Wykrywanie dwutlenku węgla i kontrola jakości powietrza wewnątrz pomieszczeń
Wykrywanie dwutlenku węgla i kontrola jakości powietrza wewnątrz pomieszczeń
Wykrywacze dwutlenku węgla potrafią wykorzystać automatyczny program do kalibracji tła w celu regularnego utrzymywania poziomu czystego powietrza.
1 kwietnia 2016
Dwutlenek węgla (CO2) jest produktem ubocznym spalania oraz jest wytwarzany w wyniku procesów metabolicznych organizmów żywych. Ponieważ dwutlenek węgla jest produktem ludzkiego metabolizmu, jego koncentracja wewnątrz budynków jest często wykorzystywana do oznaczania, czy do pomieszczenia jest dostarczana odpowiednia ilość świeżego powietrza. Średnie do wysokich poziomy dwutlenku węgla mogą powodować bóle głowy i osłabienie, a wyższe stężenia mogą wywoływać nudności, zawroty głowy i wymioty. Utrata przytomności może wystąpić w przypadku ekstremalnie wysokiego stężenia. Aby zapobiec lub obniżyć wysokie stężenie dwutlenku węgla w budynku, do pomieszczenia należy dostarczać świeże powietrze.
Dwutlenek węgla
W temperaturze pokojowej dwutlenek węgla jest bezbarwnym, bezzapachowym, niepalnym gazem o słabym kwaśnym posmaku. Dwutlenek węgla jest produktem ubocznym normalnych funkcji komórek i jest usuwany z organizmu przez płuca, w wydychanym powietrzu. Dwutlenek węgla jest również wytwarzany podczas spalania paliw kopalnych.
Gleby powierzchniowe mogą czasami zawierać wysokie stężenia tego gazu z rozkładających się szczątków roślinnych lub ze zmian chemicznych w podłożu skalnym. W zależności od temperatury i ciśnienia, dwutlenek węgla może również występować w postaci cieczy lub ciała stałego. W formie stałej dwutlenek węgla nazywamy suchym lodem.
Ekspozycja na dwutlenek węgla może powodować szereg różnych skutków zdrowotnych. Mogą one obejmować bóle i zawroty głowy, zdenerwowanie, uczucie drętwienia lub mrowienia, trudności w oddychaniu, pocenie się, zmęczenie i przyspieszone bicie serca.
Maseczki na twarz stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia – dr Russell Blaylock
Oddychanie endogenne w terapii i profilaktyce
Poziomy dwutlenku węgla i związane z nimi potencjalne problemy zdrowotne wskazano poniżej:
● 250-350 ppm: poziom tła (naturalny poziom występowania) na zewnątrz
● 350-1,000 ppm: typowy poziom notowany w zajmowanych pomieszczeniach z dobrą wymianą powietrza
● 1,000-2,000 ppm: poziom związany ze skargami na uczucie senności i słabą jakość powietrza
● 2,000-5,000 ppm: poziom związany z bólami głowy, sennością i stojącym, nieświeżym, dusznym powietrzem; mogą również występować: słaba koncentracja, utrata uwagi, przyspieszone bicie serca i niewielkie mdłości
● >5,000 ppm: wskazuje na nietypowe warunki powietrza, z możliwymi wysokimi poziomami stężenia innych gazów. Może pojawić się zatrucie lub niedotlenienie. To dopuszczalna graniczna dawka ekspozycji dziennej ekspozycji w miejscu pracy.
● >40,000 ppm: Ten poziom ma bezpośrednie szkodliwe działanie z powodu niedotlenienia
Syndrom chorego budynku
Określenia: syndrom chorego budynku (SBS) używa się do opisu sytuacji, w której użytkownicy budynku doświadczają dotkliwych skutków zdrowotnych lub związanych z poczuciem komfortu, które wydają się być bezpośrednio związane z czasem spędzanym w budynku, bez wystąpienia określonej choroby czy przyczyny. Użytkownicy budynku uskarżają się na objawy związane z poważnym dyskomfortem (np. ból głowy; podrażnienie oczu, nosa lub gardła; sucha lub swędząca skóra; zawroty głowy i nudności; trudności z koncentracją; osłabienie; wrażliwość na zapachy).
Kiedy projektanci zaczęli tworzyć budynki o większej szczelności i mniejszej wentylacji z zewnątrz w celu poprawy wydajności energetycznej, okazało się, że wentylacja była niewystarczająca dla zachowania zdrowia i komfortu użytkowników budynku. Ilość dwutlenku węgla w budynku jest zwykle związana z tym, ile świeżego powietrza wprowadzane jest do budynku; ogólnie rzecz biorąc, im wyższe jest stężenie dwutlenku węgla w budynku, tym niższy jest poziom wymiany powietrza.
