Как измерить концентрацию углекислого газа в воздухе

Ответ очевидный: чтобы измерять концентрацию углекислого газа в воздухе. Но для чего нужно ее измерять? Скажем, зачем на базовой станции MagicAir, кроме датчиков температуры и влажности, есть еще и датчик СО2? С температурой и относительной влажностью все ясно: это основные показатели погоды – и на улице, и дома. А про углекислый газ нужно рассказать отдельно. Заодно познакомим вас с понятием адаптивной вентиляции.

О проблеме превышения содержания углекислого газа в воздухе помещений говорят все чаще в последние 20 лет. Выходят новые исследования и публикуются новые данные. Поспевают ли за ними строительные нормы для зданий, в которых мы живем и работаем?

Самочувствие и работоспособность человека тесно связаны с качеством воздуха там, где он трудится и отдыхает. А качество воздуха можно определить по концентрации углекислого газа СО2.

Почему именно СО2?

• Этот газ есть везде, где есть люди.
• Концентрация углекислого газа в помещении напрямую зависит от процессов жизнедеятельности человека – ведь мы его выдыхаем.
• Превышение уровня углекислого газа вредно для состояния организма человека, поэтому за ним необходимо следить.
• Рост концентрации СО2 однозначно свидетельствует о проблемах с вентиляцией.
• Чем хуже вентиляция, тем больше загрязнителей концентрируется в воздухе. Поэтому рост содержания углекислого газа в помещении – признак того, что качество воздуха снижается.

В последние годы в профессиональных сообществах врачей и проектировщиков зданий появляются предложения пересмотреть методику определения качества воздуха и расширить перечень измеряемых веществ. Но пока ничего нагляднее изменения уровня CO2 не нашли.

Как узнать, является ли приемлемым уровень углекислого газа в помещении? Специалисты предлагают перечни нормативов, причем для зданий разных назначений они будут различными.

Почему именно СО2 – индикатор работы вентиляции?

Человек вдыхает воздух, в котором в среднем 21 % кислорода и 0,04 % углекислого газа. А выдыхает уже совсем другой: 16,3 % кислорода и 4 % углекислого газа. Если взять литр вдыхаемого воздуха и литр выдыхаемого, то во втором будет в 100 раз больше углекислого газа.

Если человек долго сидит в замкнутом помещении, за счет выдыхаемого им воздуха в комнате постепенно накапливается СО2. Чем медленнее обновляется комнатный воздух, тем быстрее растет уровень СО2. К чему может привести большое количество углекислого газа, мы уже писали.

Но повышение уровня СО2 – это не только вред от самого углекислого газа. Многочисленные эксперименты в области микроклимата показали: количество СО2 связано с концентрацией других вредных газов (например, фенолформальдегиды, ацетон, аммиак). Все эти вещества есть почти в любом жилом помещении, их выделяет мебель и отделочные материалы.

Если в комнате много углекислого газа, то скорее всего и других вредных веществ в комнатном воздухе больше, чем полагается.

Эта связь объясняется очень просто. Углекислый газ не удаляется из воздуха никакими бытовыми фильтрами, единственный способ избавиться от него – «выдуть» его из комнаты с помощью приточной и вытяжной вентиляции. Если вентиляция работает плохо, значит СО2 будет накапливаться в помещении. А вместе с ним и другие вредные газы.

Именно поэтому специалисты приняли уровень СО2 как главный индикатор работы вентиляции. По идее, оценить работу вентиляции можно было бы и по концентрации любого другого газового загрязнителя. Но мы не знаем наверняка, какие именно газы есть в конкретном помещении, а каких нет. Зато мы знаем, что углекислый газ в комнате точно есть, и датчик нам его покажет.

Эксперт по микроклимату Михаил Амелькин проверяет работу вентиляции в квартирах, самолетах, ресторанах и в других местах, где мы работаем и отдыхаем.

Я решил проехать по Москве и не только с лабораторным прибором – измерителем уровня углекислого газа и околонаучной миссией – проверить, чем мы дышим в закрытых помещениях. Что хотелось узнать? Посмотреть, как в разных местах работает вентиляция и какая получается концентрация углекислого газа. Почему это важно? Здесь не только и не столько идет речь о комфорте (ну да, душно, но переживем, не сахарные). Речь идет о здоровье. Слишком большое количество углекислого газа в воздухе плохо влияет на наш организм и, в первую очередь, на работу мозга. Множественные исследования показывают, что высокие концентрации СО2 буквально «отключают мозги», снижая инициативность, вырубая «стратегическое мышление», вызывая апатию и усталость. Высокие – это какие? Естественно, что концентрации, под которые «конструировался» наш организм – уличные. На улице сейчас концентрации СО2 около 400ppm (0,04%). Сто лет назад было меньше 300ppm (привет от парникового эффекта!), но такой рост пока не критичен для физиологии. В хорошо вентилируемых помещениях концентрация будет около 600ppm. «Желтая зона» начинается в районе 1000ppm. 1500ppm – уже плохо, красная зона. Больше 2000ppm – очень плохо. Не знаю, пусть будет зона тёмно-бордовая. Это в 5 раз больше, чем на улице! Так вот, такие концентрации – это, к сожалению, не «экстремальный случай», а очень частое явление. Дома, при закрытых окнах, в ресторанах, при плохой вентиляции, и т.п. Интересный момент – речь не идет о том, что в воздухе мало кислорода. Кислорода всегда много, почти 200 000ppm (до 20%) и «выдышать» его не так просто. Поэтому механизм отравления углекислым газом – отдельный и не зависит от наличия в воздухе кислорода.

