Каково парциальное давление углекислого газа, норма и величина альвеолярной вентиляции. Артериальное парциальное давление углекислого газа

Что такое углекислый газ, какое действие он оказывает на организм человека и почему именно его концентрацию измеряют для определения качества воздуха? В этой статье мы развенчаем несколько популярных мифов об СО2, приведем нормативы ГОСТ по концентрации углекислого газа в помещениях и расскажем о том, как поддерживать её на оптимальном уровне без особых усилий.

О «вредном» углекислом газе и «живительном» кислороде

Существует устойчивый стереотип о том, что СО2 – это плохо, а О2 – это хорошо. В действительности всё иначе: роль углекислого газа в метаболизме не менее важна, чем роль кислорода. Если бы в воздухе не было СО2, то мы попросту не смогли бы дышать.

Углекислый газ (СО2, диоксид углерода) является важным элементом окружающей среды, который участвует во многих процессах, выделяется при дыхании людей и животных. Его содержание в атмосферном воздухе невелико – измеряется долями процента.

Почему СО2 так важен для нормальной работы организма? Углекислый газ является продуктом метаболизма. Когда мы делаем вдох, лёгкие наполняются кислородом. Затем кровь «забирает» этот кислород и отдаёт лёгким наш «внутренний» углекислый газ. В этом процессе обмена СО2 (содержащийся в воздухе) играет очень важную роль: без него кислород просто не сможет освободиться от связки с гемоглобином и насытить ткани и органы, что приведет к кислородному голоданию. Из этого можно сделать один важный вывод:

В составе воздуха нет «вредных» и «полезных» газов – всё дело в их соотношении.

Если соотношение правильное, то воздух будет для нас полезен. Если баланс нарушен, то такой воздух будет вредить нашему самочувствию и здоровью.

Еще один стереотип об углекислом газе касается процесса дыхания. Считается, что мы делаем вдох при дефиците кислорода. В действительности возбудителем дыхательной системы является не О2, а СО2. Проще говоря, мы делаем вдох, чтобы высвободить наш «внутренний» СО2. Этот процесс активизирует содержащийся в воздухе углекислый газ.

Что происходит с организмом при его высоких концентрациях?

Как мы помним, углекислый газ выделяется при дыхании человека вместе с другими продуктами метаболизма (ацетон, сероводород, аммиак и прочие). В среднем взрослый человек за одни сутки выделяет в окружающую среду 1 килограмм СО2.

Мы выдыхаем в 100 раз больше углекислого газа, чем вдыхаем.

Во вдыхаемом нами воздухе содержится до 0,04% СО2, а в выдыхаемом – до 4%. Это говорит о том, что концентрация углекислого газа в помещении без стабильного воздухообмена будет расти по экспоненте, увеличиваясь с каждым часом. Есть определенный предел содержания двуокиси углерода, после которого он становится опасным для человека. По международной системе классификации опасности газов, СО2 относится к удушающим газам IV класса опасности, наряду с аммиаком.

При долгом пребывании в закрытом помещении с высоким содержанием углекислого газа возникает интоксикация СО2 (гиперкапния). Проявляется головной болью, высоким потоотделением, тошнотой – вплоть до потери сознания. Причина таких состояний – в нарушении кислотности крови.

Первичная стадия гиперкапнии – респираторный ацидоз, когда снижается концентрации внимания и растет артериальное давление. Сердце при этом бьётся чаще, мысли в голове начинают путаться, возникает вялость, хочется спать. Чем дольше мы будем находиться в закрытом помещении без нормального воздухообмена, тем сильнее будет проявляться перечисленная выше симптоматика.

«Плохой дом». Есть такое понятие, как «плохой дом». Это когда человек, находясь дома, начинает себя плохо чувствовать. Когда он покидает своё жилище, симптомы пропадают, но стоит ему вернуться, как они возвращаются. Дом может стать «плохим» по причине проблем с вентиляцией – когда в помещении нет воздухообмена.

Что будет, если избыток СО2 будет постоянным? Если содержание углекислого газа в помещении сохраняется высоким на протяжении длительного времени, пребывание в нём может привести к хроническому дыхательному ацидозу. Он, в свою очередь, приводит к ряду негативных последствий:

• плохой сон;
• хроническая усталость, слабость;
• суставные и головные боли;
• снижение иммунитета;
• замедление процессов метаболизма;
• болезни сердечно-сосудистой системы;
• заболевания дыхательных путей.

