Об’єкти

Сучасні системи абсорбції

До недавнього часу в наукових статтях та дослідженнях рівень СО2 в приміщенні розглядався лише як сурогатний показник адекватної роботи вентиляції, проте дослідження вчених, проведені останнім часом показують, що навіть у низьких концентраціях вуглекислий газ сам по собі є речовиною токсичною для людини навіть у низьких концентраціях .

Рівень вуглекислого газу в атмосфері планети Земля не піднімалася вище за 320 ppm за останні 40 тис. років. Багато вчених припускають, що збільшення концентрації СО2 пов’язане з діяльністю людини — внаслідок спалювання палива. Неекономна витрата електроенергії призводить до дедалі більшого викиду вуглекислого газу в атмосферу.

Усім знайоме відчуття задухи у приміщенні та симптоми, пов’язані з цим, тобто. втома, сонливість, дратівливість, складність із концентрацією уваги. Цей стан багато хто пов’язує з нестачею кисню. Однак розрахунки показують, що поява цих симптомів викликані тим, що рівень вуглекислого газу перевищив комфортний і безпечний для людини рівень, у той час, як рівень кисню залишається ще цілком нормальним для дихання людини рівні. Тому додавання кисню в повітря кисневими генераторами нічого не дає без видалення надлишку СО2 з повітря приміщення. Графіки зростання рівня вуглекислого газу та падіння рівня кисню у класі під час уроків наочно демонструють це.

Графіки виміру рівня СО2 і О2 у шкільному класі чітко показують, що навіть у той час, коли рівень СО2 збільшувався до 1650 ppm (цей пік припадає на кінець уроку), рівень кисню тримався в межах 15–20 %, що є цілком нормальним рівнем для людини, за якого його стан ніяк не змінюється. Дані графіки чітко демонструють, що людина починає відчувати симптоми нестачі свіжого повітря саме від надлишку вуглекислого газу повітря приміщення, оскільки кисню в повітрі приміщення ще цілком вистачає.

Основним джерелом вуглекислого газу в приміщенні є людина, а також вуглекислий газ з вулиці, який надходить у приміщення через вентиляційні системи та відкриті вікна.

Фізіологічний вплив вуглекислого газу на організм людини

Останні дослідження вчених показали, що перебування в приміщенні з підвищеною концентрацією СО2 в повітрі може навіть призвести до негативних змін у крові. Під впливом вуглекислого газу відбувається зниження величини рН у сироватці крові (збільшення її кислотності), що веде до ацидозу. У цьому стані організм погано засвоює мінерали, такі як кальцій, натрій, калій та магній, які завдяки надлишковій кислотності виводяться з організму. Ацидоз може шкодити організму непомітно, але протягом декількох місяців і навіть років. Ацидоз може спровокувати захворювання серцево-судинної системи, збільшення у вазі та діабет, зниження імунітету, проблеми з опорно-руховим апаратом, загальну слабкість та ін. Особливо негативно СО2 впливає на людей, які хворіють на алергію та астму.

Токсичний рівень СО2. У наукових дослідженнях описано вплив високого рівня СО2 у приміщенні на здоров’я людини. Коли концентрація вуглекислого газу в приміщенні сягала 600 ppm (0,06 %), люди починали відчувати ознаки погіршення якості повітря. Якщо концентрація СО2 продовжувала зростати, деякі люди починали відчувати симптоми отруєння вуглекислотою, такі як проблеми з диханням, прискорений пульс, головний біль, зниження слуху, гіпервентиляція, пітливість, втома. При рівні 1000 ppm (0,1 %) майже всі, що перебувають у приміщенні, відчували ті чи інші симптоми, описані вище.

У науковій статті «Виробничий офіс», були опубліковані дослідження фінських учених, проведені під керівництвом Сеппянена (O.A. Seppanen), в них йдеться про те, що якщо рівень вуглекислого газу в офісному приміщенні був нижчим за 800 ppm (0,08 %), такі симптоми, як запалення очей, закладеність носа, запалення носоглотки, проблеми, пов’язані з дихальною системою, головний біль, втома та складність із концентрацією уваги, які виникали у співробітників при вищій концентрації СО2, значно знижувалися. Англійський вчений Робертсон вважає, що якщо рівень вуглекислого газу в приміщенні не опускається нижче 500 ppm, цей може призвести до змін у метаболізмі, таких як зниження pH сироватки крові, що призведе до широкого поширення ацидозу. Те саме підтвердили дослідження, проведені вченими в місті Калькутта. Зміна pH сироватки крові, у свою чергу, призведе до збільшення чутливості до інших негативних факторів.