Давайте теперь посмотрим, что показал лабораторный поверенный прибор в различных местах, где мы регулярно бываем.

Проверяем с прибором как дышится на улице, в общественном транспорте, офисе, однушке, включая кухню, и в салоне автомобиля с закрытой заслонкой. В последнем случае шанс умереть отнюдь не призрачный, а вполне реальный, и его можно легко вычислить.

В чем проблема

Вдыхаем кислород, выдыхаем углекислый газ. В выдохе его примерно 4,5%, в то время как в окружающем пространстве должно быть около 0,04%. Исследованиями доказано, что даже при достаточном количестве кислорода увеличение доли углекислого газа приводит к появлению головной боли, сонливости, сложности с концентрацией внимания, а при высоком содержании (0,5% и выше) к потере сознания.

В чем измеряется и сколько должно быть

Из-за малых величин концентрацию CO2 обычно выражают в количестве частей на миллион (ppm), что эквивалентно десятитысячным долям процента.

Ниже наименее пугающая картинка из интернета, которая расскажет как повышенная концентрация углекислого газа сказывается на самочувствии. Цифры на шкале — те самые ppm.

Важный вопрос – сколько может “надышать” человек? В интернете мне удалось найти такую цифру: за один час в закрытом помещении 20 м2 один человек поднимет уровень СО2 на 50 ppm. По моим собственным наблюдениям это вполне похоже не правду.

Ну а теперь к методике и замерам.

Все измерения проводились недорогим комнатным прибором HT-501, обзор которого я постил вот тут.

В нем установлен датчик CO2 шведской компании SenseAir. Приборчик может сохранять статистику с заданным интервалом и потом выгружать ее в специальную прогу на ПК. Делая замеры я просто носил прибор в руке или открытой сумке и потом изучал полученные данные.

Сами замеры производились в феврале.

Замеры на улице

В мегаполисе (Москве), если не подходить к дорогам с интенсивным движением, прибор показывает значения в пределах 400-450 ppm. В центре города на тротуарах оживленных улиц показатели могут подняться до 620 ppm.

Замеры в офисе

В нашем просторном опенспейсе с хорошей вентиляцией воздух был примерно как на улице — 450-500 ppm. Но в какой-то из дней вентиляция дала сбой, и типичным значением CO2 стало 950 ppm. Причем к вечеру оно поднималось до 1200 ppm.

Из личных ощущений: как только показатели уходили за 1100 ppm, у окружающих возникало коллективное желание проветрить. После короткого проветривания показатели опускались до 850 ppm.

Замеры в однушке

Если регулярно не проветривать, типичный уровень углекислого газа в квартире 28 м2 и потолками 2,5 м при нахождении в ней двух взрослых колеблется от 800 до 1300 ppm в зависимости от забортной температуры. И чем холоднее на улице, тем лучше начинает работать вентиляция (это в моем доме так, в других может быть по-другому).

Кухня 5,5 м2 с газовой плитой

Кухня — самое интересное место в плане замеров. При закрытой двери одна включенная в полсилы конфорка (на фото ниже) за 15 минут нагоняет более 2300 ppm (вентиляция при этом тянет исправно).

Тот же самый эксперимент, но с открытой дверью и выставленным на зимнее проветривание окном, дает за этот же промежуток времени цифру в 1600 ppm. Ну а если с закрытой дверью и две конфорки — через 15 минут будет 2700 ppm на столе и 3300 ppm на уровне головы в центре помещения.

Комната 15 м2

С закрытой дверью и закрытыми пластиковыми окнами двое взрослых и один ребенок за восемь часов сна поднимают уровень CO2 с 1000 до 2100 ppm. Если оставить окно на зимнее проветривание (щель), то уровень будет стабилизироваться примерно на 1350 ppm. Все то же, но с открытой дверью — 900-1200 ppm.

Почему открытие на зимнее проветривание дает такой заметный эффект? Просто воздух начинает протягиваться из щели окна через комнату и в вентиляцию. Если закрыть щель, комната становится полностью изолированным помещением.

