Концентрация углекислого газа на рабочих местах не должна превышать: Нормы CO2 — допустимое содержание углекислого газа в помещениях – Нормы уровня углекислого газа (CO2) в помещениях

Оценка уровня углекислого газа в помещении с кондиционером / Даджет corporate blog / Habr

Есть прописные истины, знакомые любому человеку практически с рождения. Зимой холодно, а летом тепло. При дыхании потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Когда в помещении скапливается много углекислого газа, то становится душно, а чтобы в помещении стало находиться комфортнее — его нужно проветрить. Но при этом большинство людей склонно недооценивать влияние повышенной концентрации CO2 на здоровье и качество жизни. Об этом я и хочу поговорить в данной статье, а также показать, как влияет кондиционер на процесс очистки воздуха. И заодно представить обзор детектора уровня CO2, который помогает держать качество воздуха в помещении под контролем.

Содержание

• 1 Что нужно знать о CO2
• 2 Техническая информация
• 3 Внешний вид и принцип действия
• 4 Измерения
• 5 Домашняя автоматизация
• 6 Выводы

1. Что нужно знать о CO2

CO2 или углекислый газ — неотъемлемая часть любой воздушной смеси, содержание которого измеряется в миллионных долях (ppm — parts per million). Условно нормальный уровень CO2 в свежем уличном воздухе принято считать за 400ppm. Эта цифра непостоянна и зависит от конкретной локации — так, в экологически чистом районе с отсутствием промышленности и малой плотностью заселенности содержание углекислого газа в атмосфере может быть ниже среднего значения, а в густонаселенном мегаполисе, да еще с промышленными предприятиями практически наверняка будет выше среднего.

Воздух в помещении считается качественным, если содержание CO2 в нем колеблется в пределах 800ppm. При достижении концентрации углекислого газа 1000ppm у многих людей уже появляется ощущение духоты и вялости, а 1400ppm — предел нормы по рекомендациям Сан-Пина.

Опасным уровнем является 30000ppm — при достижении такой концентрации CO2 у человека учащается пульс, возникает ощущение тошноты и прочие симптомы кислородного голодания. Хорошая новость заключается в том, что «надышать» такую концентрацию углекислого газа практически невозможно в офисных и жилых помещениях даже очень низкого качества. Тем не менее, даже небольшие превышения допустимой концентрации CO2 способны существенно влиять на качество жизни. Уже при 1000ppm снижается концентрация внимания, появляется ощущение вялости, мозг начинает хуже обрабатывать информацию. При концентрации CO2 выше 1400ppm в офисе становится трудно концентрироваться на работе, а дома появятся проблемы со сном. Содержание СО2 зависит, в большей степени, от количества людей, находящихся в закрытом помещении.

«Управлять можно только тем, что можно измерить», писал основоположник современной теории управления Питер Друкер. И первый шаг к управлению микроклиматом помещения заключается в начале отслеживания его объективных показателей.

В этом-то нам и поможет детектор углекислого газа от компании Даджет.

2. Техническая информация

Название модели: Детектор СО2 (Mini Monitor СО2)
Диапазон измерения CO2: 0 — 3000 ppm

Диапазон измерения температуры: 0 — 50
Точность измерений: ±10% ppm, ±1,5°C
Вывод информации: ЖК-дисплей, светодиодные индикаторы
Потребление тока: до 200мА
Дополнительные функции: звуковой сигнал превышения концентрации CO2

3. Внешний вид и принцип действия

Детектор CO2 поставляется в картонной коробке, содержащей сведения о производителе и краткую памятку по влиянию повышенных концентраций углекислого газа на самочувствие человека.

Внутри находится сам прибор, инструкция на русском языке и USB-кабель. У детектора нет встроенного аккумулятора, поэтому работать он может только от внешнего источника питания: USB-порта компьютера или обычного зарядного устройства для смартфона.

Само устройство крупным планом. На передней панели находится экран и три индикационных светодиода, отображающих усреднённо результаты измерений: при концентрации CO2 ниже 800ppm светится зеленый светодиод, при 800-1200ppm — желтый, выше 1200ppm — красный. Значения интервалов действия индикаторов можно изменить в настройках.

Вообще, светодиодная индикация оказалась очень информативной вещью. Не нужно подходить к прибору и всматриваться в текущие значения показателей. Издалека видно, что если индикатор переключился с зеленого на желтый, то помещение можно уже и проветрить, а если он покраснел — проветривание желательно начать уже прямо сейчас.

На правом боку находится microUSB-порт и отверстие, через которое происходит забор воздуха для анализа.

Сзади отверстия для вентиляции, наклейка с технической информацией и две кнопки, которыми осуществляется настройка.

Сердцем устройства является датчик углекислого газа ZGm053UK, работающий по технологии NDIR (non-dispersive infrared radiation, недисперсионное инфракрасное излучение): в световодную трубку заходит поток воздуха и попадает под излучение инфракрасной лампы, а на другом конце трубки стоит инфракрасный детектор с соответствующим фильтром. Чем больше в воздушной смеси содержится CO2 — тем сильнее ослабевает инфракрасное свечение, что и позволяет датчику определить текущую концентрацию CO2.

Себестоимость NDIR-сенсоров выше, чем у аналогов с другим принципом работы (электрохимическим или электроакустическим), но при этом они имеют длительный срок службы и обеспечивают более точные результаты.

4. Измерения

Теперь испытаем детектор в работе. Место проведения измерений — Челябинск, двухкомнатная квартира в относительно тихом районе, окна выходят во двор.

Опыт №1. Знакомство с прибором

Первым делом я измерил концентрацию углекислого газа на улице, разместив детектор у открытого окна на 4 этаже.

Измерения показали 440ppm. Нормальный уровень содержания CO2 в атмосфере, напоминаю, составляет 400ppm. Ну что же, с поправкой на безветренную погоду и проживание в промышленном мегаполисе с традиционно проблемной экологией, 440ppm можно считать нормальным результатом.

Теперь измерим уровень CO2 в самой квартире, предварительно хорошо ее проветрив все комнаты.

Получилось 550ppm. Это отличный результат, воздух почти как на улице.

Но, забегая наперед, скажу: поддерживать такое качество воздуха на постоянной основе в квартире, не оснащенной продвинутыми системами вентиляции, практически невозможно.