Табл. 1 показує, як стан людей змінюється в залежності від рівня вмісту вуглекислого газу у приміщенні офісу. На рис. 1 наведено графік вимірів рівня СО2 зроблених за допомогою приладу даталоггера в офісному приміщенні однієї з компаній у місті Гельсінкі (Фінляндія). Графік вимірів показує, як може змінюватися рівень СО2 в офісному приміщенні протягом дня. 18 березня у приміщенні офісу був звичайний робочий день, але частина співробітників була відсутня, а 19 березня, коли у приміщенні були всі співробітники, рівень вуглекислого газу виріс до позначки 1600 ppm, що негативно позначається на працездатності персоналу.

Рис. 2 наочно демонструє, як змінюється рівень СО2 в офісному приміщенні під час робочого дня. З аналізу графіка ясно, що разові виміри рівня вуглекислого газу неефективні, оскільки залежить від часу дня і завантаженості приміщення. Найбільш показовими, з цієї точки зору, можуть бути показання, зняті безперервно хоча б протягом однієї доби.

У Росії якість повітря в офісах та навчальних приміщеннях на рівень утримання СО2 ніхто не перевіряє. Це тому, що вуглекислий газ у Росії ніколи не вважався токсичним. Роботи, на які посилаються деякі автори, які вважають, що вуглекислий газ шкідливий для людини лише в концентраціях вище 5000 ppm, проводились у 1960-х роках. Дослідження проводилися для концентрацій СО2, нижче 10 тис. ppm (1 %, такі високі концентрації поки що неможливо зустріти в реальних житлових та офісних приміщеннях). В результаті досліджень було виявлено, що небажані зрушення функції зовнішнього дихання відзначаються при дії СО2 в концентрації понад 5000 ppm.

При концентрації 500-1000 ppm жодних негативних явищ немає. Ці дослідження не проводилися для випадків, коли люди піддаються тривалому впливу підвищеного рівня СО2 в приміщенні, не випадково всі західні дослідження проводилися в школах або в офісах, в цих приміщеннях люди знаходяться по кілька годин щодня протягом місяців. Потрібно також зауважити, що рівень вуглекислого газу в атмосфері навіть великих міст був значно нижчим.

Лише у 2006 р. у Росії гігієнічними нормативами було введено максимально разову середньозмінну концентрацію (4597 ppm) для повітря робочої зони виробничих приміщень. Для житлових та офісних, навчальних та інших приміщень у Росії така норма досі відсутня.

У 2003 і 2006 роках в Угорщині було проведено спеціальні дослідження впливу рівня вуглекислого газу на продуктивність праці людини. У двох ізольованих камерах вчені підтримували високий рівень вентиляції. У першій камері рівень СО2 завжди був 600 ppm (0,06 %), а в другу постійно додавали велику кількість чистого вуглекислого газу, так, щоб якість повітря за іншими показниками, крім СО2, було хорошим. Люди, які перебували в камерах, мали протягом 70 хвилин проводити пошук помилок у текстах, які їм пропонувалися. Перший тест проводився при рівні 5000 ppm (0,5%) СО2. Досліджувані, які не знали про те, який рівень вуглекислого газу в камері, відгукувалися про якість повітря в ній як про вкрай низьку. Здатність концентрувати увагу була значно гірша, ніж у випробуваних у першій камері.

Другий тест проводився при рівні СО2, що дорівнює 4000 ppm (0,4%). Кількість помилок, зроблених випробуваними у другій камері, була значно вищою, ніж у камері з рівнем 600 ppm. Третій тест проводився для рівня 3000 ppm CO2. Концентрація уваги піддослідних у цьому тесті була низькою, а кількість помилок набагато вище, ніж у тих, хто знаходився в першій камері, з гарною якістю повітря. Результати цих досліджень наочно підтверджують той факт. Що саме вуглекислий газ, а не інші антропогенні забруднювачі повітря приміщення, в якому знаходяться люди, впливає на їх самопочуття та працездатність. У світлі даних досліджень можна впевнено сказати, що гігієнічна норма 4597 ppm для повітря робочої зони виробничих приміщень сильно завищена.