Просто для справки: как себя чувствуешь, когда проснулся, а на датчике 2800 ppm? Духота, жара, тяжелая голова как с похмелья, хочется поскорее выйти на улицу или постоять, подышать у открытого окна.

Замеры в московском метро

Вообще в метро душновато. На станциях и переходах показатели колебались в пределах 750-1250 ppm. Причем день ото дня показатели менялись. В полупустом вагоне “Оки” (все сидячие заняты и немного стоячих) датчик фиксировал примерно 1300 ppm. А в час пик там начинался ад.

Когда люди набивались как селедка в бочку, датчик на уровне пояса стабильно фиксировал 1850 ppm. Поднять его на уровень головы и сделать замеры было уже невозможно. Думаю, он бы зашкаливал, поскольку все вокруг выдыхают именно в верхнее пространство.

Ощущение от нахождения в таких условиях: легкое головокружение, учащенное дыхание и огромное желание выйти и подышать немного. Как люди так катаются каждый день — не представляю.

В подмосковной электричке

В забитом тамбуре гуляют сквозняки, однако уровень CO2 находится примерно на отметке 1400 ppm. В самом вагоне ситуация хуже. При полностью занятых сидячих местах, но в отсутствии стоячих пассажиров, уровень углекислоты составил 2200 ppm.

Выводы: кто виноват и что делать

Эта часть специально для тех, кто начал читать отсюда.

Начнем с общественного транспорта. В нем практически везде душновато, за исключением, пожалуй, маршруток с высокими потолками, где еще можно увидеть приемлемый уровень в 700 ppm.

Очень туго в метро в час пик и ничуть не лучше в электричках. Там зашкаливает даже когда есть сидячие места.

В офисах раз на раз не приходится. И примерно у половины населения опенспейсов возникает желание проветрить, когда уровень начинает превышать 1100 ppm.

В квартире этот уровень воспринимается по-другому, и проветрить хочется когда на датчике более 1300-1400 ppm. И главный совет всем владельцам пластиковых окон — проветривайте почаще, а лучше всегда оставляйте открытой щель зимнего проветривания (это когда ручка повернута градусов на 20 от вертикали).

Это зимой. А летом окна лучше держать открытыми.

Из прочего, самый ад — на кухне с газовыми плитами. Если включена вполсилы пара конфорок и закрыты окна и двери, то через 15 минут на уровне головы будет 3500 ppm. И это при хорошо работающей вентиляции.

Отдельный привет любителям поспать в машине с закрытыми окнами. Очень велик шанс не проснуться. То же можно сказать и про ситуацию, когда вы забыли открыть заслонку забортного воздуха после обгона чадящего грузовика. Показатели в салоне начинают шкалить очень быстро.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ СО2 И ОКИСЛЯЕМОСТИ ВОЗДУХА КАК ПОКАЗАТЕЛЕЙ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА И ВЕНТИЛЯЦИИ ПОМЕЩЕНИЙ

Гигиенические показатели санитарного состояния и вентиляции помещений

• Химический состав атмосферного воздуха: азота — 78,08%; кислорода — 20,95%; углекислого газа — 0,03-0,04%; инертных газов (аргон, неон, гелий, криптон, ксенон) — 0,93%; влаги, как правило, от 40-60% до насыщения; пыль, микроорганизмы, естественные и техногенные загрязнения — в зависимости от промышленного развития региона, типа поверхности (пустыня, горы, наличие зеленых насаждений и др.)
• Основные источники загрязнения воздуха населенных мест, производственных помещений — выбросы промышленных предприятий, автотранспорта; пиле-, газообразование промышленных предприятий; метеорологические факторы (ветры) и тип поверхности регионов (пылевые бури пустынных мест без зеленых насаждений).
• Источники загрязнения воздуха жилых помещений, помещений коммунально-бытового назначения и общественных помещений — продукты жизнедеятельности организма людей, которые выделяются кожей и при дыхании (продукты распада пота, кожного сала, омертвелого эпидермиса, другие продукты жизнедеятельности, которые выделяются в воздух помещения пропорционально количеству людей, срока их пребывания в помещении и количества углекислого газа, который накапливается в воздухе пропорционально перечисленным загрязнителям), и поэтому используется как показатель (индикатор) степени загрязнения этими веществами воздуха помещений различного назначения.
• Учитывая, что через кожу и при дыхании выделяются, в основном, органические продукты обмена веществ, для оценки степени загрязнения воздуха помещений людьми было предложено определять другой показатель этого загрязнения – окисляемость воздуха, т.е. измерять количество миллиграммов кислорода, необходимого для окисления органических соединений в 1 м3 воздуха с помощью титрованного раствора бихромата калия К2Сr2О7. Окисляемость атмосферного воздуха обычно не превышает 3-4 мг/м3, в хорошо проветриваемых помещениях окисляемость находится на уровне 4-6 мг/м3, а в помещениях с неблагоприятным санитарным состоянием окисляемость воздуха может достигать 20 и более мг/м3.
• Концентрация углекислого газа отображает степень загрязнения воздуха другими продуктами жизнедеятельности организма. Концентрация углекислого газа в помещениях увеличивается пропорционально количеству людей и времени их пребывания в помещении, но как правило, не достигает вредных для организма уровней. Только в замкнутых, недостаточно вентилируемых помещениях (хранилищах, подводных лодках, подземных выработках, производственных помещениях, канализационных системах и т.п.) за счет брожения, горения, гниения количество углекислого газа может достигать концентраций, опасных для здоровья и даже жизни человека.