Опыт №2. Длительные измерения

По ходу обзора я еще не упоминал, что детектор не только отображает моментальные значения концентрации CO2, но и способен работать в связке с компьютером.

Если установить специальную программу, то устройство будет фиксировать уровень концентрации CO2 и температуры в помещении с привязкой ко времени и строить график на основании этих показателей.

Дальнейшие измерения будем проводить при помощи этой программы.

Ночь с закрытыми окном и дверью. К утру концентрация CO2 в комнате подскакивает практически до 2000ppm.

Открываем створку окна на проветривание и смотрим на график. Примерно за 40 минут концентрация углекислого газа снижается с 2000ppm до здорового уровня 700ppm.

Вечер. Затихает естественный шум и становятся особенно слышны голоса отдыхающих во дворе компаний. Они мешают, поэтому закрываю окно.

За час концентрация CO2 повышается почти что вдвое, с 700ppm до 1300ppm.

Опыт №3. Суточный мониторинг

Теперь посмотрим, как меняется концентрация CO2 в помещении в течение одного полного дня.
Исходные данные: все та же двухкомнатная квартира, в которой одновременно находятся от одного до трех человек. Окно на кухне практически всегда открыто, окна и балконная дверь в комнатах открываются и закрываются в течение дня, межкомнатные двери закрываются на ночь.

Хорошо проветриваю комнату перед сном, закрываю окно и ложусь спать.

К полуночи концентрация CO2 уже превышена, но до пяти часов утра сохраняется на уровне, который с натяжкой можно назвать удовлетворительным. На временном промежутке с пяти до девяти утра концентрация CO2 повышается до 2000ppm. Кстати, это вполне коррелирует с личными ощущениями при сне с закрытым окном. Где-то в 5 утра я просыпаюсь в достаточно бодром состоянии, но поскольку еще слишком рано — остаюсь в кровати досыпать до звонка будильника. По звонку будильника в 7 утра просыпаюсь с тяжелой головой и в подавленном настроении, как будто и не спал всю ночь — к этому времени организм уже успевает надышаться «плохим» воздухом, что сказывается на самочувствии.

С 9 до 10 часов — проветривание. Открыты окна во всех комнатах, концентрация CO2 спадает с 2000ppm до 600ppm.

С 10 до 15 часов — окна в комнатах закрыты, на кухне открыта форточка. В квартире 1 человек. Концентрация CO2 в норме.

С 15 до 18 часов — открыты форточки во всех комнатах. В квартире 2 человека. Концентрация CO2 всё еще в норме.

С 18 до 21 часа — открыты форточки во всех комнатах. В квартире 3 человека. Концентрация CO2 начинает нарастать, форточки уже не спасают.

С 21 до 22-30 часов — проветривание с открытыми окнами. В квартире 3 человека. Концентрация CO2 приходит в норму, но начинает повышаться сразу же, стоит закрыть окна и оставить одни форточки для проветривания.

А теперь рассмотрим другой день с другим распорядком.

Ночью в комнате открыта форточка, концентрация CO2 немного превышена, но все же не растет до совсем диких величин.

С 8 до 14 часов — в квартире никого нет, межкомнатные двери открыты, во всех комнатах открыты окна. Концентрация CO2 спадает до уровня уличного воздуха.

С 14 до 18 часов — в квартире 2 человека, межкомнатные двери открыты, во всех комнатах открыты форточки. Концентрация CO2 уже не как на улице, но в пределах нормы.

С 18 часов и до утра — в квартире 3 человека, межкомнатные двери закрыты, форточки открыты. Концентрация CO2 немного превышена, но стабильна.

Вывод: если жить одному в двухкомнатной квартире, то о качестве воздуха можно практически не беспокоиться. Достаточно лишь иногда проветривать помещение. А вот при двух-трех обитателях на том же количестве квадратных метров для поддержания концентрации углекислого газа в нормальных пределах придется осуществлять проветривание практически круглосуточно.

Опыт №4. CO2 и кондиционер

Теперь посмотрим, что происходит в комнате при использовании кондиционера.
Исходные данные: проветренное помещение, но на улице жарко, а соответственно и в помещении тоже.

Закрываю окна чтобы воздух не уходил, включаю кондиционер.

В результате, за час работы кондиционера температура в комнате упала на несколько градусов, а концентрация CO2 возросла.

Подвох в том, что если не выходить из помещения на свежий воздух, то субъективно воздух в нем воспринимается как свежий и качественный просто за счет своей прохлады. И только цифры на приборе показывают реальную картину.

Кондиционирование не заменяет проветривания, поэтому сидя целый день в уютной и прохладной комнате можно незаметно для себя «надышать» концентрацию CO2 в 2000ppm, а то и больше. Особенно это актуально для офисов, где в одном небольшом помещении находятся сразу несколько человек. Широко распространено заблуждение, что раз для кондиционера монтируется отдельный воздуховод прямо на улицу, то кондиционер забирает уличный воздух, охлаждает его внутри себя и выпускает в помещение. На самом же деле воздуховод служит для выброса горячего воздуха из помещения на улицу, то есть работает как вытяжка. Причём такие кондиционеры встречаются далеко не везде. Обычная сплит система «гоняет» воздух в помещении по кругу, а по трубкам поступает охлаждённых хладагент.

Пользуясь кондиционером следует помнить о необходимости насыщать помещение свежим воздухом.

5. Домашняя автоматизация

В завершение обзора хочу отметить, что сфера применения детектора CO2 не ограничивается одним лишь проведением измерений и построением графиком на компьютере.

Это устройство можно использовать в проектах домашней автоматизации, причём сделать это можно двумя различными способами.

Первый способ — подключение силового реле к одному из индикационных светодиодов.

Принцип действия очевиден: при повышении концентрации CO2 в воздухе зеленый индикатор сменяется на желтый, при этом автоматически замыкается электронный ключ в реле, что в свою очередь включает подключенное к реле устройство (например, вентилятор приточной системы).

Второй способ — программный.

Поскольку детектор поддерживает передачу данных с датчика на компьютер по USB-протоколу, его можно внедрить в любую самодельную систему «умного дома», считывая показатели с датчика на головное устройство. А уже с головного устройства, на основании получаемых показателей, управлять другой подключенной к системе электроникой.

