Об’єкти
Вентиляція та куріння: контроль за якістю повітря
Тютюновий дим у приміщенні
Тютюновий дим, що надходить у приміщення, складається, по-перше, з основного струменя диму, який курець видихає з кожною затяжкою, і, по-друге, з побічного струменя диму, що надходить безпосередньо в приміщення з кінця сигарети, сигари або курильної трубки. Найбільш висока температура горіння тютюну при вдиханні означає, що основний струмінь диму утворюється при повнішому згорянні, ніж побічний струмінь. Деякі продукти згоряння основного струменя не надходять у навколишнє середовище, тому що вони розкладаються в людському організмі. Отже, побічний струмінь диму містить вищий рівень шкідливих речовин, ніж основний струмінь.
Тютюновий дим є складною сумішшю декількох тисяч компонентів у вигляді газоподібних речовин, крапель і мікрочастинок, які надають разом привабливий, збуджуючий, отруйний і канцерогенний ефекти. Статистичні дані щодо вмісту в сигаретах смоли, нікотину та окису вуглецю широко публікуються представниками тютюнової промисловості. Ці дані отримані в результаті вимірювань в основному струмені диму за допомогою спеціальних курильних машин. Нікотин – основна причина розвитку тютюнозалежності; його вміст може змінюватися у різних марок та виробників сигарет в діапазоні від 0,1 до 2,0 мг в одній сигареті, в середньому приблизно 0,9 мг. Вміст смоли змінюється від 1,0 до 25 мг у сигареті, в середньому приблизно 12 мг3. Достовірний факт, що сигарети з більш високим вмістом нікотину містять також більше смоли.
Вміст нікотину та смоли зовсім не означає, що саме таку кількість отримає курець від конкретної сигарети. Це залежить головним чином від того, як саме він чи вона викурює її. Курець сигарети, яка має низький вміст смоли та нікотину, що робить часті та глибокі затяжки, може отримати стільки ж смоли та нікотину, що і курець сигарет з великим їх вмістом.
Багато компонентів тютюнового диму присутні в навколишньому повітрі через емісію з інших джерел: промислові викиди, транспорт та оздоблювальні матеріали. Однак нікотин і супутня речовина 3-EP (3-етинілпіридин) потрапляють у повітря виключно від згоряння тютюну і є відмітною ознакою тютюнового диму. З цієї причини концентрація в повітрі нікотину та 3-EP є хорошим індикатором якості повітря та ефективності захисних засобів. ISO розробила стандарти методів вимірювання складу тютюнового диму (ІSO 2002). Визначення вмісту нікотину в повітрі в даний час може бути виконане лише за допомогою відбору проб та аналізу їх у лабораторних умовах. Звісно, це тривалий процес.
Необхідно проведення подальших досліджень з метою створення простих вимірювальних засобів для практичних цілей. Бажано, щоб ці кошти були здатні давати показання у режимі поточного часу. Це привело б у відповідність вимоги систем керування вентиляцією та реальні можливості.
Вплив тютюнового диму на здоров’я
Коли людина, що не курить, піддається впливу тютюнового диму, вона не тільки відчуває неприємний для неї запах, а й може страждати від інших незручностей, у тому числі від подразнення очей, носа та горла. Крім того, вплив тютюнового диму може викликати напад астми у людей із цим захворюванням та гостру серцеву недостатність у людей із хворим серцем. Тривалий вплив тютюнового диму може підвищити ризик розвитку бронхіту, пневмонії, раку легень, серцевих та судинних захворювань. Більше того, у деяких людей може розвинутись така чутливість до тютюнового диму, що навіть короткочасний його вплив буде здатний викликати задишку, кашель, подразнення слизової та інші реакції.
Очевидно, що куріння тютюну шкідливе здоров’ю людини. Наражати себе на цей небезпечний вплив — справа особистої відповідальності. Але куріння впливає також і на некурців. Ось чому REHVA склала цей довідник. Довідник буде корисним для більшості європейських країн. У ньому зібрані всі технічні засоби, які можуть бути використані для зменшення впливу тютюнового диму всередині приміщень, незалежно від особливостей законів та нормативів різних європейських країн.
