообразная и жидкая. Технические условия» плотность газообразной двуокиси углерода составляет 1,839 кг/м 3 , то есть примерно в 1,5 раза больше воздуха. В таблице 1 приведены формулы перевода величин из одних единиц в другие. Как в отечественных нормативных документах, так и в зарубежных отсутствует норматив предельно допустимой концентрации углекислого газа в атмосферном воздухе. Очевидно, что содержание в воздухе СО 2 будет различным в сельской местности, небольших и крупных городах. Фоновые концентрации определяются выбросами автотранспорта, сжиганием топлива на предприятиях теплоэнергетики и работой промышленных предприятий. Затруднение заключается в том, что мониторинг за уровнем СО 2 службами Центра по гидрометеорологии не ведется. За рубежом углекислый газ, наряду с окислами азота, оксидом углерода, диоксидом серы и летучими органическими соединениями, является типичным загрязняющим веществом, которое подлежит учету при оценке наружного воздуха для проектирования систем вентиляции и кондиционирования. Европейский стандарт ЕН 13779 «Ventilation for non-residential buildings – Performance requirements for ventilation and room-conditioning systems» в качестве общего базового руководства предлагает принимать концентрацию углекислого газа в сельской местности 350 ppm, в небольших городах 400 ppm, в центрах городов 450 ppm. На самом деле она может быть существенно выше. Например, измерения в центре Москвы в безветренную погоду в конце лета в районе Садового кольца показали, что при достаточно интенсивном движении транспорта уровень СО 2 поднимался до 900 ppm (0,09 % об.). Погуляв несколько часов эту концентрацию и без приборов ощутит на себе каждый в виде головной боли.

Примечание:
С а – числовое значение концентрации в заданных единицах;
С х – числовое значение концентрации в искомых единицах;
М – молекулярная масса газа;
Р – общее давление газовой смеси, Па;
Т – температура, °К.

Одним из способов, широко применяемых на Западе, для определения требуемой интенсивности воздухообмена в общественных зданиях, является использование углекислого газа в качестве индикатора качества воздуха. По его концентрации судят о содержании других веществ, выделяемых человеком, которых в относительных концентрациях (отношение фактической концентрации к ПДК) образуется меньше. При снижении уровня СО 2 разбавлением приточным воздухом одновременно снижается уровень концентрации других веществ. Углекислый газ выбран из-за того, что его концентрацию легко измерить с достаточно высокой точностью и его массовое выделение значительно больше других вредных веществ.

Общеизвестно, что один человек в спокойном состоянии, например работник офиса, за один час потребляет 20–30 л кислорода с выделением 18–25 л углекислого газа, а при занятиях в фитнес- и тренажерных залах – до 36 л и более. Если во вдыхаемом воздухе содержится 0,03 % (об.) СО 2 , то в выдыхаемом – 3,6 % (об.), то есть возрастает более чем в 100 раз. Интенсивно выделяется углекислый газ от газовой плиты при приготовлении пищи. При возрастании содержания в воздухе значения CO2 выше определенной величины человек начинает чувствовать себя дискомфортно, может впадать в дремотное состояние, возникают головные боли, тошнота, чувство удушья. Его влияние настолько постепенное и слабое, что его трудно сразу обнаружить. Этот предел индивидуален для различных людей – мужчин и женщин, детей. Однако до недавнего времени в отечественных документах отсутствовал норматив качества воздуха помещений для углекислого газа. Лишь гигиеническими нормативами в 2006 году введена максимально разовая ПДК равная 13 790 ppm (27 000 мг/м 3) и среднесменная 4 597 ppm (9 000 мг/м 3) для воздуха рабочей зоны производственных помещений. Для сравнения: в США эти цифры составляют 30 000 ppm (58 740 мг/м 3) и 5 000 ppm (9 790 мг/м 3), соответственно. В шахтах на рабочих местах допускается концентрация 0,5 % (об.) или 5 000 ppm. В соответствии с ГОСТ 8050-85 «При концентрациях более 5 % двуокись углерода оказывает вредное влияние на здоровье человека… При этом снижается объемная доля кислорода в воздухе, что может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья». Напомним, что максимально разовая и среднесменная концентрация ПДК воздуха рабочей зоны определяются ГОСТ 12.1.005-88 и гигиеническими нормативами ГН 2.2.5.1313-03, ГН 2.2.5.1314-03.