Згідно з останніми дослідженнями, проведеними у США, від погіршення якості повітря у приміщенні продуктивність у роботі офісного персоналу може знизитися на 12%. При покращенні якості повітря в приміщенні співробітники краще справляються і роблять менше помилок у роботах, пов’язаних з арифметичними обчисленнями, написанням та звіркою текстів та іншими роботами, що вимагають високої концентрації уваги. Вченими вивчався вплив рівня СО2 на якість роботи співробітників, що працюють на комп’ютері. В результаті було виявлено, що швидкість роботи на комп’ютері падала, а кількість помилок значно зростала при рівні СО2 понад 1000 ppm (0,1%).

Беручи до уваги результати досліджень, описаного вище, можна дійти невтішного висновку у тому, що рівень вуглекислого газу підлягає контролю переважають у всіх приміщеннях, де працюють люди. Особливо це стосується тих місць, де необхідна висока концентрація уваги персоналу, таких, наприклад, як диспетчерські аеропорти та атомні станції, приміщення, де працює персонал, діяльність якого пов’язана з різними розрахунками або тривалим набором або звіркою текстів та ін.

Академік Ю.Д. Губернський та к.т.н. О.О. Шилькрот пишуть про те, що вимірювання в офісах і на вулицях Москви показали, що в ряді офісів рівень СО2 досягав 2000 ppm і вище. Рівень вуглекислого газу на вулицях коливався в показниках до 1000 ррm, але вимірювання були зроблені не в найнеблагополучніші дні, з погляду кліматичної обстановки.

У Росії з 1 жовтня 2008 р. було введено ГОСТ Р ЕН 13779-2007 «Вентиляція в нежитлових будинках. Технічні вимоги до вентиляції та кондиціювання» в основу якого покладено Європейський стандарт 2004 р. щодо якості повітря у приміщеннях з перебуванням людей. У європейському стандарті сказано, що повітря високої якості в приміщенні має відрізнятися від зовнішнього повітря населеного пункту лише на 350 ppm СО2. Утруднення полягає в тому, що моніторинг за атмосферним рівнем СО2 в містах службами Центру з гідрометеорології не ведеться, а за кордоном вуглекислий газ, поряд з окислами азоту, оксидом вуглецю, діоксидом сірки і летючими органічними сполуками, є типовим забруднювальним речовин.

Виникає законне питання, якщо ніхто не заміряє в Росії рівень СО2 в різних районах міст, на що слід орієнтуватися, щоб правильно розрахувати необхідний рівень подачі повітря вентиляцією в приміщення. Якщо, в центрі Москви, наприклад, концентрація вуглекислого газу може бути 800 ppm і вище, що в сумі дає 800 + 350 = 1150 ppm, таку якість повітря в приміщенні навіть хорошим назвати складно, а за розрахунками, згідно з нормами, що вводяться, це повинно вважатися відмінним якістю повітря.

У більшості європейських країн, для яких був прийнятий європейський стандарт 2004 року за якістю повітря, вуглекислого газу в повітрі міст значно менше, ніж у великих містах Росії. Це відбувається тому, що в Європі норми за рівнем вмісту СО2 у вихлопних газах автомобілів значно суворіші. Якщо взяти для прикладу Москву, де автомобільний парк налічує вже близько 3 млн автомобілів, то лише третина з них за рівнем вмісту СО2 у вихлопних газах відповідає європейському стандарту. А саме, автотранспорт є основним джерелом вуглекислого газу на вулицях міст. Тому застосування нового ГОСТу до розрахунку необхідного повітрообміну для приміщень, що у великих російських містах є мало можливим.

Одним із ресурсів заощадження «вентиляційного» тепла є раціональніший підхід до норм повітрообміну. Коли проектується система вентиляції, передбачається, що повітря, яке подається з вулиці, містить у собі рівень СО2, що відповідає нормальному атмосферному, яке тепер уже становить 370 ppm (0,037 %). Але насправді цей рівень можна зустріти лише в екологічно чистих місцях. Як зазначалося у статті Ю.Д. Губернського та Є.О. Шилькрота рівень вуглекислого газу на вулицях може коливатись у показниках до 1000 ррm.