6. Выводы

Было интересно увидеть реальное состояние воздуха в своей квартире. С использованием детектора CO2 стало наглядно видно, что имеющаяся пассивная вентиляция малоэффективна, и если в теплое время еще можно держать окна открытыми практически круглосуточно (хотя и летом это не всегда удобно из-за уличного шума), то зимой это неосуществимо по причине быстрого остывания помещений. Появился повод задуматься о модернизации домашней вентиляции, да и о поддержании здорового микроклимата в помещении в целом. Кроме того, в ассортименте магазина имеется продвинутый монитор качества воздуха, обладающий более крупным дисплеем и позволяющий измерять помимо концентрации CO2 и температуры еще и относительную влажность воздуха. Скидка 10% предоставляется по промокоду GT-CO2 в течение 14 дней.

В одной из следующих статей будет описано, как подружить детектор СО2 с микрокомпьютером Raspberry Pi.

Автор: Дмитрий Чебанько, г. Челябинск

Блогерам и авторам

Компания «Даджет» заинтересована в публикации независимых объективных обзоров наших даджетов. Мы с радостью предоставим даджеты авторам, желающим протестировать их, написать и опубликовать обзор в нашем блоге. Даджет после написания обзора остается у автора. Подробнее.

причины повышения, нормы, контроль за концентрацией.

Углекислый газ — результат дыхательных процессов каждого живого существа на земле. Человек выдыхает его, растения используют для фотосинтеза. В замкнутых (не проветриваемых) помещениях наличие большого количества людей ускоряет процесс насыщения углекислотой. Высокий процент содержания углекислоты влияет на работоспособность и состояние организма.

Содержание страницы

Причины повышения в помещении

Причиной появления углекислоты в городах могут стать ТЭЦ и котельные. Кроме газов, поступающих через окна, большое количество диоксида углерода образуют курильщики и газовые плиты.

Такая проблема чаще встречается в домах, где находится много людей, а также в слабо проветриваемых комнатах. Школы, спортзалы, офисы — не исключение. Каждый человек в процессе дыхания образует двуокись углерода, именно поэтому воздух должен регулярно обновляться.

За 1 час взрослый человек образует около 20 л. диоксида углерода. За сутки через легкие проходит около 0,5 кубических метров CO₂. При активных физических нагрузках показатель увеличивается до 35 л. в час.

Обьем выдыхаемой углекислоты:

• Сон ∼ 18 л./час
• Отдых и легкая работа ∼ 20 л./час
• Обычная работа ∼ 25 л./час
• Тяжелая работа ∼ 35 л./час

Чтобы избежать чрезмерного накопления CO₂ в замкнутых пространствах, необходимы вытяжки и регулярное проветривание комнаты. Кто-то совсем не обращает внимания на вентиляцию в своей квартире, со временем решетка засоряется и не может обеспечить квартиру свежим воздухом.

Во время проведения регулярных проверок, значение на улицах России в среднем не опускалось ниже 450 ppm. Превышение углекислого газа в городах объясняется выхлопами транспорта, а также выбросами котельных и промышленности. В школах нормы превышены, и показатель составляет в среднем 1500ppm.

Неудивительно, ведь много детей в одном месте создают активный поток углекислоты. В офисах такая же ситуация, как и во многих школах, много работников в одном месте, отсутствие вытяжки и пренебрежение проветриванием.

Нормы в помещениях

Газ СО₂ присутствует везде, где находятся люди. Концентрация характеризуется обозначением ppm (ppm — parts per million). Согласно документу «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях», ГОСТу 30494-2011, санитарная норма углекислого газа в помещении колеблется от 600 ppm до 1000 ppm (максимально допустимая отметка — 1500 ppm).

В школах придерживаются других норм, оптимальной отметкой считается 600. Однако, не во всех учебных заведениях соблюдают эти нормы. Недавние эксперименты по всей России показали, что в среднем показатель колеблется от 1500 до 2500 единиц измерений, что является недопустимым.

Рассмотрим пример, в закрытой аудитории сидят 25 студентов и преподаватель. За полтора часа (1 час 20 минут ± 10 минут на перемены) 26 человек выдохнут 0,78 м³ углекислоты в аудиторию (0,02 м³/ч на 1 человека). Объем аудитории возьмем, к примеру, равным 280 м³. В процентном соотношении вычислим объем занимаемый газом CO₂ — 0,2786 %. Переведя в количество частей на миллион получим 2786 ppm.

Результатом таких пренебрежений может стать плохая успеваемость и упадок сил. Чтобы узнать, что в школе превышено содержание, обратите внимание на здоровье ребенка. Если он чихает и болеет чаще, чем обычно, то необходимо узнать о качестве воздуха в учебном заведении.

Для офисов существуют свои правила. Предельно допустимая концентрация углекислого газа в помещении — 1500ppm. В офисах проблема актуальна в течение всего года, но особенно опасна во время зимы. В это время окна открываются на проветривание редко, а концентрация не уменьшается.

Приведем нормы концентрации:

• 400ppm = 0,04 % — за городом;
• 600ppm= 0,06 % — дом, жилое помещение;
• 1000ppm = 0,1 % — в офисе, производственном зале.

Установлено, что качество воздуха в спальне влияет на сон прямым образом. Воздух важен для сна больше, чем продолжительность.

Последствия повышенного содержания в помещении

Обращать внимание на проблему стоит при первых признаках. Первый симптом — ощущение жары. Ощущение духоты говорит о том, что содержание диоксида углерода в воздухе уже превышено.

Когда концентрация двуокиси углерода в комнате превышена, человек чувствует себя уставшим. СО₂ в доме может послужить причиной головных болей и слабости. При особо высоком содержании становится токсическим.

Высокая концентрация углекислого газа в воздухе может оказывать негативное действие на человека и стать причиной патогенеза. Первый признак, что содержание превышено — усталость и вялость. Симптоматические признаки приведены в соответствии с показателями приборов.

• < 600 — хорошие показатели, отличное самочувствие и бодрость;
• 600 — 1000 — средний показатель, возникают жалобы на несвежий воздух;
• 1000 — 2500 — ощущается вялость, духота;
• 2500 — 5000 — воздух низкого качества, повышенная вялость, понижение внимания;
• 30000 – небольшое отравление, повышается пульс и увеличивается частота дыхания;
• 50000 – добавляются сильные головные боли, рвотные рефлексы, понижение восприятия окружающей действительности;
• 100000 – потеря сознания и смерть.

Читайте также: К чему приводят выбросы углекислого газа.