Видалення тютюнового диму за допомогою вентиляції
Головним пріоритетом контролю якості повітря завжди було усунення джерела забруднень. Таким чином, коли йдеться про досягнення високої якості повітря, ніщо не може йти порівняно із забороною куріння. Довідник є виключно технічним посібником для фахівців у галузі опалення, вентиляції та кондиціювання з питань проектування приміщень для курців. Ніхто не стверджує, що вентиляція може забезпечити ту саму якість повітря, як і в приміщеннях для некурців. Навіть найкращі вентиляційні системи не здатні зменшити концентрацію шкідливих хімічних речовин тютюнового диму до абсолютного нуля. Але, залежно від обраної системи вентиляції, можна знизити концентрацію компонента кілька разів від його початкового значення.
Слід пам’ятати, що принцип «гранично допустимої концентрації» (ГДК) є загальним для багатьох аспектів проблеми якості повітря. Проте досі немає ГДК для тютюнового диму.
Вимірювання концентрації тютюнового диму
Тютюновий дим є аерозоль, що містить пари і мікрочастинки. Нікотин і 3-EP використовуються як визначені компоненти парової фази тютюнового диму; обидві ці речовини є специфічними для тютюнового диму. Хоча нікотин використовується як визначальний компонент найчастіше, він не є ідеальним маркером, головним чином, через його адсорбційні властивості, непередбачувану швидкість розкладання. Навпаки, 3-EP точно відбиває парову фазу тютюнового диму і, отже, може вважатися найкращим маркером. Визначення парової фази нікотину та 3-EP методом газової хроматографії описано у стандарті ISO 18145 (ISO 2003). Соланезол, що утворюється в повітрі, специфічний для тютюнового диму і присутній у повітрі тільки разом з мікрочастинками тютюнового диму. Його зміст пов’язане постійним співвідношенням з кількістю зважених частинок, що видихаються, яке залежить від умов вентиляції приміщення і тривалості відбору проби. Методика відбору проб і визначення концентрації зважених мікрочастинок, що видихаються, описані в стандарті ISO 18144 (ISO 2003).
Вентиляція для контролю тютюнового диму
Вступ
Існує кілька способів вирішення питання «яка має бути вентиляція для видалення тютюнового диму». У довіднику наводяться дані щодо необхідної кратності повітрообміну залежно від різних критеріїв якості повітря, які можуть бути класифіковані таким чином:
національні будівельні норми та правила;
міжнародні стандарти;
концентрація тютюнового диму;
Якість повітря, що відчувається.
Щоб знайти ефективні технічні засоби зниження концентрації тютюнового диму всередині приміщення, необхідно встановити критерії, засновані на рівні ризику для здоров’я людей, який вважається прийнятним. Подібна стратегія застосовується у багатьох аналогічних ситуаціях. Прийнятний рівень ризику для здоров’я міг би бути основою розрахунку гранично допустимого впливу тютюнового диму на людей. На жаль, західні країни не розробили такі критерії, головним чином, через більш менш радикальні позиції політиків, які перебувають під впливом медиків, які борються за заборону куріння. Тільки в Австралії розроблено стандарт «Індекс шкідливості тютюнового диму для приміщень», який буде описаний пізніше.
Національні будівельні норми та правила
Багато норм наказують визначати витрати повітря у системі вентиляції залежно від площі чи обсягу приміщення. Наприклад, у Нідерландах потрібна витрата повітря 4,8 л/(м2.с) [17,3 м3/(м2. ч)] для ресторанів та офісів, незалежно від того, курять у цих приміщеннях чи ні. Британська асоціація пива та пабів вимагає 8 л/с на людину при нормі в 1 м2 площі на відвідувача, що стоїть, і 2 м2 на кожне посадкове місце. Це відповідає 4 л/(м2 . с) для зони посадкових місць і 8 л/(м2 . с) для зони відвідувачів, що стоять. У Швейцарії потрібно 18 л/(м2.с), а Італії 18 л/с кожного курця. Різниця між нормами велика: швейцарські норми перевищують голландські в 3,75 рази!
Міжнародні стандарти
У табл. 1 представлена вибірка з різних міжнародних стандартів та довідників. Італійська норма 18 л/с на кожного курця забезпечує задовільну (середню) якість повітря.
Концентрація тютюнового диму
Ми не знаємо гранично допустиму концентрацію тютюнового диму, що забезпечує прийнятний рівень ризику для здоров’я. Нижче наведені значення відображають рекомендації, прийняті деякими експертами.
У деяких країнах уряд наклав повну заборону на куріння в установах та інших громадських місцях, тобто допустима концентрація нікотину дорівнює нулю.
