Мониторинг CO2 и качество воздуха в помещении

1-monitoring-co2-i-kachestvo-vozduha-v-pomeshcheniiУглекислый газ не имеет цвета и запаха. Он является естественным компонентом окружающего воздуха, с концентрацией примерно 400 ppm (миллионных долей). CO2 формируется при полном сгорании углеродосодержащих веществ с достаточным притоком кислорода.

Он также формируется в организмах живых существ как продукт клеточного дыхания. При высоких концентрациях до 1000 ppm CO2 может оказывать значительное негативное воздействие на общее самочувствие (головные боли, усталость, недостаток концентрации).

  

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 передается через кровь химически связанным в составе белков, таких как гемоглобин, или в растворенном виде. Большая 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 улекислого 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 CO2 оказывает отложенный эффект на бронхиолы, что приводит к увеличению объёма неиспользуемого пространства (пространства дыхательной системы, не задействованного в газообмене).

Однако отложенный эффект CO2 на периферийные и центральные артериолы не приводит к снижению кровяного давления, поскольку повышенная выработка адреналина вызывает компенсирующее сужение сосудов.

Эффект различных концентраций CO2

 Концентрация  Эффект
 350 ... 450 ppm  Типичная атмосферная концентрация
 600 ... 800 ppm  Нормальное качество воздуха в помещении
 1000 ppm  Верхний предел нормы для помещения
 5000 ppm  Максимум на рабочем месте более 8 часов
 6000 ... 30 000 ppm  Критический, кратковременное пребывание
 3 ... 8 %  Повышенная частота дыхания, головные боли
 > 10 %  Тошнота, рвота, потеря сознания
 > 20 %  Быстрая потеря сознания, смерть

CO2 в помещении

CO2 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:

  • Число людей в помещении, объем помещения
  • Активность пользователей помещения
  • Время, которые пользователи проводят в помещении
  • Процессы сгорания в помещении
  • 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 (например, 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 примерно 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, посвященные 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 (в л/с или м³/ч) 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 влажности воздуха от 30 до 70 % ОВ. Однако для людей с аллергией на пылевых клещей рекомендуется максимум 50 % ОВ. 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”. Причиной может быть выдыхаемый углекислый газ, пар и запах пота.

 


2-maks-fot-pettenkoferМакс фот Петтенкофер

150 лет назад немецкий химик Макс фон Петтенкофер уже указывал “плохой воздух” как негативный фактор долгого пребывания в жилых кварталах и образовательных учреждениях, и идентифицировал CO2 как важнейший компонент оценки качества воздуха.

Он установил 0,1 % об. (= 1000 ppm) как стандарт концентрации CO2 в помещении – так называемое число Петтенкофера, которое долго оставалось действующей нормой.

Симптомы плохого самочувствия, такие как головная боль, усталость и потеря внимания, проявляются при её повышении. 

 


 

Три уровня опасности при оценке концентрации CO2 в воздухе в помещении

Концентрация углекислого

газа (ppm)

Уровень
опасности 

Гигиеническая
оценка

 Рекомендации

Концентрации ниже 1000 ppm
углекислого газа в помещении:
Некритично

 < 1000 Зелёный

Гигиенически
некритично
(расчётное значение)

Никаких дальнейших
действий не требуется

Концентрации от 1000 до 2000 ppm:
Критично

 1000 ... 2000 Жёлтый

Гигиенически
критично

Меры по улучшению
вентиляции (повышение
количества наружного
воздуха/воздухообмена)
Проверить и улучшить
работу вентиляции

Концентрации выше 2000 ppm:
Неприемлемо

 > 2000 Красный

Гигиенически
неприемлемо

Изучить дополнительные
возможности вентиляции
помещения
Изучить возможные
дальнейшие действия

Синдром больного здания

3-kachestvo-vozduha-v-pomeshchenii

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 сильную 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.