Понижение и контроль над концентрацией в помещениях

Не стоит бороться с повышенной концентрацией диоксида углерода методами установки кондиционера. Кондиционеры и вентиляторы только охлаждают воздух, но не уменьшают концентрацию CO₂. Если вы все же решите использовать кондиционер, то обязательно открывайте окна на проветривание.

Чтобы работники чувствовали себя хорошо, а работа приносила удовольствие, за показателями содержания углекислоты в воздухе нужно следить. Это в дальнейшем окажет положительное влияние на результаты работы. Для мониторинга концентрации используются измерители CO₂.

Анализатор углекислого газа

Существуют датчики и газоанализаторы, которые помогут зафиксировать результаты с минимальной погрешностью. Их приобретение поможет вам с контролем над концентрацией двуокиси углерода.

Заключение

Важно следить за показателями углекислого газа. Большие концентрации углекислого газа в воздухе оказывают негативное влияние на здоровье. Высокие доли содержания диоксида углерода вредны. Вместе с повышенной концентрацией двуокиси углерода повышается давление, и ухудшается самочувствие. Старайтесь в помещении не превышать 1500 ppm, чтобы исключить проблемы со здоровьем и препятствовать возникновению аллергии.

Нормативы содержания углекислого газа — Экобаланс

Углекислый газ- нормативы у нас и в Европе

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 СО2 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 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. 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 СО2), 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 м3 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 м3, а именно: 44 х 0,01339 = 0,589 г. Концентрация, соответственно, равна 589 мг/м3. В таких количествах углекислый газ необходим для жизнедеятельности человека. По ГОСТ 8050-85 «Двуокись углерода газообразная и жидкая. Технические условия» [1] плотность газообразной двуокиси углерода составляет 1,839 кг/м3, 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 СО2 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 СО2 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» [2] 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 СО2 поднимался до 900 ppm (0,09 % об.). Погуляв несколько часов эту концентрацию и без приборов ощутит на себе каждый в виде головной боли.Таблица 1

Единицы измерения концентраций газов и их
взаимный пересчет

Сх мг/м3 % (об.) ppm,
см3/м3

(частей на миллион)

Са

мг/м3 1 8312,6•10-4СаТ / М Р 8312,6 СаТ / М Р

% (об.) 0,12•101Са
М Р/Т 1 104 Са

ppm, см3/м3

(частей на миллион) 0,12•10-3Са М Р / Т 10-4
Са 1

Примечание:

Са
– числовое значение концентрации в заданных единицах;

Сх
– 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 СО2 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.) СО2, 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 [3] в 2006 году введена максимально разовая ПДК равная 13 790 ppm (27 000 мг/м3) и среднесменная 4 597 ppm (9 000 мг/м3) для воздуха рабочей зоны производственных помещений. Для сравнения: в США эти цифры составляют 30 000 ppm (58 740 мг/м3) и 5 000 ppm (9 790 мг/м3), соответственно. В шахтах [4, 5] на рабочих местах допускается концентрация 0,5 % (об.) или 5 000 ppm. В соответствии с ГОСТ 8050-85 [1] «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» [6], СанПиН 2.1.2.1002-00 «Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям» [7] 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 [8, с. 37] приводится расчет требуемого воздухообмена на разбавление СО2 одним человеком.

Европейский стандарт 2004 года [2] 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 СО2, как индикатора, в воздухе помещений над наружным воздухом (табл. 2).Таблица 2

Категория помещения Превышение уровня СО2 в помещении
над его

содержанием в наружном воздухе, ppm

Типичный диапазон Задаваемое значение

IDA 1

IDA 2 400–600 500

IDA 3 600–1
000 800

IDA 4 ?1000 1 200

Зная местонахождение здания (сельская местность, город) и уровень концентрации СО2 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: NOx, SO2, 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 [2] 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/м3) 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» [9] для железнодорожных вокзалов и СанПиН 2.5.1.051-96 «Условия труда и отдыха для летного состава гражданской авиации» [10] для кабин воздушных судов. Зная выделение СО2 одним человеком в офисе – 18 л/ч (0,005 л/с) или 35 200 мг/ч по формуле (Л.2) СНиП 41-01-2003 [6] требуемый расход приточного воздуха для одного человека равен

L = 35 200 / (1 958 – 589) = 25,7 м3/ч.

В единицах л/с и ppm L = [0,005 / (1000 –
300)] х 106 = 7,14 л/с.

Первым отечественным документом, в котором предпринята попытка регламентировать содержание СО2 в наружном и внутреннем воздухе, является стандарт АВОК «Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена» [11]. В качестве рекомендуемой справочной предлагается предельно допустимая концентрация в наружном воздухе: сельская местность – 332 ppm (650 мг/м3), малые города – 409 ppm (800 мг/м3), большие города – 511 ppm (1 000 мг/м3). Верхний допустимый предел концентрации СО2 в помещениях жилых и общественных зданий не должен превышать концентрацию в наружном воздухе на 638 ppm (1 250 мг/м3). В этом случае требуемый воздухообмен на 1 человека составит 28 м3/ч.

В результате последних исследований, проведенных индийскими учеными в городе Калькутта [12], было выяснено, что так же, как NO2, СО2 является потенциально токсичным для человека даже в низких концентрациях, принимая во внимание его воздействие на клеточную мембрану и биохимические изменения, такие, как увеличение напряжения CO2 в крови, увеличение концентрации ионов бикарбоната в крови и моче, ацидоз и т. д. Для выявления того, как влияет уровень СО2 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 СО2 – 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 СО2 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 СО2 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 [13, 14], 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 [15] 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 СО2, 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 СО2 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 СО2, 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 СО2 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, NO2, аллергены и СО2. В результате данных исследований были сделаны выводы о том, что самым важным фактором, влияющим на возникновение приступов астмы у детей, является только уровень концентрации СО2.

Принимая допустимую концентрацию СО2 в наружном воздухе мегаполиса 450 ppm, а оптимальную во внутреннем воздухе 800 ppm требуемый воздухообмен на 1 человека составит

L = [0,005 / (800 – 450)] • 106 = 14,29
л/с = 51,4 м3/ч.