Для помещений жилых и общественных зданий этот норматив по-прежнему отсутствует. Коллизия возникает в связи с тем, что в соответствии со СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» , СанПиН 2.1.2.1002-00 «Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям» и др. для этих помещений норматив качества принимается равным для воздуха населенных мест (ГН 2.1.6.1338-03; ГН 2.1.6.1339-03), который, как отмечалось выше, отсутствует. Однако, в отличие от многих других загрязняющих веществ, практически не выделяющихся в помещениях, содержание двуокиси углерода интенсивно увеличивается. Интересно, что еще в справочнике Р. В. Щекина 1976 года приводится расчет требуемого воздухообмена на разбавление СО 2 одним человеком.

Европейский стандарт 2004 года предлагает разделять воздух в помещениях с пребыванием людей на категории качества от IDA 4 – низкое, IDA 2 и 3 – среднее, до IDA 1 – высокое. Предполагается несколько способов определения категории качества. Один из них оценивает превышение уровня СО 2 , как индикатора, в воздухе помещений над наружным воздухом (табл. 2).

Зная местонахождение здания (сельская местность, город) и уровень концентрации СО 2 в наружном воздухе легко определить его расчетное содержание в воздухе помещения. Далее приводятся рекомендации по установке определенных классов фильтров, как правило, не менее двух ступеней, для достижения необходимой чистоты воздуха в соответствии с требуемой категорией качества IDA. Это касается не только твердых пылевых частиц, но и основных газов: NO x , SO 2 , полициклических ароматических углеводородов и летучих органических соединений. Стандарт гласит: «В городской среде рекомендуется использование молекулярных (газовых) фильтров». Отметим, что по представлению ассоциации АСИНКОМ европейский стандарт принят без изменений как отечественный ГОСТ Р ЕН 13779-2007 «Вентиляция в нежилых зданиях. Технические требования к вентиляции и кондиционированию». ФГУП СТАНДАРТИНФОРМ объявило о том, что он вводится в действие с 1 октября 2008 года.

Допустимое приемлемое значение содержания углекислого газа в помещениях с пребыванием людей было установлено гигиенистами и принято, например, стандартом ASHRAE 62-1989 на уровне 1 000 ppm (1 958 мг/м 3) или 0,1 % (об.). На эту величину опираются многие авторы при расчетах воздухообмена. Это значение фигурирует в СП 2.5.1198-03 «Санитарные правила по организации пассажирских перевозок» для железнодорожных вокзалов и СанПиН 2.5.1.051-96 «Условия труда и отдыха для летного состава гражданской авиации» для кабин воздушных судов. Зная выделение СО 2 одним человеком в офисе – 18 л/ч (0,005 л/с) или 35 200 мг/ч по формуле (Л.2) СНиП 41-01-2003 требуемый расход приточного воздуха для одного человека равен

L = 35 200 / (1 958 – 589) = 25,7 м 3 /ч.

В единицах л/с и ppm L = х 106 = 7,14 л/с.

Первым отечественным документом, в котором предпринята попытка регламентировать содержание СО 2 в наружном и внутреннем воздухе, является стандарт АВОК «Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена» . В качестве рекомендуемой справочной предлагается предельно допустимая концентрация в наружном воздухе: сельская местность – 332 ppm (650 мг/м 3), малые города – 409 ppm (800 мг/м 3), большие города – 511 ppm (1 000 мг/м 3). Верхний допустимый предел концентрации СО 2 в помещениях жилых и общественных зданий не должен превышать концентрацию в наружном воздухе на 638 ppm (1 250 мг/м 3). В этом случае требуемый воздухообмен на 1 человека составит 28 м 3 /ч.

В результате последних исследований, проведенных индийскими учеными в городе Калькутта , было выяснено, что так же, как NO 2 , СО 2 является потенциально токсичным для человека даже в низких концентрациях, принимая во внимание его воздействие на клеточную мембрану и биохимические изменения, такие, как увеличение напряжения CO 2 в крови, увеличение концентрации ионов бикарбоната в крови и моче, ацидоз и т. д. Для выявления того, как влияет уровень СО 2 в воздухе на процессы в организме человека, были проведены замеры уровня бикарбоната в крови и в моче человека. Всего было исследовано 593 человек из жилого, коммерческого и промышленного районов города и контрольной зоны, находящейся в экологически чистой сельской местности. Уровень бикарбоната в сыворотке крови – биологический показатель влияния СО 2 – оказался в среднем на 60 % выше у жителей Калькутты, чем у жителей сельских районов, причем самым высоким он был у жителей промышленной зоны. В городе Калькутта СО 2 присутствовал в воздухе в концентрациях от 0,03 до 0,06 %. Уровень вентиляции в помещениях был адекватным почти в 75 % жилых и рабочих помещений. Принимая во внимание то, что увеличение уровня СО 2 в атмосфере ведет к увеличению его концентрации в воздухе помещения, можно сказать, что он может явиться причиной увеличение уровня бикарбоната в крови.