Зрозуміло, що збільшення кратності повітрообміну за таких умов нічого не дає. Більше того, як показує розрахунок, для чистоти повітря в приміщенні за деяких умов кратності повітрообміну не є суттєвим фактором.

приклад. Людина у спокійному стані видихає близько 2 м3/год повітря. Якщо уявити така людина знаходиться в кімнаті площею 20 м2 з висотою стель 3 м (об’єм кімнати становить 60 м3), то зрозуміло, що при одноразовому повітрообміні він дихатиме повітрям, що складається на 2/60 = 3,3 % зі старого і 96, 7% нового зовнішнього повітря. При дворазовому повітрообміні у повітрі, що вдихається, буде 2/120 = 1,6 % старого повітря і 98,4 % нового. Чистота внутрішнього повітря, таким чином, зміниться трохи, але витрати на його нагрівання зростуть вдвічі.

При розрахунку необхідного повітрообміну необхідно враховувати те, що збільшення споживаної вентиляційними системами електроенергії, у свою чергу, призводить до збільшення викиду вуглекислого газу в атмосферу. Згадавши те, що писав Робертсон про досягнення критичного рівня СО2 в атмосферному повітрі, можна зрозуміти, чому необхідно підходити до розрахунку норм повітрообміну дуже раціонально.

У своїй статті «Якість внутрішнього повітря в будівлях, побудованих у холодному кліматі та про необхідність припливної та витяжної вентиляції» П. Оле Фангер писав, що «Очищення внутрішнього повітря від газоподібних забруднюючих речовин є багатообіцяючим методом підвищення якості повітря і часткового заміщення вентиляції».

В даний час найбільш безпечними для очищення повітря в приміщеннях, де знаходяться люди, можна вважати очищувачі повітря, засновані на методі абсорбції ЛОС та інших речовин, що забруднюють повітря приміщення. Правильне поєднання очищувачів повітря з розумним рівнем вентиляції може дати дуже гарний результат та хороший рівень енергозбереження.

Донедавна рекомендації щодо боротьби з вуглекислим газом у приміщенні зводилися до посилення повітрообміну. Все це допомагає в умовах екологічно благополучних міст та сіл. В умовах мегаполісів для досягнення низького рівня єдино можливим є штучне видалення надлишку СО2 з повітря внутрішнього приміщення.

Висновки

1. Вуглекислий газ є токсичними для людини навіть у низьких концентраціях. Найкращим для людини у приміщенні є рівень вуглекислого газу максимально наближений до нормального атмосферного.
2. Концентрація СО2 в приміщенні вимагає повсюдного контролю. Особливо це важливо для промислових міст та великих мегаполісів, де промисловість та транспорт постійно забруднюють атмосферне повітря вуглекислим газом. Необхідно робити виміри рівня вуглекислого газу у всіх приміщеннях, де знаходяться люди, особливо це стосується дитячих закладів. Але слід пам’ятати, що рівень вуглекислого газу є сенс заміряти тільки тоді, коли приміщення використовується найбільше і не раніше, ніж у середині робочого дня. Виміри рівня СО2 при здачі вентиляції в експлуатацію в нових будівлях не мають жодного сенсу.
3. Неекономне витрачання електроенергії вентиляційними системами веде до додаткових викидів СО2 в атмосферу. Через постійне зростання СО2 в атмосфері, високого рівня СО2 в містах через промисловість і автотранспорт, підтримання безпечного і комфортного для людини рівня вуглекислого газу в приміщенні за допомогою вентиляційних систем з кожним роком стає все менш ймовірним і енерговитратним без примусового видалення його з приміщення. Зрозуміло, що необхідно знайти компромісне вирішення цієї проблеми шляхом поєднання розумної кількості повітря, що подається вентиляцією і примусовим його очищенням в приміщенні.

Використані матеріали журналу “СІК” №1 за березень 2012 р.

 

Компанія “МПК Інжінірінг” заснована у 2009 році.

Компанія “МПК Інжінірінг” заснована у 2009 році.