Исследованиями М. П. Бресткина и ряда других авторов установлено, что повышение концентрации СО2 до 2-2,5% не вызывает заметных отклонений в самочувствии человека, его трудоспособности. Концентрации СО2 до 4% вызывают повышение интенсивности дыхания, сердечной деятельности, снижение трудоспособности. Концентрации СО2 до 5% сопровождаются одышкой, усилением сердечной деятельности, снижением трудоспособности, а 6% — способствуют снижению умственной деятельности, возникновению головной боли, умопомрачению, 7% — может вызвать неспособность контролировать свои действия, потерю сознания и даже смерть, 10% — вызывает быструю, а 15-20% мгновенную смерть из-за паралича дыхания.

Для определения концентрации СО2 в воздухе разработано несколько методов, среди которых метод Субботина-Нагорского с гидроокисью бария, методы Реберга-Винокурова, Калмыкова, интерферометрический. Вместе с тем в санитарной практике наиболее широко используется портативный экспрессный метод Лунге-Цеккендорфа в модификации Д.В.Прохорова (приложение 2).

Определение диоксида углерода в воздухе экспресс-методом Лунге-Цеккендорфа в модификации Д.В. Прохорова

Принцип метода основан на пропускании исследуемого воздуха через титрованный раствор углекислого натрия (или аммиака) в присутствии фенолфталеина. При этом происходит реакция Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3. Раствор фенолфталеина, который имеет розовую окраску в щелочной среде, после связывания CO2 обесцвечивается (кислая среда).

Разведением 5,3 г химически чистого Na2CO3 в 100 мл дистиллированной воды готовят исходный раствор, к которому прибавляют 0,1% раствор фенолфталеина. Перед анализом готовят рабочий раствор разведением исходного раствора 2 мл до 10 мл дистиллированной водой.

Раствор переносят в склянку Дрекселя по Лунге-Цеккендорфу (рис. 11.1а) или в шприц Жанне по Прохорову (рис. 11.1б). В первом случае к длинной трубке склянки Дрекселя с утонченным носиком присоединяют резиновую грушу с клапаном или небольшим отверстием. Медленно сжимая и быстро отпуская грушу, продувают через раствор исследуемый воздух. После каждой продувки склянку встряхивают для полного поглощения CO2 из порции воздуха. Во втором случае (по Прохорову) в шприц, наполненный 10 мл рабочего раствора соды с фенолфталеином, держа его вертикально, набирают порцию исследуемого воздуха. Затем энергичным встряхиванием (7-8 раз) воздух приводят в контакт с поглотителем, после чего воздух выталкивается и вместо него набирается одна за другой порции исследуемого воздуха до полного обесцвечивания раствора в шприце. Считают количество объемов (порций) воздуха, пошедших на обесцвечивание раствора. Анализ воздуха проводят в помещении и за пределами помещения (атмосферный воздух).

Результат рассчитывают по обратной пропорции на основании сопоставления количества израсходованных объемов (порций) груш или шприцев и концентрации CO2 в атмосферном воздухе (0,04%) и в конкретном исследуемом помещении, где определяется концентрация СО2. Например, в помещении израсходовано 10 объемов груш, или шприцев, на улице – 50 объемов. Отсюда, концентрация CO2 в помещении = (0,04 x 50) : 10 = 0,2%.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) CO2 в жилых помещениях разного назначения установленная в пределах 0,07-0,1%, в производственных помещениях, где CO2 накапливается от технологического процесса, до 1-1,5%.

Рис.11.1а. Прибор для определения концентрации СО2 по Лунге-Цеккендорфу (а — резиновая груша для продувки воздуха с клапаном; б — склянка Дрекселя с раствором соды и фенол-фталеина)

Рис. 11.1б. Шприц Жанне для определения концентрации СО2 по Д. В. Прохорову

Методика определения и гигиенической оценки показателей воздухообмена и вентиляции помещений

Воздух жилых помещений считается чистым, если концентрация CO2 не превышает предельно допустимых концентраций – 0,07% (0,7‰) по Петтенкоферу или 0,1% (1,0‰) по Флюге.