В своих работах , английский ученый D. S. Robertson пишет, что уровень углекислого газа в атмосфере, при котором человечество может выжить, значительно ниже, чем предполагалось, поэтому безопасный для человека уровень углекислого газа требует пересмотра. Он рассчитал максимальный безопасный для человека уровень углекислого газа в атмосфере, составляющий 426 ррm. Ученый также считает, что под влиянием углекислого газа, уровень которого выше указанной цифры, происходит снижение величины pH в сыворотке крови, что ведет к ацидозу. Симптомы начальной степени ацидоза следующие: состояние перевозбуждения и умеренная гипертензия. Далее к ним добавляются сонливость и состояние беспокойства и как следствие уменьшение желания проявлять физическую активность. Существует вероятность того, что когда концентрация углекислого газа в атмосфере достигнет 426 ppm, а это может случиться раньше, чем через два поколения, здоровье, по крайней мере, некоторой части населения Земли, ухудшится.

Финские ученые под руководством Olli Seppanen провели 21 эксперимент на основе более 30 000 испытуемых по исследованию влияния концентрации углекислого газа. Если уровень углекислого газа в офисном помещении был ниже 800 ppm (0,08 % об.), такие симптомы, как воспаление глаз, заложенность носа, воспаление носоглотки, проблемы, связанные с дыхательной системой, головная боль, усталость и сложность с концентрацией внимания, которые возникали у сотрудников при более высокой концентрации СО 2 , значительно снижались.

В пресс-релизе ежегодной конференции Европейского респираторного общества в 2006 году были опубликованы результаты исследований, проведенных в пяти странах ЕЭС группой итальянских ученых. Исследования показали, что 68 % детей испытывают на себе негативное влияние СО 2 выше уровня 1 000 ppm. У них наблюдалось тяжелое дыхание, одышка, сухой кашель и ринит чаще, чем у других детей. Были сделаны следующие выводы: у детей, находящихся в помещении с высоким уровнем СО 2 , в 3,5 раза выше риск возникновения сухого кашля и в 2 раза – развитие ринита. Они имеют более уязвимую носоглотку, чем их ровесники.

В исследовании корейских ученых о влиянии концентрации СО 2 в помещении на приступы астмы у детей, в домах и квартирах, где живут дети больные астмой, замерялся уровень содержания веществ, которые считаются основными загрязнителями воздуха в помещении, таких как СО, NO 2 , аллергены и СО 2 . В результате данных исследований были сделаны выводы о том, что самым важным фактором, влияющим на возникновение приступов астмы у детей, является только уровень концентрации СО 2 .

Принимая допустимую концентрацию СО 2 в наружном воздухе мегаполиса 450 ppm, а оптимальную во внутреннем воздухе 800 ppm требуемый воздухообмен на 1 человека составит

L = 106 = 14,29 л/с = 51,4 м 3 /ч.

Реально концентрация в наружном воздухе может быть еще выше, а внутри помещения могут быть другие источники выделения СО 2 , например при приготовлении пищи. При разности содержания СО 2 в наружном и внутреннем воздухе 100 ppm требуемый воздухообмен составит 180 м 3 /чел., что превышает разумные пределы.

В качестве одной из мер новый американский стандарт ANSI/ASHRAE Standard 62.1-2004 предусматривает динамическое изменение режимов работы вентиляции жилых и общественных зданий. Это реализуется средствами DCV (Demand-Controlled Ventilation, DCV), путем регулирования количества подаваемого свежего воздуха сверх минимально необходимого по мере изменения реально складывающейся обстановки, определяемой количеством людей, присутствующих внутри вентилируемого объема. Объективной предпосылкой к использованию в отечественной практике является значительное удешевление за последние годы инверторных схем управления скоростью вентилятора путем использования все более доступных частотно-регулируемых приводов. Технология DCV доступно рассмотрена в статье . Однако такой мерой не всегда можно добиться эффективного результата.

О другой мере по снижению содержания вредных газов в воздухе помещений П. Оле Фангер писал в своей статье : «Очистка внутреннего воздуха от газообразных загрязняющих веществ представляет собой многообещающий метод повышения качества воздуха и частичного замещения вентиляции. Разрабатываются различные методы очистки воздуха, включая сорбцию и фотокатализ. Было показано, что последний метод обладает значительной эффективностью фильтрации, которая была зафиксирована при фильтрации отдельных химических веществ, присутствующих в воздухе. Для типичной смеси из сотен химических веществ, присутствующих внутри здания в очень малых концентрациях, при использовании указанных двух методов может быть реально достижимой эффективность очистки более 80 %, то есть очистка может снизить концентрацию загрязняющих веществ и повысить качество внутреннего воздуха в пять раз. При этом очевидно, что для повышения эффективности очистки для типичных источников загрязнения внутреннего воздуха необходимы дополнительные разработки технологии очистки и проведение дальнейших исследований».