Co za tym idzie, analiza poziomu dwutlenku węgla w powietrzu wewnątrz budynku może wykazać, czy systemy ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji działają zgodnie ze standardowymi wytycznymi. W około 500 badaniach jakości powietrza w pomieszczeniach w ciągu ostatniej dekady, Narodowy Instytut Bezpieczeństwa i Higieny Pracy (National Institute for Occupational Safety and Health) odkrył, że 52% problemów związanych z jakością powietrza w pomieszczeniach związane było z nieodpowiednią wentylacją.
Aby uzyskać akceptowalną jakość powietrza w pomieszczeniach przy minimalnym zużyciu energii, Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Ogrzewnictwa, Chłodnictwa i Klimatyzacji (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers – ASHRAE) skorygowały normy w zakresie minimalnych wskaźników przepływu powietrza z zewnątrz, aby uniknąć problemów związanych z niewłaściwą wentylacją.
Norma wentylacji wg ANSI/ASHRAE w celu uzyskania akceptowalnej jakości powietrza wewnątrz pomieszczeń
Celem tej normy jest wyznaczenie minimalnych wskaźników wentylacji i innych środków, służących zapewnieniu akceptowalnej jakości powietrza wewnątrz pomieszczeń i zminimalizowaniu negatywnych skutków zdrowotnych. Ma ona służyć jako normatywne zastosowanie w nowych budynkach, uzupełnieniach i zmianach w istniejących budynkach oraz jako instrukcja poprawy jakości powietrza wewnątrz pomieszczeń w istniejących budynkach. Norma ta odnosi się do wszystkich przestrzeni przeznaczonych do użytku przez ludzi, z wyjątkiem pomieszczeń w domach jednorodzinnych, konstrukcji wielorodzinnych trzypiętrowych lub niższych powyżej gruntu, pojazdów i statków powietrznych. Wymogi dotyczące wentylacji zgodnie z tą normą oparte są na chemicznych, fizycznych i biologicznych substancjach zanieczyszczających, które wpływają na jakość powietrza. Dodatkowe wymogi dla pomieszczeń laboratoryjnych, przemysłowych, opieki zdrowotnej i innych mogą być podyktowane przez miejsce pracy i inne standardy oraz przez procesy zachodzące w określonej przestrzeni. Po raz pierwszy opublikowana w 1973 r., norma jest regularnie aktualizowana i przez lata została poddana kluczowym zmianom, odzwierciedlającym rosnącą wiedzę, doświadczenia i badania związane z wentylacją i jakością powietrza.
Wentylacja uzależniona od zapotrzebowania
System wentylacji sterowanej na żądanie jest integralną częścią projektu wentylacji budynku. Reguluje dopływ powietrza z zewnętrz w zależności od liczby osób i wymagań wentylacyjnych, które ci mieszkańcy stwarzają. Jest to funkcja systemu wentylacyjnego, która zapewnia automatyczne zmniejszenie poboru powietrza z zewnątrz poniżej wartości projektowych, gdy faktyczne zajęcie przestrzeni obsługiwanych przez system jest mniejsze niż zajęcie projektowe. Istnieje kilka sposobów oceny zapotrzebowania na wentylację: harmonogramy obecności, które pozwalają systemowi automatyki budynku przewidywać aktualną populację na podstawie pory dnia; czujniki obecności, które wykrywają obecność lub liczbę osób w każdej monitorowanej strefie; oraz czujniki dwutlenku węgla, które monitorują stężenie dwutlenku węgla wytwarzanego w sposób ciągły przez mieszkańców i rozcieńczanego przez powietrze zewnętrzne. Niezależnie od zastosowanej metody, strategie w systemie wentylacji uzależnionych od zapotrzebowania mają na celu zróżnicowanie wlotu powietrza z zewnątrz w odpowiedzi na aktualną populację.
Gdy przestrzeń jest pusta, nie ma zanieczyszczeń związanych z mieszkańcami, więc współczynnik wentylacji związany z mieszkańcami nie jest potrzebny. Wiele typów przestrzeni o dużym natężeniu ruchu, takich jak sale lekcyjne, sale wielofunkcyjne, teatry, sale konferencyjne lub lobby, ma wentylację zaprojektowaną z myślą o rzadko występującym wysokim obciążeniu. Wentylację można zmniejszyć podczas godzin pracy, gdy przestrzenie są puste lub gdy obłożenie jest niższe niż szczytowe.