На этом основании рассчитывается необходимый объем вентиляции – количество воздуха (в м3), которое должно поступать в помещение в течение 1 ч, чтобы концентрация CO2 в воздухе не превысила предельно допустимых концентраций для данного вида помещений. Его рассчитывают по формуле:

где: V – объем вентиляции, м3/час;

К – количество СО2, выделяемое одним человеком за один час (в покое 21,6 л/ч; во сне – 16 л/ч; при выполнении работы разной тяжести – 30-40 л/ч);

n — количество людей в помещении;

Р – предельно допустимая концентрация СО2 в промилле (0,7 или 1,0‰);

Р1 – концентрация СО2 в атмосферном воздухе в промилле (0,4‰).

При расчете количества СО2, которое выделяет один человек за один час, выходят из того, что взрослый человек при легкой физической работе производит в течение 1 минуты 18 дыхательных движений с объемом каждого вдоха (выдоха) 0,5 л и, следовательно, в течение часа выдыхает 540 л воздуха (18 х 60 х 0,5 = 540).

Учитывая, что концентрация углекислого газа в выдыхаемом воздухе примерно 4% (3,4-4,7%), то общее количество выдыхаемого углекислого газа за пропорцией составит:

х = (540*4)/100 = 21,6 л/час

При физических нагрузках пропорционально их тяжести и интенсивности возрастает количество дыхательных движений, а потому возрастает и количество выдыхаемого СО2 и необходимый объем вентиляции.

Необходимая кратность вентиляции – число, которое показывает, сколько раз в течение часа меняется воздух помещения, чтобы концентрация СО2 не превышала предельно допустимых уровней.

Необходимую кратность вентиляции находят путем деления рассчитанного необходимого объема вентиляции на кубатуру помещения.

Фактический объем вентиляции находят путем определения площади вентиляционного отверстия и скорости движения воздуха в нем (фрамуга, форточка). При этом учитывают, что через поры стен, щели в окнах и двери в помещение проникает объем воздуха, близкий к кубатуре помещения и его нужно прибавить к объему, который проникает через вентиляционное отверстие.

Фактическую кратность вентиляции рассчитывают делением фактического объема вентиляции на кубатуру помещения.

Сопоставляя необходимые и фактические объемы и кратность вентиляции, оценивают эффективность обмена воздуха в помещении.

Нормативы кратности обмена воздуха в помещениях разного назначения

Необходимый объем и кратность вентиляции положены также в основу научного обоснования норм жилой площади. Учитывая, что при закрытых окнах и двери, как сказано выше, через поры стен, щели в окнах и двери в помещение проникает объем воздух, близкий к кубатуре помещения (т.е., его кратность равняется ~ 1 раз/час), а высота помещения в среднем равняется 3 м, норма площади на 1 человека составляет:

Улица

Сделал замер прямо на Красной Площади. Уровень около 450ppm. Это выше, чем за городом, что, скорее всего, объясняется обилием транспорта, котельных и промышленности, которые активно выделяют в воздух СО2, создавая над городом «пузырь» углекислого газа. Но это не страшно. Пока.

Где поставить датчик СО2

Три главных ограничения по выбору места для датчика:

Нормы углекислого газа в жилых помещениях

Проектировщики многоквартирных и частных домов берут за основу ГОСТ 30494-2011 под названием «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях». Этот документ оптимальным для здоровья человека уровнем CO2 считает 800 – 1 000 ppm. Отметка на уровне 1 400 ppm – предел допустимого содержания углекислого газа в помещении. Если его больше, то качество воздуха считается низким.

Однако уже 1 000 ppm не признается вариантом нормы целым рядом исследований, посвященных зависимости состояния организма от уровня CO2. Их данные свидетельствует о том, что на отметке 1 000 ppm больше половины испытуемых ощущают последствия ухудшения микроклимата: учащение пульса, головную боль, усталость и, конечно, пресловутое «нечем дышать».

Физиологи нормальным уровнем CO2 считают 600 – 800 ppm.

Хотя некоторые единичные жалобы на духоту возможны и при указанной концентрации.

Выходит, что строительные нормативы уровня СО2 вступают в противоречие с выводами исследователей-физиологов. В последние годы именно со стороны последних все громче раздаются призывы обновить допустимые пределы, но пока дальше призывов дело не идет. Чем ниже норма СО2, на которую ориентируются строители, тем дешевле обходится устройство вентиляции. А расплачиваться за это приходится тем, кто вынужден решать проблему вентилирования квартиры самостоятельно.

Транспорт

Трип начался с самолёта. Перелет Новосибирск-Москва, около 4 часов. Самолёт полный, аэробус А316. Весь полёт концентрация СО2 – около 2000ppm! Добавьте сюда слишком высокую температуру на борту (около 28С) и пониженное давление (786 гПа против 1007 гПа на земле) и поймете, почему нас так «колбасит» после перелетов. Для сравнения в аэропорту прилета – около 700ppm, то есть норма. На обратном пути летел в полупустом самолёте, и ситуация была гораздо лучше – весь полёт до 1000ppm, что приемлемо.