Фотокаталитическое окисление (ФКО) является очень многообещающей технологией для уменьшения летучих органических соединений (ЛОС) в воздухе помещения. Однако исследования, проведенные Национальной лабораторией Л. Беркли в 2005 и 2007 годах, показали, что метод фотокаталитического окисления уменьшает количество ЛОС в воздухе помещения, но производит формальдегид как побочный продукт. Ученые считают, что для применения данного метода необходимо провести дальнейшее изучение, с тем чтобы либо уменьшить количество формальдегидов и ацетальдегидов, получаемых в результате реакции, либо соединить эту технологию с применением газоочистителей, для того чтобы улавливать токсичные побочные продукты до того, как они попадут в помещение. К этому необходимо добавить, что ФКО не удаляет углекислый газ, а наоборот – добавляет его в помещение, так как конечными продуктами реакции должны быть СО 2 и вода.

В настоящее время наиболее безопасными для очистки воздуха от газов в помещениях, где находятся люди, можно считать фильтры, основанные на методе адсорбции загрязняющих веществ в составе приточных вентиляционных установок. В качестве фильтрующего элемента используют активированный уголь и высокоэффективные материалы. Такие фильтры уже предлагаются на климатическом рынке.

Если возможность поддержания качества воздуха на высоком уровне при помощи вентиляционных систем не представляется возможным, можно удалять его избыток бытовыми адсорберами углекислого газа.

Выводы

1. Углекислый газ является токсичным для человека даже в относительно низких концентрациях. Его нельзя рассматривать только как индикатор эффективности вентиляции. Наилучшим для человека в помещении является уровень углекислого газа, максимально приближенный к атмосферному.

2. Концентрация СО 2 требует постоянного контроля в помещениях с пребыванием людей в промышленных городах и крупных мегаполисах, где промышленность и транспорт постоянно загрязняют атмосферный воздух углекислым и другими газами. Особенно это касается детских учреждений и других общественных зданий.

3. Рост углекислого газа в атмосфере, особенно в крупных городах из-за выбросов автотранспорта, предприятий энергетики и промышленности, вызывает необходимость в увеличении воздухообмена в помещениях с пребыванием людей. Это приводит к повышенным затратам энергии и увеличению выбросов СО 2 при ее выработке. Выход из ситуации заключается в достижении разумного оптимума между количеством приточного наружного воздуха и требуемой очисткой от углекислого и других газов.

Литература

1. ГОСТ 8050-85. Двуокись углерода газообразная и жидкая. Технические условия.

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

3. Гигиенические нормативы ГН 2.2.5.2100-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны (дополнение N 2 к ГН 2.2.5.1313-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны).

4. РД-06-28-93. Правила безопасности при строительстве (реконструкции) и горнотехнической эксплуатации размещаемых в недрах объектов, не связанных с добычей полезных ископаемых.

5. СанПиН 2.2.3.570-96. Гигиенические требования к предприятиям угольной промышленности и организации работ.

6. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование.

7. СанПиН 2.1.2.1002-00. Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям.

8. Справочник по теплоснабжению и вентиляции. Книга вторая. Вентиляция и кондиционирование воздуха / Р. В. Щекин и др. – Киев: Будiвельник, 1976.

9. СП 2.5.1198-03. Санитарные правила по организации пас-сажирских перевозок.

10. СанПиН 2.5.1.051-96. Условия труда и отдыха для летного состава гражданской авиации.

11. АВОК СТАНДАРТ – 1 2002. Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена. – М. : АВОК-ПРЕСС, 2002.

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

13. D. S. Robertson. Health effects of increase in concentration of carbon dioxide in the atmosphere. Current science, vol. 90, no. 12, 25 june 2006.

14. D. S. Robertson. The rise in the atmospheric concentration of carbondioxide and the effects on human health. Med. Hypotheses, 2001, 56.

15. Olli Seppanen. Энергоэффективные системы вентиляции для обеспечения качественного микроклимата помещений // АВОК. – 2000. – № 5.

16. Stanke. В библиотеку проектировщика. Технологии DCV в системах вентиляции // Мир климата. – № 43.

17. П. Оле Фангер. Качество внутреннего воздуха в зданиях, построенных в холодном климате, и его влияние на здоровье, обучение и производительность труда людей // АВОК. – 2006. – № 2.

18. C. D. Keeling, T. P. Whorf. Atmospheric carbon dioxide record from Mauna Loa. Period of record 1958–2003. Carbon Dioxide Research Group, Scripps Institution of Oceanography, University of California, Internet source.