У Фінляндії гранична концентрація нікотину прийнята 0,5 мг/м3. Фінські фахівці вважають, що це значення засноване на ризик захворювання на рак, якщо людина схильна до впливу тютюнового диму 40 год на тиждень протягом 40 років.
У Норвегії, перед тим, як було введено заборону на паління, гранично допустима концентрація нікотину була прийнята рівною 1 мг/м3. Докази, на підставі яких було прийнято цю норму, невідомі.
Важливим чинником під час проектування систем вентиляції є інтенсивність джерела забруднень, які слід контролювати. Коли ми маємо справу з тютюновим димом, інтенсивність джерела визначається кількістю сигарет, сигар та курильних трубок, що викурюються за годину, та величиною емісії з кожної сигари, сигарети, курильної трубки. Далі розглядається інтенсивність забруднення від однієї сигарети та той тип куріння, який домінує у більшості місць.
Наведемо деякі дані. Голландський фонд куріння та здоров’я (Stivoro) вважає, що середній курець викурює 20 цигарок на день, а затятий курець викурює 30 цигарок щодня. Припускаючи, що сон та інша діяльність, несумісна з курінням, займає до 10 год на добу, середній курець викурює 1,4 сигарети на годину, а затятий – 2,1 сигарети на годину.
Приймаючи, що в установах середні курці становлять 75% і затяті курці 25%, середня витрата цигарок, що дорівнює 1,6 сигарети на годину на «стандартного» курця, виглядає правдоподібною.
Концентрація нікотину в повітрі може бути обчислена за такою формулою при припущенні, що весь нікотин залишається в повітрі і не адсорбується стінами та іншими матеріалами в приміщенні:
де cnic – концентрація нікотину, мг/м3;
p – кількість курців, %;
n – число сигарет, що викурюються на годину;
g – середній вміст нікотину в сигареті – 1-2,5 мг/цигарка;
A – площа, що припадає на одну особу;
qv – Витрата повітря, л / (м2. с).
На рис. 1 представлена залежність між концентрацією нікотину і витратою повітря при вище зазначених умовах для зони відвідувачів, що стоять, і зони посадкових місць відповідно.
Якщо вентиляція недостатня, концентрація нікотину може, як бачимо з графіка, швидко зрости до 100 мг/м3 і від. Цей рівень підтверджується фактичними результатами вимірів.
Зниження концентрації нікотину до значень 10 мг/м3 і нижче потребувало б надзвичайно високих витрат повітря.
Якість повітря, що відчувається
У 1988 р. П. Оле Фангер ввів поняття: «олф» (olf) — одиниця виміру для кількісної оцінки інтенсивності джерела забруднення повітря і «деципол» (decipol) — одиниця для кількісної оцінки якості повітря, що відчувається. Хімічний аналіз чистоти повітря може проводитися за окремими компонентами, такими як нікотин, тютюновий дьоготь (смола), окис вуглецю тощо, і гранично допустимі концентрації для людини можуть бути встановлені за цими компонентами. Однак тютюновий дим складається з декількох тисяч компонентів, і в повітрі приміщень можуть бути тисячі інших сполук низької концентрації, які важко виміряти, але які в сукупності можуть спричинити нездужання та дискомфорт.
Одиниці виміру забрудненості повітря визначено наступним чином:
Олф – один олф є нормою забруднення повітря (біонадходження) однією середньостатистичною людиною. Будь-яке інше джерело забруднень характеризується кількістю середньостатистичних людей, які викликають еквівалентну дію.
Деципол – один деципол є забруднення, викликане однією середньостатистичною людиною (1 олф) при нормі подачі 10 л/с незабрудненого повітря (1 деципол = 0,1 олф). Це показник дискомфорту, але не ризик для здоров’я.
Ці одиниці виміру перевірені на експериментах із великими групами людей. На підставі результатів цих експериментів отримані формули, що дозволяють визначити кількість людей у відсотках, незадоволених якістю повітря, забрудненого однією середньостатистичною людиною (1 олф) при вентиляції приміщення свіжим повітрям з різною витратою:
що можна перетворити на такий вид:
де q – Питома витрата повітря в л / с на 1 олф.
приклад.
Некурить людина може середньої активності виділяє за визначенням 1 олф.
Для деяких людей, що палять, ця величина дорівнює 25 олф. Оскільки не всі курці безперервно курять, середнє значення для людини, що курить, було визначено рівним 6 олф. Обчислення, наведені нижче, засновані на середній витраті 1,6 цигарок на годину та інтенсивності забруднення повітря 1,6/1,25. 6 олф = 7,7 олф.