Далее был аэроэкспресс. Оказалось, что при полном вагоне вентиляция тоже не справляется – более 1800ppm! А вот на пути обратно вагон был пустой, и вентиляция справлялась – около 500ppm.

В метро все гораздо лучше. На самой станции под землёй – 600ppm. В старых «дырявых» вагонах – около 700ppm. Вот в новых вагонах метро, где кондиционеры гоняют воздух по кругу уже хуже – при неполной загрузке 1200ppm. В набитом вагоне следует ожидать больше 2000ppm. Но здесь стоит иметь в виду, что обычно в таких вагонах мы проводим мало времени – 10-20 минут, так что это не очень критично.

Нормы углекислого газа в офисах

В офисах наблюдаются те же проблемы, что и в школах: повышенная концентрация СО2 мешает сосредоточиться. Ошибки множатся, и производительность труда падает.

Нормативы содержания углекислого газа в воздухе для офисов в целом те же, что для квартир и домов: приемлемым считается 800 – 1 400 ppm. Однако, как мы уже выяснили, уже 1 000 ppm доставляет дискомфорт каждому второму.

К сожалению, во многих офисах проблема никак не решается. Где-то просто ничего о ней не знают, где-то ее сознательно игнорирует руководство, а где-то – пытается решить при помощи кондиционера. Струя прохладного воздуха действительно создает кратковременную иллюзию комфорта, однако углекислый газ никуда не исчезает и продолжает делать свое «черное дело».

Может быть и так, что офисное помещение построено с соблюдением всех нормативов, но эксплуатируется с нарушениями. Например, плотность размещения сотрудников слишком велика. Согласно строительным правилам, на одного человека должно приходиться от 4 до 6,5 м2 площади. Если сотрудников больше, то и углекислый газ в воздухе накапливается быстрее.

Нормы углекислого газа в школах

Чем больше углекислого газа в воздухе, тем сложнее сосредоточиться и справиться с учебной нагрузкой. Зная об этом, власти США рекомендуют школам поддерживать уровень СО2 не выше 600 ppm. В России отметка чуть выше: уже упомянутый ГОСТ считает оптимальным для детских учреждений 800 ppm и менее. Однако на практике не только американский, но и российский рекомендуемый уровень – голубая мечта для большинства школ.

Один из наших экспериментов в школе показал: больше половины учебного времени количество углекислого газа в воздухе превышает 1 500 ppm, а иногда приближается к 2 500 ppm! В таких условиях невозможно сосредоточиться, способность к восприятию информации критически снижается. Другие вероятные симптомы переизбытка СО2: гипервентиляция, потливость, воспаление глаз, заложенность носа, затрудненное дыхание.

Почему так происходит? Кабинеты редко проветриваются, потому что открытое окно – это простывшие дети и шум с улицы. Даже если школьное здание оснащено мощной центральной вентиляцией, она, как правило, либо шумная, либо устаревшая. Зато окна в большинстве школ современные – пластиковые, герметичные, не пропускающие воздух. При численности класса 25 человек в кабинете площадью 50–60 м2 c закрытым окном углекислый газ в воздухе подскакивает на 800 ppm за каких-то полчаса.

Зачем регулировать вентиляцию по датчику СО2

Вот пример того, как изменяется уровень СО2 в течение дня (измерения с помощью MagicAir):

В том же ГОСТе про допустимые и недопустимые уровни СО2 указана минимальная производительность вентиляции. Она равна 30 м3 /ч на одного человека, то есть каждый человек в комнате должен в час получать 30 кубометров свежего воздуха. Если в комнате находятся два человека, то в час им нужно минимум 60 м3 свежего воздуха. Тогда они будут дышать свежим воздухом с нормальным уровнем углекислого газа.

Но если в комнате нет людей, то незачем гонять вентиляцию на высоких оборотах в режиме 120 м3 /ч. В пустом помещении можно поддерживать свежесть воздуха и в более экономичном режиме. «Умная» вентиляция так и делает. Таким образом сокращаются траты на электроэнергию, и все элементы вентиляционной системы изнашиваются меньше.

После того, как люди придут в комнату, вентиляция включится именно в тот момент, когда датчик зафиксирует превышение допустимого уровня СО2. До этого времени нет нужды включать вентиляцию – людям хватит свежего воздуха, который успел накопиться в пустой комнате.

Кроме того, датчик покажет реальный уровень углекислого газа именно в зоне дыхания. Это даст стимул делать приточную вентиляцию более эффективной: направлять свежий воздух не абы куда, а туда, где находятся люди. Какой смысл проверять его концентрацию в углу комнаты, где вы даже не появляетесь?