Реально концентрация в наружном воздухе может быть еще выше, а внутри помещения могут быть другие источники выделения СО2, например при приготовлении пищи. При разности содержания СО2 в наружном и внутреннем воздухе 100 ppm требуемый воздухообмен составит 180 м3/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 [16]. 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 [17]: «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 СО2 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 СО2 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 СО2 при ее выработке. Выход из ситуации заключается в достижении разумного оптимума между количеством приточного наружного воздуха и требуемой очисткой от углекислого и других газов.

Оцените статью:

[Всего голосов: 1    Средний: 5/5]

Влияние концентрации углекислого газа на организм человека

 

Дыхание — физиологический процесс, гарантирующий течение метаболизма. Для комфортного существования человек должен дышать воздухом, состоящим из 21,5% кислорода и 0,03 – 0,04% углекислого газа. Остальное заполняет двухатомный газ без цвета, вкуса и запаха, один из самых распространённых элементов на Земле – азот.

Таблица 1.

Параметры содержания кислорода и углекислого газа в различных средах [2]

Среда	О2	СО2
Атмосферный воздух, %	20,9	0,03
Выдыхаемый воздух, %	16,4	4
Альвеолярный воздух, мм рт. ст. (парциальное давление)	105-110	40
Артериальная кровь, мм рт. ст.	100	40
Венозная кровь, мм рт. ст.	40	46
Ткани:межтканевая жидкость, мм рт. ст.клетки, мм рт. ст.	20-400,1-10,0	46-6060-70

При концентрации углекислого газа выше 0,1% (1000 ppm [parts per million]) возникает ощущение духоты: общий дискомфорт, слабость, головная боль, снижение концентрации внимания.Также увеличивается частота и глубина дыхания, происходит сужение бронхов, а при концентрации выше 15% — спазм голосовой щели. При длительном нахождении в помещениях с избыточным количеством углекислого газа происходят изменения в кровеносной, центральной нервной, дыхательной системах, при умственной деятельности нарушается, восприятие, оперативная память, распределение внимания.

Существует ошибочное мнение, что это проявления нехватки кислорода. На самом деле, это признаки повышенного уровня углекислого газа в окружающем пространстве.

В то же время углекислый газ, необходим организму. Парциальное давление углекислого газа влияет на кору головного мозга, дыхательный и сосудодвигательный центры, углекислый газ также отвечает за тонус сосудов, бронхов, обмен веществ, секрецию гормонов, электролитный состав крови и тканей. А значит, опосредованно влияет на активность ферментов и скорость почти всех биохимических реакций организма.

Уменьшение содержания кислорода до 15% или увеличение до 80% не существенно влияет на организм. В то время как на изменение концентрации углекислого газа на 0,1% оказывает существенное негативное воздействие. Отсюда можно сделать вывод о том, что углекислый примерно в 60-80 раз важнее кислорода.

Таблица 2.

В зависимость количества выделяемого углекислого газа от вида деятельности человека [1]

СО2 л/час	Деятельность
18	Состояние спокойного бодрствования
24	Работа за компьютером
30	Ходьба
36	Легкая физическая нагрузка
32-43	Работа по дому

Современный человек очень много времени проводит в помещении. В условиях сурового климата люди пребывают на улице всего 10 % своего времени.

В помещении концентрация углекислоты растет быстрее, чем понижается концентрация кислорода. Данную закономерность можно проследить по графикам, полученным опытным путем в одном из школьных классов

Рисунок 1. Зависимость уровня углекислого газа и кислорода от времени [1].

Уровень углекислого газа в классе во время урока (а) постоянно растет. (Первые 10 минут — настройка приборов, поэтому показания скачут.) За 15 минут перемены при открытом окне концентрация СО₂ падает и затем снова растет. Уровень кислорода (б) практически не меняется.

При концентрации углекислого газа внутри помещения выше 800 — 1000 ppm, люди, работающие там, испытывают синдром больного здания (СБЗ), а здания носят наименование «больные». Уровень примесей, которые могли бы вызвать раздражение слизистых оболочек, сухой кашель и головную боль растет значительно медленнее, чем уровень углекислого газа. А когда в офисном помещении его концентрация опускалась ниже 800 ppm (0,08%), то и симптомы СБЗ становились слабее. Проблема СБЗ стала актуальна после появления герметичных стеклопакетов и низкой эффективности принудительной вентиляции из-за экономии электроэнергии. Бесспорно, причинами СБЗ могут выступать выделения строительных и отделочных материалов, споры плесени и т д. при ненадлежащей вентиляции концентрация этих веществ будет расти, но не так быстро, как концентрация углекислоты.

Таблица 3.

Как разные количества углекислого газа в воздухе влияют на человека [1]

Уровень СО2, ррm	Физиологические проявления
380-400	Идеальный для здоровья и хорошего самочувствия человека.
400-600	Нормальное качество воздуха.Рекомендовано для детских комнат, спален, школ и детских садов.
600-1000	Появляются жалобы на качество воздуха. У людей, страдающих астмой могут учащаться приступы.
Выше 1000	Общий дискомфорт, слабость, головная боль. Концентрация внимания падает на треть. Растет число ошибок в работе. Может привести к негативным изменениям в крови. Может вызывать проблемы с дыхательной и кровеносной системами.
Выше 2000	Количество ошибок в работе сильно возрастает. 70 % сотрудников не могут сосредоточиться на работе.

Проблема повышенного уровня углекислого газа в помещении существует во всех странах. Ей активно занимаются в Европе США и Канаде. В России нет жестких норм на содержание в помещениях углекислого газа. Обратимся к нормативной литературе. В России норма воздухообмена не менее 30 м³/ч [3]. В Европе – 72 м³/ч [5].

Рассмотрим, как были получены данные цифры:

Главный критерий – это объем углекислого газа, выделяемый человеком. Он, как было рассмотрено ранее, зависит от вида деятельности человека, а также от возраста, пола и т. д. Большинство источников рассматривают 1000 ppm как предельно-допустимую концентрацию углекислоты в помещении для длительного пребывания.