Качество воздуха в школах

В одной только Германии насчитывается 34 000 общеобразовательных школ и 10 000 школ профессионального обучения. Соответственно, мониторинг концентрации CO2 в них очень важен. При этом среднее содержание углекислого газа в атмосфере составляет 400 ppm.

Всего за один учебный час в классе этот показатель только за счёт воздуха, выдыхаемого учениками и учителями, повышается до 1500 ppm и более, а после 90 минут занятий фиксировались значения порядка 2700 ppm. В конце занятия это вызывает повышенную усталость и ослабление внимания – симптомы, которые прямо мешают обучению и преподаванию.

4-kachestvo-vozduha-v-shkolah5-kachestvo-vozduha-v-shkolah

Исследование, проведённое в США, позволило сделать вывод, что концентрация CO2 в учебных классах прямо влияет на посещаемость учеников. Повышение концентрации CO2 до 1000 ppm ведёт к снижению посещаемости на 10 ... 20 %. Согласно другому исследованию, каждые лишние 100 ppm CO2 снижают годовую посещаемость учеников на 0,2 %.14 Также было установлено, что повышение кратности вентиляции может снизить отсутствие по болезни на 10 ... 17 %. Таким образом, CO2 влияет на посещаемость занятий в исследуемых школах. Однако степень этого влияния остаётся неясной, не в последнюю очередь из-за того, что нужно принимать во внимание индивидуальные обстоятельства в каждой школе.

С принятием в Германии в 2002 году Закона об энергосбережении (переработанного в 2007 году) все, кто занимается переоборудованием школьных зданий, столкнулись с новыми задачами. Ограждающие конструкции и окна стали намеренно делать герметичными для выполнения требований по сбережению энергии. В случае недостаточной вентиляции это может привести к таким негативным последствиям, как накопление химических и биологических вубстанций в воздухе в помещениях.

Хотя проблема с углекислым газом в помещениях с большим числом людей известна уже давно, убедительных решений её в образовательной сфере пока так и не найдено. В то же время не существует чётких правил насчёт того, кто и когда должен открывать окна в классах, особенно в зимние месяцы. В результате концентрация CO2 там ожидаемо оказывается очень высокой (3000 ppm и более). Это прямо влияет на риск инфекционных заболеваний в школах: при большом количестве CO2 число микробов также резко возрастает.

Например, в 2003 году американские учёные Радник и Милтон изучали риск заболевания гриппом в классе. На протяжении четырёх часов в классе присутствовало 30 человек, один из которых страдал от острого гриппа. В результате при концентрации CO2 в 1000 ppm заразились пять человек, при 2000 ppm заразившихся было двенадцать, а при 3000 ppm уже 15.

Текущая ситуация во многих школах демонстрирует: в некоторых случаях требования регулярно и интенсивно проветривать классы недостаточно, чтобы решить проблему CO2. Неизбежны технологические меры по организации вентиляции, позволяющие достичь постоянного качества воздуха с низким содержанием CO2 при любой интенсивности использования.

Нормы по содержанию CO2 в воздухе помещения

В Германии и Европе нет всесторонних юридически обязательных норм по качеству воздуха в помещениях. Вместо этого существует множество оценочных величин, которые называются ориентировочными или целевыми. В Германии в качестве гигиенической ориентировочной величины согласно стандарту DIN 1946 часть 2 применяется значение CO2 0,15 % об. (= 1500 ppm).

Ориентировочные значения по концентрации CO2 в помещениях были опубликованы Комиссией по гигиене воздуха в помещении (IRK) Федерального министерства окружающей среды и Государственным ограном по здравоохранению. Ряд соседних стран опубликовал нормы и рекомендации по вентиляции в зданиях, включая школы, в которые входят положения об ограничении концентрации CO2 в воздухе помещений.