Дом и отель

Мне повезло и в моём номере всю ночь концентрация СО2 была меньше 600ppm. Отлично! Я спал не в духоте. Это потому, что попросил номер с окном во двор и смог держать окно на микропроветривании, не просыпаясь от шума машин. Но вентиляции в номере нет, поэтому плата за свежий воздух тоже не малая — московский смог. Была бы вентиляшка с профессиональными фильтрами — было бы на пятерочку! Надо сказать, что замеры в квартирах с закрытыми окнами часто показывают очень плохие результаты, пара человек в комнате запросто могут «надышать» 2000ppm минут за 40-60. А окна обычно закрыты, чтобы сквозняков не было и шума с улицы. Вывод тот же, что и в случае с отелем – дома вентиляция must have. При этом проще и дешевле поставить компактные бризеры, чем заморачиваться с полноценной вентиляцией.

Сколько СО2 в воздухе

В российском ГОСТ 30494–2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» указаны четыре класса помещений, в зависимости от уровня СО2. В двух словах эти классы выглядят так:

• 1 класс: СО2 до 400 ppm – отличный воздух, дышите на здоровье!
• 2 класс: СО2 от 400 до 600 ppm – хороший воздух, дышать легко.
• 3 класс: СО2 от 600 до 1 000 ppm – на нижней границе воздух еще нормальный, на верхней уже так себе.
• 4 класс: СО2 больше 1 000 ppm – недопустимое качество воздуха, срочно проветривать!

1 ppm – это одна миллионная доля. Если датчик СО2 показывает 1 ppm, это значит, что в 1 м3 воздуха содержится 1 см3 углекислого газа. Не стоит ломать голову над этой величиной, предлагаем относиться к ней как к условной единице измерения концентрации газов в воздухе. В том числе углекислого. На улице уровень СО2 составляет 350-400 этих условных единиц, в помещении – до 1 000. Больше 1 000 условных единиц – значит, углекислого газа в воздухе больше, чем должно быть.

Рестораны и кинотеатры

Тут картина сильно разная, но одно очевидно (кто-то скажет, что это ясно и без приборов) – любят наши рестораторы экономить на вентиляшке! Например, у меня была деловая встреча в кофейне «Хлеб насущный» на Никольской – место хорошее, но вот с воздухом беда – 2000ppm! В такой «атмосфере» очень сложно думать и решать деловые вопросы. В «Чайхоне №1» на Пушкинской было чуть лучше – до 1500ppm. Но есть и хорошие места – в «Старбакс» на Площади революции и в «Пять звёзд» на Павелецкой – 700ppm – 800ppm. А вот в самом кинозале этого замечательного кинотеатра было «не айс» — до 1500ppm весь сеанс. При этом администрация не поскупилась на кондиционеры – в залах было прохладно и это «скрашивало» ситуацию. Но кондеи не заменяют вентиляцию! Температура – температурой, а кислород – кислородом, должно быть и то, и другое.

Как СО2 распределяется по комнате

Углекислый газ в 1,5 раза тяжелее воздуха, поэтому в стоячем воздухе он постепенно опускается к полу. А именно в нижней зоне помещения находятся люди. Получается, углекислый газ надо «отгонять» от людей.

У специалистов в области вентиляции есть такое понятие – эффективность воздухораспределения. Оно говорит о том, насколько быстро свежий приточный воздух доходит до зоны дыхания: к рабочему столу, к кровати, к промышленному станку – в общем, туда, где чаще всего находятся люди. При этом в идеале приточный воздух на пути к человеку не должен проходить через зоны с грязным воздухом, в котором уже накопился СО2 и другие вредные газы. Иначе он их захватит и принесет к нам в легкие.

Цель вентиляции – двигать комнатный воздух так, чтобы около людей, в зоне их дыхания, воздух был всегда свежим и чистым, а весь углекислый газ вместе с другими загрязнителями поднимался вверх и удалялся через вытяжку. Чем быстрее свежий воздух доходит из приточной вентиляции до человека, тем лучше работает эта вентиляция.

К примеру, если сесть около бризера прямо у его решетки, то свежий воздух дойдет до вас за секунду. А повесите бризер рядом с вентиляционным отверстием – и большая часть притока из прибора прямиком отправится в вытяжку, а вы почувствуете свежий воздух в лучшем случае через несколько минут.

Адаптивная вентиляция для дома

Традиционная вентиляция всегда работает в одном и том же режиме, пока вы не измените его вручную. Такой вентиляции все равно, сколько людей в комнате и насколько интенсивно они дышат.

Показательный пример с вентиляцией в кинотеатре. Пятница, вечерний сеанс, премьерный показ ожидаемого блокбастера – набивается полный зал. Воскресенье, утро, ничем не примечательный фильм – в зале 10 человек. В обоих случаях традиционная вентиляция работает с одной и той же интенсивностью. И если во время пятничного аншлага есть смысл включать вентиляцию на полную мощность, то поддерживать тот же режим в воскресенье для 10 зрителей – это неоправданно высокие затраты.