Для расчётов будем использовать обозначения:

•         V — объем (воздуха, углекислого газа, и т.д.), м³;
•         V_k — объем комнаты, м³;
•         V_СО2 — объем СО₂ в помещении, м³;
•         v — скорость газообмена, м³/ч;
•        v_в — «скорость вентиляции», объем воздуха, подаваемого в помещение (и удаляемого из него) за единицу времени, м³/ч;
•         v_d — «скорость дыхания», объем кислорода, замещаемого углекислым газом в единицу времени. Коэффициент дыхания (неравность объема потребляемого кислорода и выдыхаемого углекислого газа) не учитываем, м³/ч;
•         v_СО2 — скорость изменения объема СО₂ , м³/ч;
•         k – концентрация, ppm;
•         k(t) — концентрация СО₂ от времени, ppm;
•         k_в — концентрация СО₂ в подаваемом воздухе, ppm;
•         k_max — максимально допустимая концентрация СО₂ в помещении, ppm;
•         t – время, ч.

Найдем изменение объема СО₂ в помещении. Оно зависит от поступления СО₂ с приточным воздухом из системы вентиляции, поступления СО₂ от дыхания и удаления загрязненного воздуха из помещения. Будем считать, что СО₂ равномерно распределяется по помещению. Это значительное упрощение модели, но дает возможность быстро оценить порядок величин.

dV_СО2(t) = dV_в * k_в + v_d * dt — dV_в * k(t)

Отсюда скорость изменения объема СО₂:

v_СО2(t) = v_в * k_в + v_d — v_в * k(t)

Если человек вошел в помещение, то концентрация СО₂ будет расти до тех пор, пока не придет к равновесному состоянию, т.е. удаляться из комнаты будет ровно столько, сколько поступила с дыханием. То есть скорость изменения концентрации будет равна нулю:

v_в * k_в + v_d — v_в * k = 0

Установившаяся концентрация будет равна:

k = k_в + v_d / v_в

Отсюда легко выяснить необходимую скорость вентиляции при допустимой концентрации:

v_в = v_d / (k_max – k_в)

Для одного человека с v_d = 20л/час (=0.02 м³/ч), k_max = 1000ppm (=0.001) и чистым воздухом за окном с v_в = 400ppm (=0.0004) получим:

v_в = 0.02 / (0.001 — 0.0004) = 33 м³/ч.

Мы получили цифру, данную в СП. Это минимальный объем вентиляции на человека. Она не зависит от площади и объема комнаты, только от «скорости дыхания» и объема вентиляции. Таким образом, в состоянии спокойного бодрствования концентрация СО₂ вырастет до 1000 ppm, а при физической активности будет превышение норм.

Для других значений k_max объем вентиляции должен быть:

Таблица 4.

Требуемый воздухообмен для поддержания заданной концентрации СО₂

Концентрация СО2, ppm	Требуемый воздухообмен, м3/ч
1000	33
900	40
800	50
700	67
600	100
500	200

Из этой таблицы можно найти требуемый объем вентиляции при заданном качестве воздуха.

Таким образом, воздухообмен 30 м³/ч, принятый нормативным в России не позволяет чувствовать себя комфортно в помещении. Европейский стандарт воздухообмена 72 м³/ч позволяет одерживать концентрацию углекислого газа, не влияющую на самочувствие человека.

Обеспечение требуемого состава шахтного воздуха

Качественный состав шахтного воздуха определяется объемной долей кислорода, которая не должна быть ниже 20%, объемной долей вредных и ядовитых (токсичных) газов и запыленностью воздуха — содержанием угольно-породной пыли в воздухе горных выработок.

Снижение содержание кислорода в воздухе приводит к уменьшению степени насыщения крови кислородом, что при содержании кислорода ниже 17% уже не компенсируется частотой дыхания и вызывает гипоксию — выраженное кислородное голодания клеток коры головного мозга, приводящее при содержании кислорода ниже 12% к необратимым изменениям в коре головного мозга или смертельному исходу. Причинами уменьшения содержания кислорода в шахтном воздуха являются окислительные процессы, растворение кислорода шахтными водами, дыхание людей, поступление в воздух добавочных количеств азота, замещение кислорода выделяющемся метаном СН₄ или диоксидом углерода СО₂ (в дальнейшем также углекислого газа), в том числе аварийное при газодинамических явлениях, приводящее к гипоксии[1], а также снижение кислорода при взрывах метана и угольной пыли и в процессе пожара в результатате протекания экзотермических реакций окисления[2].

На газовых шахтах требование к максимально допустимым концентрациям метана обусловлено предотвращению создания взрывоопасных метановоздушных смесей[3].

Углекислый газ в небольших количествах необходим для стимуляции дыхания. Вдыхание воздуха, содержащего 6% углекислого газа, вызывает одышку и слабость, при 10% возможно обморочное состояние и только при 20-25% — смертельное отравление и (или) удушающее действие — проявление гипоксии. Содержание углекислового газа не должно превышать: на рабочих местах и в исходящих струях участков и тупиковых выработках — 0,5%, в выработках с исходящей струей крыла, горизонта и шахты в целом — 0,75%, а при проведении выработки по завалу — 1%.

В шахтном воздухе могут содержаться следующие ядовитые газы: оксид углерода СО, образующийся при взрывных работах, работе дизельных двигателей, взрывах и пожарах, окислы азота NO, NO_2, N₂O₄ и N₂O₅, образующиеся при взрывных работах; сернистый ангидрид SO₂, выделяется из горных пород, образуется при взрывных работах и пожарах; сероводород H₂S, выделяется из горных пород и минеральных источников, образуется при гниении, пожарах и взрывных работах; аммиак NH₃, образуется при взрывных работах и тушении горящего угля водой; пары мышьяка As, ртути Hg, цианистого водорода HCN, могут образовываться при взрывных работах; акролеин и альдегиды, образуются при работе дизельных двигателей, а также компрессорные газы пневмосети.

Содержание основных ядовитых газов в действующих выработках шахт не должно превышать предельно допустимых концентаций (ПДК), приведенных в таблице 4.1.

Таблица 4.1 — Предельно допустимая концентрация ядовитых газов

Вредные газа	Предельно допустимая концентрация газа в действующих выработках
	По объему, %	мг/м3
Оксид углерода (СО)	0,00170	20
Оксиды азота (в перерасчете на NО2)	0,00025	5
Диоксид азота (NO2)	0,00010	2
Сернистый ангидрид (SO2)	0,00038	10
Сероводород (H2S)	0,00071	10

При ведении взрывных работ для пересчета ядовитых газов на условный оксид углерода 1 л диоксида азота принимается эквивалентным 6,5 л оксида углерода и каждый 1 л сернистого ангидрида или сероводорода — 2,5 л оксида углерода. Перед допуском людей в забой после взрывных работ объемная доля ядовитых газов не должна превышать 0,008% при пересчете на условный оксид углерода. Такое разрежение ядовитых газов должно достигаться не более чем за 30 мин после взрывания.