В Финляндии максимально допустимая концентрация CO2 в используемом помещении при нормальных погодных условиях составляет 1200 ppm. В норвежских и шведских нормах для жилых помещений, школ и офисов установлена максимальная концентрация CO2 1000 ppm. В Дании, согласно нормам органа по охране труда, содержание углекислого газа в детских садах, школах и офисах не должно превышать 1000 ppm. Воздухообмен считается недостаточным, если несколько раз в день на короткое время концентрация CO₂ превышает значение 2000 ppm.

Для рабочих мест, подпадающих под положения Директивы об опасных веществах, согласно TRGS 900 установлено предельное значение 5000 ppm CO₂.

Технология измерения CO2

Существуют три типа приборов для измерения и мониторинга концентрации углекислого газа в помещениях:

Приборы для измерения CO2
(например, testo 535):

Логгеры данных CO2
(testo 160 IAQ):

Многофункциональные приборы (например,

testo 440):

6-testo-535 7-testo-160-iaq 8-testo-440
Портативные, но также подходящие для долгосрочных измерений, они быстро и точно измеряют содержание CO2 в воздухе.

Помимо CO2 они непрерывно
регистрируют температуру и
влажность. Результаты по WiFi
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.

Помимо CO2, они измеряют все
параметры вентиляции и
кондиционирования, такие как
скорость воздуха, температуру,
влажность, степень турбулентности,
CO или освещенность.

Логгеры Testo 160 IAQ недавно внесены в Государственный реестр СИ РФ под № 74221-19. Электронную версию свидетельства найти на официальном сайте Testo в России.

Загрузить Экспертную статью в PDF

 
 

Новости rss

Доклад эксперта «Тэсто Рус» на форуме «ФармЭволюция»
23 апреля наш эксперт Булат Салихянов выступит на V ежегодном международном форуме по развитию фармацевтической отрасли «ФармЭволюция-2019». В рамках Сессии №5 «Цифровизация в фармацевтической промышленности: риски и возможности» Булат расскажет об анализе требований к организации мониторинга условий хранения и транспортировки лекарственных средств, а также о методах мониторинга и его технической реализации.
 
Приглашаем вас на выставку «Аналитика Экспо»
17-я Международная выставка лабораторного оборудования и химических реактивов «Аналитика Экспо» 23 - 26 апреля «Крокус Экспо» (Москва)
 
Тэсто Рус приглашает вас на FOOD SAFETY 2019
7 февраля 2019Москва, Крокус Экспо, Павильон 3, Зал 20 «Тэсто Рус» примет участие в предстоящей научно-практической конференции «FOOD SAFETY NEWS & NUANCES: Практика пищевой безопасности». FSNN посвящена вопросам практической реализации принципов пищевой безопасности и, в частности, ХАССП.
 
 

Мнения Экспертов

22

мар

Мировой уровень покрытия GMP составляет порядка 60%
Подробнее...

 

19

фев

Эксперт: Маркировка лекарств может обойтись среднему предприятию в 6 млн евро
Переход к маркировке лекарств приведет к росту цен на недорогие препараты, в том числе из списка жизненно необходимых и важнейших (ЖНВЛП), заявляли участники конференции ИД «Коммерсантъ» «Маркировка лекарственных средств». Подробнее...

 

12

окт

Сергей Цыб о проверках и повышении качества российских лекарств
О влиянии GMP на качество фармпродукции читателям «Катрен-Стиль» рассказал заместитель министра промышленности и торговли Сергей Цыб. Подробнее...

 

Новости партнёров

31

авг

Разработан проект Руководства по обеспечению целостности данных
Федеральное бюджетное учреждение «Государственный институт лекарственных средств и надлежащих практик» совместно с группой компаний PQE разработали проект отраслевого руководства по обеспечению целостности данных и валидации компьютеризированных систем.

 

18

май

Правила GDP. Квалификация транспортных средств
В последнее время в риторике различных представителей Росздравнадзора отчетливо слышен акцент на необходимость усиления контроля за обращением лекарственных препаратов. В том числе это касается оценки соблюдения надлежащих практик в сфере дистрибьюции, т.е. оптовой и розничной торговле лекарственными препаратами.