Адаптивная вентиляция с датчиком СО2 в каждый момент времени подает ровно столько воздуха, сколько нужно. В зале мало зрителей – вентиляция перешла в экономичный режим или вообще выключилась, если уровень СО2 и так в пределах нормы. В зале 1 000 человек – вентиляция работает на самой высокой скорости.

В общем смысле адаптивная вентиляция – это та, которая регулируется по любому параметру воздуха. Это может быть температура, влажность или концентрация воздушных загрязнителей. Углекислый газ – один из них, и именно он является общепризнанным показателем для регуляции воздухообмена.

На вокзалах, в торговых и офисных центрах адаптивная вентиляция с датчиками углекислого газа по всему зданию сокращает траты на электроэнергию на 30-50 %. Правда, стоят такие сложные инженерные системы сотни тысяч рублей, так что в обычной квартире в них нет большого смысла.

Но есть адаптивная вентиляция и для обычных квартир. Стоит она как минимум в 10 раз меньше, а уменьшить траты на вентиляцию может на те же 30-50 %. В будущем эта система будет дополняться новыми датчиками, в том числе датчиками частиц РМ2.5 и летучих органических соединений, а также модулями для управления кондиционерами, увлажнителями и очистителями воздуха.

Выводы

Пока это вся информация, обязуюсь сделать обзорный трип в Новосибирске. Что можно сказать по итогу? Интерьер, «атмосфера», цены, сервис, комфорт – это всё, конечно, важно. Но есть еще и настоящая атмосфера, которая очень важна для здоровья. И тут всплывает много интересного. Далеко не везде состояние воздуха бывает удовлетворительным. Воздух не видно – значит, на нём можно сэкономить. Зачем платить деньги за вентиляцию, как это улучшит коммерческие показатели? От СЭС отбились при сдаче объекта и, слава богу. Но для нас с вами эта ситуация может быть очень неприятной. И об этом надо знать. Боюсь представить, что происходит в школах, детсадах, игровых комнатах для детей, фитнес-клубах и офисах. А что у каждого из нас в спальне? Немного заспойлерю – уже сделали замеры СО2 в классе одной из школ – больше 2000ppm! А дети же там должны учиться и работать головой. А как требовать от ребенка концентрации и успеваемости, когда голова не варит просто физиологически? Короче, я хочу выбирать места работы и отдыха еще и по качеству воздуха. Верю, что это существенно улучшит «среднюю температуру по палате» — самочувствие моё и моей семьи.

В заключение, возьму на себя труд дать пару советов что делать, если «выбрать нельзя» — например, в душном самолёте

• Используйте обдув – есть в каждом самолёте на потолке или «в спинке впередистоящего кресла». Оттуда воздух идет тоже с превышением по СО2 (проверено), но он хотя бы раздувает тот «пузырь» углекислого газа, который вы вокруг себя «надышали».
• Если в салоне жарко – раздевайтесь. Пусть будет чуть прохладно. Чем ниже температура тела – тем лучше кровь насыщается кислородом и выводится углекислота.
• Сведите активность к минимуму. Лучше спать или «медитировать». Постарайтесь не нервничать, не брать в уме тройные интегралы. Помните, мозг потребляет около 20% всего кислорода в крови!
• Если курите – лучше не курить за несколько часов до полёта. Это позволит очистить кровь от угарного газа и улучшит снабжение мозга кислородом. Лучше используйте никотиновые жвачки/таблетки/пластыри.
• После прилета проведите часок на улице – продышитесь, сделайте дыхательную гимнастику, нормализуйте биохимию в крови — дайте мозгу прийти в себя!

Выводы и выходы

Проблема с вентиляцией наиболее остро стоит в квартирах, офисных зданиях и детских учреждениях. Тому есть две причины:

1. Расхождение между строительными нормативами и санитарно-гигиеническими рекомендациями.

Первые гласят: не выше 1 400 ppm CO2, вторые предупреждают: это слишком много.

2. Несоблюдение нормативов при возведении, реконструкции или эксплуатации здания.

Самый простой пример – установка пластиковых окон, которые не пропускают уличный воздух и усугубляют тем самым ситуацию с накоплением углекислого газа в помещении.

Какой бы ни была причина, выход один: нужно обеспечить постоянный приток свежего воздуха, который будет вытеснять CO2.

Нет необходимости перестраивать всю вентиляционную систему, достаточно будет компактной приточной вентиляции. Она, кстати, еще и очищает входящий воздух и подогревает его до комнатной температуры. Другими словами, повышает качество воздуха сразу по трем направлениям: уменьшение уровня углекислого газа, очистка и поддержание температурного режима.

• Robertson, D. S. Health effects of increase in concentration of carbon dioxide in the atmosphere // Current Science, 2006. – Vol. 90. – Issue 12.
• СП 44.13330.2011 Административные и бытовые здания.