В химически зараженных районах, в особенности на шахтах Центрального района Донбасса, возможно проникновение в горные выработки сильнодействующих ядовитых веществ. Заражение горных выработок обусловлено, главным образом, двумя процессами природного и техногенного происхождения: накоплением токсичных веществ в геологических структурах шахтного поля и переносом свободно содержащихся в трещинах и порах и сорбированных на поверхности пор токсичных веществ подземными водами, приток которых обычно возрастает при образовании трещин сдвижения пород после подработки и надработки. В местах выхода зараженных вод в горные выработки возможно испарение ряда токсичных веществ. Как показывает негативный опыт работы некоторых шахт Центрального района, это может вызвать насыщение рудничного воздуха до концентраций, превышающих ПДК.

Главным способом обеспечения нормального качества воздуха является проветривание горных выработок, обеспечивающее снижение концентрации газов и вынос их из рабочих мест в общеисходящие струи и на поверхность. Необходимый расход воздуха для проветривания определяется в соответствии с Руководством по проектированию вентиляции угольных шахт (ДНАОП 1.1.30-6.09.-93).

Контроль за содержанием вредных и опасных газов осуществляется службой ВТБ, инженерно техническим персоналом и ГВГСС в соответствии с Инструкцией по контролю состава рудничного воздуха, определению газообильности и установлению категорий шахт по метану (ДНАОП 1.1.30-5.19.-96).

Для измерения наличия и объемной доли метана и диоксида углерода применяются шахтные интерферометры ШИ-10, ШИ-11 и ШИ-12.

Экспресс анализ газового состава атмосферы на СО, СО₂, NO+NO₂, SO₂, H₂S выполняется при помощи химических трубок-газоопределителей типа ГХ-4. Для определения содержания кислорода применяют трубку ГХ-М, влажности воздуха трубку ГХ (Н₂О), а для концентрации токсичных веществ органического ряда (бензола, метанола и др.) трубки ГХ-О. Определение осуществляется путем калибровочного протягивания воздуха сильфонным аспиратором АМ-5.

Для непрерывного контроля за микроконцентрациями оксида углерода с записью на ленте самописца применяется стационарная автоматическая аппаратура «Сигма СО».

Более точное определение состава воздуха, в том числе на другие газы и вредные вещества производится ГВГСС при плановом контроле и в аварийном режиме с помощью портативных приборов непосредственно в горных выработках или по отбираемым пробам воздуха в лабораторных условиях.

Борьба с пылью на шахтах ведется в двух направлениях: комплексного обеспыливания воздуха с целью предупреждения заболеваниями пылевой этиологии, а на шахтах опасных по взрывчатости угольной пыли также для предупреждения взрывов метана и угольной пыли.

Нормируются предельно допустимые концентрации (ПДК) угольно-породной пыли в зависимости от содержания свободного диоксида кремния SO₂ (таблица 4.2).

Таблица 4.2 — Предельно допустимые концентрации пыли угольных шахт

Качественная характеристика пыли	Содержание свободного диоксида кремния в пыли, %	Предельно допустимая концентрация, мг/м3 по общей массе)
Породная, углепородная	От 10 до 70	2
Углепородная, угольная	От 5 до 10	4
Антрацитовая	До 5	6
Пыль каменных углей	До 5	10

Для отбора проб воздуха при определении его запыленности весовым методом применяется аспиратор АЭРА. Отбираемая проба воздуха, фиксируемого количества, просасывается через стеклянную пылевую трубку-алонж, заполненную гигроскопичной ватой с последующим взвешиванием трубки для определения массы пыли. По массе пыли и количеству просасываемого воздуха производится расчет его запыленности.

[1] Более подробно об аварийном снижении содержание кислорода при ГДЯ и особенностях проявления гипоксии рассмотрено в подразделе 22.2.

[2] Некоторые аспекты взрывного горения пылеметановоздушных смесей рассматриваются в подразделах 19.1 и 19.2.

[3] Основные требования к газовому режиму изложены в подразделе 19.3.

Мониторинг углекислого газа и качество воздуха в помещении | C.O.K. archive | 2019

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.

8. Гигиеническое значение двуокиси углерода как

санитарного показателя загрязненности воздушной

среды различных помещений.

На загрязненность воздуха может указывать изменение различных пара­метров. Так, при пребывании в помещении людей через некоторое время можно выявить следующие изменения:

Увеличение концентрации углекислого газа Увеличение микробной обсемененности Увеличение концентрации антропотоксинов Увеличение концентрации тяжелых ионов Увеличение влажности воздуха Увеличение содержания пыли Уменьшение числа легких ионов Снижение концентрации кислорода

Уменьшение охлаждающей способности воздуха (повышение температуры) 54

Однако, основным косвенным показателем загрязненности воздух жилых помещений служит углекислый газ (точнее его концентрация в воздухе).

При нахождении в помещении людей концентрация углекислого газа по­степенно увеличивается, так как выдыхаемый воздух содержит повышенное его количество.

Концентрация углекислого газа выражается в процентах (%) и промилях (/<«>). 1 промиля (17~) — это количество мл газа в 1 л воздуха.

Как известно, концентрация углекислого газа в атмосферном воздухе со­ставляет приблизительно 0.04 % (0.4 °/~).

ПДК углекислого газа в воздухе жилых помещений равна:

• 0.07 % (0.7 %») — для «чистых» помещений (больничных) — операцион­ных, палат, перевязочных и тд.

• 0.1 % (1 %«) — для обычных жилых помещений.

Нормирование содержания углекислого газа в воздухе связано с тем, что при увеличении его концентрации он оказывает неблагоприятное действие на человека. Так, при возрастании концентрации углекислого газа во вдыхаемом воздухе до 2 % и более он оказывает токсическое действие, при концентра­ции — 3-4 % — сильное токсическое действие, а концентрация 7-8 % является летальной.

По углекислому газу рассчитывают необходимую’ величину вентиляции (см. следующий вопрос).

9. Гигиенические требования к вентиляции раз­личных помещений. Воздушный куб. Нормы воз­духообмена.

Сколько воздуха нужно человеку для нормального существования?