Загальна інтенсивність забруднення повітря одним курцем і одним курцем дорівнює 8,7 олф. При питомій витраті повітря 8 л/с на особу загальна витрата повітря дорівнює 16 л/с. Це відповідає питомій інтенсивності вентиляції 1,84 л/(с. олф).
При питомій інтенсивності вентиляції 1,84 л/(с. олф) кількість осіб, незадоволених якістю повітря, дорівнює 47%.
Фізико-хімічний та сенсорний методи оцінки якості повітря
Дослідження, проведені голландськими фахівцями, показали, що результати аналізу тютюнового диму фізико-хімічними та сенсорними методами не можуть порівнюватися. Сенсорний метод чутливіший, особливо при низьких концентраціях. Якщо з тютюнового диму повністю видалити нікотин і 3-EP, якість повітря (у дециполах), що відчувається, зменшиться лише на 50 %.
Як згадувалося вище, тютюновий дим є складною сумішшю декількох тисяч компонентів. Отже, якість повітря, що відчувається, не пов’язана з окремими компонентами, що визначаються фізико-хімічними методами. Гідність сенсорного методу, тому полягає в тому, що якість цієї складної суміші, що відчувається, вимірюється як якість (з точки зору неприємного впливу) одного компонента.
На жаль, через високу вартість і більш менш суб’єктивної характеристики результатів сенсорний метод мало використовується на практиці.
Залежність між витратою повітря і якістю внутрішнього повітря (PPD), що відчувається, наведена на рис. 2.
ETSHI1 – Індекс шкоди тютюнового диму у навколишньому середовищі
ETSHI описано в Австралійському стандарті AS 1668.2 Supp 1-2002. Цей стандарт встановлює методи визначення ступеня ризику смерті від раку легень, ішемічної хвороби серця та сукупного ризику цих захворювань. Виважені зважені частинки (RSP) вибрані як індикатор концентрації та впливу тютюнового диму, наведені кількісні співвідношення для раку легень та ішемічної хвороби серця.
Індекс враховує загальну кількість осіб і кількість курців у приміщенні, тривалість щоденного впливу, кількість сигарет, що викурюються на годину однією людиною, витрата свіжого припливного та рециркуляційного повітря, ефективність фільтрів і потенційну можливість обробки повітря для видалення факторів, що сприяють ішемічній хворобі серця.
Індекс шкоди виражається числом смертних випадків за рік на мільйон осіб, схильних до впливу тютюнового диму. ISO/CD 16814 (ISO 2004) дає посилання на ETSHI, але так і не був включений до цього стандарту.
Приклад 2.
Наступний приклад відноситься до ресторану площею 100 м2, висотою стелі 3 м і числом посадкових місць рівним 50. відвідувачі, що палять, становлять 45%. Необхідна витрата повітря, обчислена за згаданими вище методиками, зазначена в табл. 2.
На додаток до обчисленої витрати повітря (м3/год) у таблицю поміщена кратність повітрообміну (ч-1), яка дає уявлення про відповідність умов повітрообміну у приміщенні вимог комфорту. Залежно від температури зовнішнього повітря та типу системи розподілу повітря величина кратності повітрообміну в межах 10-15 може розглядатися як гранична для забезпечення теплового комфорту в приміщенні. Очевидно, що кратність повітрообміну, необхідна для досягнення найвищої якості повітря, є нереальною.
Висновок
Нам слід суворо розрізняти проблему тютюнового диму «неприємний вплив» і «ризик здоров’ю», оскільки від цього залежить вибір різних технічних засобів. Якщо відправною точкою є «неприємна дія», то вибір між класами «А», «В» та «С» є тією чи іншою мірою питанням комфорту. Слід зазначити, що клас «А» недосяжний під час використання вентиляції з рециркуляцією. У цьому випадку гарним рішенням може стати вентиляція, що витісняє.
Якщо ризик для здоров’я є домінуючим принципом, то вибір має бути зроблений на користь вентиляції, що витісняє, з великою кратністю повітрообміну. В іншому випадку необхідно виділити окремі зони для людей, що палять і не палять.
