Мониторинг углекислого газа и качество воздуха в помещении

Формирование CO₂ и его воздействие на здоровье человека

Углекислый газ образуется в клетках организма (в количестве 0,7 кг в день) и из них распространяется по окружающим капиллярам. Он передаётся через кровь, будучи химически связанным в составе белков, таких как гемоглобин, или в растворенном виде. Бóльшая часть CO₂ физически растворяется, и лишь незначительная его часть преобразуется карбоангидразой эритроцитов в углекислоту, которая в водной среде распадается на водород и ионы гидрокарбоната. Углекислый газ выделяется через альвеолярную мембрану в лёгких.

Главная физиологическая функция углекислого газа в организме состоит в регулировании дыхания через химические рецепторы аорты и продолговатого мозга, который стимулирует дыхательный центр в стволовой части мозга. Повышенное содержание CO₂ во вдыхаемом воздухе учащает дыхание, повышая дыхательный объём. При этом углекислый газ оказывает отложенный эффект на бронхиолы, что приводит к увеличению объёма неиспользуемого пространства (пространства дыхательной системы, не задействованного в газообмене). Однако отложенный эффект влияния углекислого газа на периферийные и центральные артериолы не приводит к снижению кровяного давления, поскольку повышенная выработка адреналина вызывает компенсирующее сужение сосудов.

Эффект воздействия на человека различных концентраций CO₂ представлен в табл. 1.

CO₂ в помещении

Углекислый газ считается основным параметром антропогенного загрязнения воздуха, поскольку повышение концентрации CO₂ в помещении коррелирует с ростом интенсивности запахов, являющихся продуктом человеческого метаболизма. Таким образом, содержание CO₂ в воздухе помещения прямо отражает интенсивность его использования. Оно также может служит ориентировочным маркером для других регулируемых областей, таких как планирование размеров систем вентиляции и кондиционирования или инструкции по проветриванию в таких активно используемых помещениях с естественной вентиляцией, как школьные классы или залы собраний.

В используемых помещениях концентрация CO₂ в основном зависит от следующих факторов:

1. Число людей в помещении, объём помещения.

2. Активность пользователей внутри самого помещения.

3. Время, которые пользователи проводят в помещении.

4. Процессы сгорания в помещении.

5. Воздухообмен и объёмный расход наружного воздуха.

Быстрый рост концентрации CO₂ в помещении — типичное следствие присутствия множества людей в относительно небольших пространствах (например, в залах для собраний, конференций или в школьных классах) с низкой кратностью воздухообмена. Критические концентрации CO₂ обычно соседствуют с другими факторами загрязнения воздуха, особенно с неприятными запахами пота или косметики, а также микроорганизмами. В герметичных помещениях с очень низкой кратностью воздухообмена концентрация CO₂ может расти даже в присутствии совсем небольшого количества людей (в квартирах или офисах).

В обоих случаях CO₂ прямо влияет на ощущение комфорта от нахождения в помещении. Европейские совместные действия (ECA) определяют следующие уровни недовольства микроклиматом на основе модельных расчётов. Начиная с 1000 ppm, примерно 20 % пользователей помещения могут быть недовольны, и это число вырастет приблизительно до 36 % при 2000 ppm.

В то время как залы для собраний и конференций обычно используются от случая к случаю и кратковременно, в школьных классах ученики и учителя регулярно находятся на протяжении многих часов, поэтому концентрация CO₂ в их воздухе имеет критическое значение. Текущие и прошедшие исследования в разных частях Германии, посвящённые концентрации углекислого газа в школьных классах, неизменно демонстрируют недостаточное качество воздуха, связанное с этим параметром.

Объёмный расход наружного воздуха, кратность вентиляции и оценка концентрации CO₂

Объёмный расход наружного воздуха или кратность вентиляции описывает объём потока наружного воздуха, поступающего в помещение или здание через систему вентиляции или каркас здания. Для помещений, в которых присутствуют люди, требуемый объёмный расход наружного воздуха устанавливается исходя из количества людей, например, [л/с] или [м³/ч] на человека. Кратность воздухообмена (n на 1/ч) — соотношение объёмного расхода наружного воздуха в [м³/ч] и объёма помещения в [м³].

Микроклимат в помещении воспринимается как комфортный при температуре от 20 до 23 °C и относительной влажности (ОВ) воздуха от 30 до 70 %. Однако для людей с аллергией на пылевых клещей рекомендуется максимум 50 % относительной влажности. При этом рекомендуются контрольные замеры официально поверенным гигрометром. Скорость воздуха в помещении не должна превышать 0,16 м/с (зимой) и 0,25 м/с (летом). Когда вы входите в комнату, где есть люди, иногда возникает ощущение «спёртого воздуха». Причинами могут быть выдыхаемый углекислый газ, пар и запах пота.

Уровни опасности при оценке концентрации CO₂ в воздухе в помещении представлены в табл. 2.

Синдром больного здания

Термин «синдром больного здания» можно трактовать двумя способами. С одной стороны, он относится к зданиям, в которых люди во время работы чувствуют себя больными, а с другой стороны — сами здания можно назвать «больными».

Причиной возникновения синдрома больного здания обычно является система кондиционирования или недостаточная гигиена воздуха в здании. При этом наблюдается множество симптомов, таких как: раздражение глаз, носа и горла, ощущение сухости кожи и слизистой оболочки, психологическая усталость, частые респираторные заболевания и кашель, хрипота, одышка, зуд и неспецифическая гиперчувствительность.

Американское исследование, проводившееся в зданиях с системами кондиционирования и вентиляции, позволило на основе статистических данных продемонстрировать чёткую прямую зависимость между жалобами на сухость в горле или раздражение слизистой оболочки и повышенной концентрацией CO₂ , даже если она была ниже 1000 ppm в абсолютном выражении.

Более поздние исследования показали, что затраты на устранение проблем, связанных с неблагоприятным микроклиматом в здании, часто оказываются для работодателя, владельца здания и государства выше, чем затраты на энергообеспечение этого здания.

Также было доказано, что хороший микроклимат может повысить общую работоспособность и эффективность обучения, при этом снизив коэффициент отсутствия на рабочем месте.

Нормы содержания CO₂ в воздухе помещения

В России существуют нормативы для оценки качества воздуха в помещениях. Согласно им, качество воздуха в помещении считается высоким при концентрации CO₂ на уровне 400 ppm и ниже. Средним и допустимым являются значения концентрации CO₂ на уровне 400–600 и 600–1000 ppm, соответственно. И уже при превышении показателя в 1000 ppm уровень качества воздуха в помещении является низким.

Технология измерения CO₂

Компания Testo предлагает три типа приборов для измерения и мониторинга концентрации CO₂ в помещениях:

1. Портативные приборы, например, testo 535 — анализатор углекислого газа с фиксированным зондом.

2. Логгеры данных, например, testo 160 IAQ — помимо CO₂ они непрерывно регистрируют температуру и влажность. Результаты измерений по Wi-Fi передаются в «облако», что позволяет рассылать уведомления о нарушениях граничных значений по e-mail или SMS. Наглядная система оценки по типу «светофора» позволяет ответственным сотрудникам моментально видеть текущее состояние качества воздуха.

3. Многофункциональные приборы, например, testo 440, которые измеряют все параметры вентиляции и кондиционирования, такие как скорость воздуха, температуру, влажность, степень турбулентности, концентрацию угарного газа (СО) или освещённость.