Вентиляция помещений обеспечивает своевременное удаление избытка углекислого газа, тепла, влаги, пыли, вредных веществ, в общем, результатов различных бытовых процессов и пребывания в помещении людей.

Виды вентиляции.

1) Естественная. Заключается в естественном воздухообмене между по­мещением и внешней средой за счет разницы температур внутреннего и на­ружного воздуха, ветра и тд.

Естественная вентиляция может быть:

1. Неорганизованная (путем фильтрации воздуха через щели)

2. Организованная (через открытые форточки, окна и тд) — проветри­вание.

2) Искусственная.

1. Приточная — искусственная подача наружного воздуха в поме­щение.

2. Вытяжная — искусственная вытяжка воздуха из помещения.

3. Приточно-вытяжная — искусственный приток и вытяжка. По­ступление воздуха происходит через приточную камеру, где он обогревается, фильтруется и удаляется через вентиляцию.

Общий принцип вентиляции заключается в том, что

• В грязных помещениях должна преобладать вытяжка (чтобы исключить самопроизвольное поступление грязного воздуха в со­седние помещения)

• В чистых помещениях должен преобладать приток (чтобы в них не поступал воздух из грязных помещений).

Как определить, сколько чистого воздуха должно поступать в помещение в час на одного человека, чтобы вентиляция была достаточной?

Количество воздуха, которое необходимо подать в помещение на одного человека в час называется объемом вентиляции.

Он может быть определен по влажности, температуре, но точнее всего определяется по углекислому газу.

Методика:

В воздухе содержится 0.4 °А= углекислого газа. Как уже упоминалось, для помещений, требующих высокого уровня чистоты (палаты, операционные), допускается содержание углекислого газа в воздухе не более 0.7 А° в обыч­ных помещениях допускается концентрация до 1 °А».

При пребывании в помещении людей количество углекислого газа уве­личивается. Один человек выделяет приблизительно 22.6 л углекислого газа в час. Сколько же нужно подать воздуха на одного человека в час, чтобы эти 22.6 литра разбавить так, чтоб концентрация углекислого газа в воздухе по­мещения не превысила бы 0.7 А- или 1 А»?

Каждый литр подаваемого в помещение воздуха содержит 0.4 А» углеки­слого газа, то есть каждый литр этого воздуха содержит 0.4 мл углекислого газа и таким образом может еще «принять» 0.3 мл (0.7 — 0.4) для чистых по­мещений (до 0.7 мл в литре или 0.7 А° ) и 0.6 мл (1 — 0.4) для обычных по­мещений (до 1 мл в литре или 1 °А. ).

Так как каждый час 1 человек выделяет 22.6 л (22600 мл) углекислого газа, а каждый литр подаваемого воздуха может «принять» указанное выше число мл углекислого газа, то количество литров воздуха, которое необходи­мо подать в помещение на 1 человека в час составляет

1) Для чистых помещений (палаты, операционные) — 22600 / 0.3 = 75000 л = 75 м³ . То есть, 75 м³ воздуха на каждого человека в час долж­но поступить в помещение для того чтобы концентрация углекислого газа в нем не превысила 0.7 А=.

2) Для обычных помещений — 22600 / 0.6 = 37000 л = 37 м³. То есть, 37 м воздуха на каждого человека в час должно поступить в поме­щение, для того чтобы концентрация углекислого газа в нем не превысила

1 /оо.

Если в помещении находится не один человек, то указанные цифры ум- ‘ ножаются на количество человек.

Выше было подробно объяснено, как находится величина вентиляцион­ного объема прямо на конкретных цифрах, вообще же нетрудно догадаться, что общая формула выглядит следующим образом:

L = (К * N) / (Р — Р,) = (22.6 л * N) / (Р — 0.4%.) где

L — объем вентиляции (м )

К — количество углекислого газа, выдыхаемого человеком за час (л)

N — число людей в помещении

Р — максимально допустимое содержание углекислоты в помещении (А»)

Pi — содержание углекислого газа в атмосферном воздухе (А»)

По данной формуле мы рассчитываем необходимый объем подаваемого воздуха (необходимый объем вентиляции). Для того, чтобы рассчитать реаль­ный объем воздуха, который подается в помещение за час (реальный объем вентиляции) нужно в формулу вместо Р (ПДК углекислого газа — 1 А°, 0.7 /..) подставить реальную концентрацию углекислого газа в данном помеще­нии в промилях:

_й. = (22.6 л * N) / ([СО₂]_факт — 0.4 7~)

^L реальный

где

L реальный — реальный объем вентиляции

[СО₂]факт — фактическое содержание углекислого газа в помещении

Для определения’ концентрации углекислого газа используют метод Суб-ботина-Нагорского (основан на снижении титра едкого Ва, наиболее точен), метод Реберга (также использование едкого Ва, экспресс-метод), метод Про­хорова, фотоколориметрический метод и др.

Другой количественной характеристикой вентиляции, непосредственно связанной с объемом вентиляции, является кратность вентиляции. Крат­ность вентиляции показывает сколько раз в час воздух в помещении полно­стью обменивается.

Кратность вентиляции = Объем попядаемого (изилекяр.мого) в час возпуха

Объем помещения.

Соответственно, чтобы рассчитать для данного помещения необходимую кратность вентиляции нужно в эту формулу в числителе подставить необ­ходимый объем вентиляции. А для того, чтобы узнать, какова реальная кратность вентиляции в помещении в формулу подставляют реальный объем вентиляции (расчет см. выше).

Кратность вентиляции может рассчитываться по притоку (кратность по притоку), тогда в формулу подставляется объем подаваемого в час воздуха и значение указывается со знаком (+), а может рассчитываться по вытяжке (кратность по вытяжке), тогда в формулу подставляется объем извлекаемого в час воздуха и значение указывается со знаком (-).

Например, если в операционной кратность вентиляции обозначается как + 10, -8, то это означает, что каждый час в это помещение поступает десяти­кратный, а извлекается восьмикратный объем воздуха по отношению к объ­ему помещения.

Существует такое понятие как воздушный куб.

Воздушный куб — это необходимый на одного человека объем воздуха.

Норма воздушного куба составляет 25-27 м» . Но как было рассчитано выше на одного человека в час требуется подавать объем воздуха 37 м³ , то есть при данной норме воздушного куба (данном объеме помещения.) необхо­димая кратность воздухообмена составляет 1.5 (37 м / 25 м = 1.5).