Принципи повітророзподілу
Протягом кількох десятиліть основним видом вентиляції приміщень була вентиляція з перемішування повітря всередині приміщення. Це означає, що повітря надходить у кімнату так, що воно змішується з внутрішнім повітрям, розчиняє шкідливі домішки, знижуючи їхню концентрацію нижче певного рівня. Як правило, повітря надходить у приміщення і видаляється з нього через стельові дифузори та вентиляційні решітки. Великою перевагою таких систем є те, що припливні пристрої розміщуються на стелі, а на максимальній відстані від зони, що обслуговується, а температура і якість повітря мають рівномірний розподіл по всьому приміщенню. Недоліком є те, що шкідливі домішки поєднуються з внутрішнім повітрям і поширюються по всьому приміщенню.
В останнє десятиліття вентиляція, що витісняє, — дуже добре відома система повітророзподілу в промисловості — стала застосовуватися також і в будівництві для створення комфортних умов (рис. 3).
Свіже повітря надходить на рівень підлоги з нижчою температурою, ніж температура повітря всередині приміщення, і заповнює приміщення знизу. Забруднене повітря, яке нагрівається людьми в приміщенні, піднімається завдяки конвекції вгору, забираючи забруднення.
Це можна спостерігати по тютюновому диму, що піднімається над головою курця. Така технологія розподілу повітря докладно описана в довіднику REHVA Guidebook nr. 1 «Витисняюча вентиляція». Великою перевагою витісняючої вентиляції є те, що якість повітря в зоні, що обслуговується, вище, ніж якість повітря у верхній частині приміщення. При заданій кратності повітрообміну при тому самому витраті повітря витісняльна вентиляція може забезпечити істотно більш високу якість повітря, ніж змішувальна вентиляція.
Стратегія зонування
Приміщення, в яких дозволено куріння, повинні бути поділені на зони для курців та некурців. Вентиляцію та зонування приміщень слід розглядати спільно (рис. 4).
Декілька загальних правил:
Принцип вентиляції та зонування вимагає, щоб тютюновий дим практично не проникав у зону для некурців. Проте середня швидкість повітря у приміщенні, обумовлена вентиляцією, дуже низька. Для ефективного поділу зон мають бути вжиті деякі додаткові заходи. У довіднику вказано кілька типів перешкод: стіни, перегородки, повітряні завіси та їх комбінації.
Повітряні завіси
Повітряні завіси для відокремлення зони для курців від зони для некурців можуть бути частиною системи припливної вентиляції, але і звичайні повітряні завіси з рециркуляцією можуть бути також використані (рис. 5).
Цей варіант був досліджений у лабораторних умовах, застосований та випробуваний на практиці.
Використання повітряних завіс з рециркуляцією для поділу зон для курців та некурців було вивчено у дослідному проекті «Архітектура без тютюнового диму» на архітектурному факультеті Дельфтського технологічного університету. Нижче наводяться найважливіші висновки:
Влаштування систем вентиляції поза приміщенням
Якщо поряд з зоною для некурців знаходяться зони для курців або курильна кімната, то при проектуванні та експлуатації систем вентиляції повинні бути прийняті до уваги декілька аспектів для того, щоб за будь-яких обставин запобігти забрудненню зони для некурців.
Повинні бути розглянуті всі можливі шляхи, якими можуть поширюватися шкідливі домішки, такі як переміщення повітря з одного місця до іншого, перенесення повітря через систему вентиляції і навіть зовні будівлі.
Ці аспекти включають:
Очищувачі повітря
Правильно підібрані та обслуговуються очищувачі повітря можуть знизити концентрацію тютюнового диму в барах, клубах, ресторанах, казино та курильних кімнатах (рис. 7). Очищувачі повітря зменшують вміст пилу у внутрішньому повітрі та в системах витяжної вентиляції, знижуючи витрати на очищення систем. Якщо забезпечити очищувач повітря спеціальними фільтрами, можна зменшити забруднення повітря запахами і газоподібними домішками. Очищувачі повітря не здатні замінити вентиляцію, тому що вони не можуть видалити всі газоподібні шкідливі домішки та подати в приміщення свіже зовнішнє повітря, необхідне для дихання.
Очисники повітря можуть зменшити необхідну витрату повітря у системі вентиляції, якщо головним компонентом забруднень є мікрочастинки. Вони дозволяють також знизити витрати енергії на обробку повітря у системі вентиляції. Вони можуть бути розміщені в безпосередній близькості або біля джерела забруднень і можуть допомогти у боротьбі з пилом, пилком та загальним забрудненням навколишнього середовища.