W większości systemów wymagane są już komponenty sterujące powietrzem zewnętrznym. Elementy te mogą obejmować ekonomizer lub jednostkę uzupełniania powietrza z modulowanymi przepustnicami. Inne komponenty potrzebne do funkcjonowania wentylacji uzależnionych od zapotrzebowania to czujniki kontrolne do pomiaru obłożenia pomieszczenia i sterownik zaprogramowany do komunikacji bezpośrednio ze sterownikiem ekonomizera lub z centralnym systemem sterowania. Chociaż obłożenie można mierzyć na kilka sposobów, najczęściej stosowaną metodą jest wykrywanie dwutlenku węgla.
Wykrywanie dwutlenku węgla
Wykrywacze dwutlenku węgla mogą zapewniać wykrywanie gazu i automatyczne sterowanie wentylacją w salach konferencyjnych, klasach szkolnych, salach spotkań i innych tego typu miejscach. Stężenie dwutlenku węgla na zewnątrz może wahać się w granicach 250-400 cząstek na milion (ppm) lub więcej na terenach z dużym ruchem samochodowym lub działalnością przemysłową.
Poziom dwutlenku węgla wewnątrz pomieszczeń zależy od liczby obecnych osób, od tego, jak długo zajmowane jest pomieszczenie, od dopływu ilości świeżego powietrza do pomieszczenia i innych czynników. Stężenie dwutlenku węgla wewnątrz pomieszczenia może wahać się od kilkuset cząstek na milion do ponad 1000 ppm w miejscach, w których ludzie przebywają przez dłuższy czas i w których wentylacja świeżym powietrzem jest ograniczona. Wentylacja “świeżym” powietrzem z zewnątrz jest ważna, ponieważ może rozrzedzić dwutlenek węgla w środowisku wewnątrz pomieszczenia.
Ilość świeżego powietrza, jaka powinna być dostarczana do pomieszczenia zależy od rodzaju obiektu i pomieszczenia. Wentylacja powinna utrzymywać stężenie dwutlenku węgla na poziomie poniżej 1000 ppm i tworzyć takie warunki jakości powietrza wewnątrz pomieszczenia, jakie są akceptowalne przez większość osób. Wykrywacze dwutlenku węgla potrafią wykorzystać automatyczny program do kalibracji tła w celu regularnego utrzymywania poziomu czystego powietrza. Wykrywacz będzie działał prawidłowo, jeżeli będzie poddany działaniu “wartości referencyjnej świeżego powietrza” mniej więcej raz w tygodniu. Wartość referencyjna to najniższe stężenie, na jakie wystawiony jest czujnik. Ma to zastosowanie przy użyciu w typowym powietrzu wewnątrz pomieszczenia.
Podsumowanie
Kiedy wentylacja w budynku jest ograniczona, oszczędza się energię, bo nie jest konieczne tak częste ogrzewanie lub chłodzenie powietrzem z zewnątrz. Ograniczona wentylacja może jednak skutkować wyższym poziomem dwutlenku węgla, przez co użytkownicy budynku mogą odczuwać bóle głowy, osłabienie i inne objawy. Ogrzewanie lub chłodzenie powietrza w wentylacji może być usprawnione przy zastosowaniu systemu wentylacji sterowanej wg zapotrzebowania, który może oszczędzać energię, równocześnie tworząc komfortowe warunki.
Stężenie dwutlenku węgla w budynku często wykorzystywane jest do określania, czy do budynku dostarczana jest odpowiednia ilość świeżego powietrza. Takie systemy wentylacji sterowanej wg zapotrzebowania wykorzystują czujniki dwutlenku węgla w każdym miejscu albo w powietrzu powrotnym i dopasowują wentylację w oparciu o stężenie dwutlenku węgla; im wyższe stężenie, tym więcej osób zajmuje daną przestrzeń w stosunku do wskaźnika wentylacji. Przy zastosowaniu systemu wentylacji sterowanej wg zapotrzebowania z czujnikiem dwutlenku węgla, poziom wentylowania świeżym powietrzem waha się w zależności od liczby osób w pomieszczeniu, oszczędzając energię i zapewniając bezpieczne i komfortowe warunki.
Przypisy:
http://www.ndhealth.gov/aq/iaq/nonbiological/combustion/co2.htm
https://www.dhs.wisconsin.gov/chemical/carbondioxide.htm
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2796751/
https://www.ashrae.org/standards-research–technology/standards–guidelines/titles-purposes-and-scopes#62
https://www.osha.gov/dts/osta/otm/otm_iii/otm_iii_2.html
http://sspc621.ashraepcs.org/
https://www.energycodes.gov/sites/default/files/documents/cn_demand_control_ventilation.pdf
http://www.trane.com/content/dam/Trane/Commercial/global/products-systems/education-training/engineers-newsletters/standards-codes/admapn017en_1005.pdf
Źródło: Carbon Dioxide Detection and Indoor Air Quality Control