Каким должен быть уровень содержания СО2 по ГОСТ?

В соответствии с требованиями ГОСТ 30494-2011 нормой СО2 в помещении является 800 ppm, при этом допускается повышение концентрации двуокиси углерода до 1000-1400 ppm. Это требование для помещений первой категории, то есть жилых, в которых люди отдыхают и спят.

Для начала разберемся в системе измерения. Обозначение «ppm» – это аббревиатура, сокращение фразы parts per million, то есть количество частиц газа в 1 млн. частиц воздушной смеси. Если перевести в проценты, то 1000 ppm – это 0,1% от общего объёма воздуха.

Приведём данные по влиянию содержания СО2 в помещении на человека.

• От 350 до 400 ppm. Концентрация углекислого газа на открытом воздухе в городских условиях: является оптимальным показателем для города;
• От 500 до 600 ppm. Желательные показатели уровня СО2 для пребывания в помещении, при которых создаются лучшие условия для работы и отдыха;
• От 600 до 1000 ppm. Может появиться головная боль, ухудшается концентрация внимания и работоспособность;
• От 1000 до 1500 ppm. Появляется слабость, трудно заставить себя сосредоточиться на чём-либо, возникает сонливость, апатия, сон будет беспокойным;
• Свыше 1500 ppm. Предельное содержание углекислого газа, при котором начинается сильная головная боль и слабость, тошнота, дальнейшее ухудшение самочувствия.

Пример для наглядности. Представим, что в комнате площадью 18 кв.м. находится один человек. В помещении есть вытяжная вентиляция, но окна закрыты – то есть нет притока внешнего воздуха. В течение часа один человек выделяет около 0,02 м³ (или 20 литров) углекислого газа, то есть за 10 часов концентрация СО2 в воздухе комнаты достигнет 0,2 м³ или 2000 ppm, что выше предельно допустимых норм в 1,4 раза.

Измерение СО2 является наиболее распространенным способом оценки качества воздуха. По этой причине производители климатической и вентиляционной техники встраивают в неё специальное оборудование для измерения уровня углекислого газа. Оно позволяет определить концентрацию СО2 с минимальной погрешностью.

По каким причинам может расти уровень СО2 в помещении?

Основной причиной роста концентрации углекислого газа является наличие его постоянного источника – то есть людей, а также домашних животных и растений, которые тоже выделяют этот газ. Чем больше людей одновременно находится в помещении, тем быстрее растет уровень СО2.

Этот процесс протекает ускоренными темпами, если в помещении установлены и закрыты пластиковые окна. Дело в том, что так называемый вторичный жилой фонд строился в то время, когда строительным стандартом были деревянные окна. Проект многоквартирных домов был рассчитан на то, что «пассивный» приток воздуха с улицы будет осуществляться в том числе и через щели в окнах. Герметичные пластиковые конструкции во «вторичке» ломают эту схему, что приводит к отсутствию воздухообмена в квартирах.

Еще один фактор, который может способствовать повышенному содержанию СО2 – это проблемы с вытяжкой. В этом случае частое проветривание не поможет. Когда в вытяжке нет тяги, «старый», отработанный воздух не уходит в вентиляционный канал, а свежий не поступает в помещение, поэтому уровень углекислого газа практически не снижается.

Как обеспечить нормальный уровень СО2?

В этой ситуации самым простым решением многие считают оконное проветривание. Если общедомовая вытяжка работает исправно, то проветривание действительно помогает поддерживать оптимальный уровень СО2. Однако есть несколько нюансов.

Первый – далеко не все готовы проветривать помещения в доме «по расписанию», каждые 1,5-2 часа. Другой момент: климат в большинстве регионов нашей страны не располагает к частым проветриваниям. Если летом это возможно, то зимой и в межсезонье, когда на улице мороз, открытые окна приведут к серьёзным теплопотерям, простудным заболеваниям, обострениям хронических болезней, не говоря уже о вреде резких перепадов температуры для мебели и покрытий стен.

В условиях города с проветриванием связаны и другие сложности – это уличный шум и дорожная пыль, которая будет лететь в окна, и автомобильные выхлопы. Перечисленные выше причины сейчас приводят к тому, что большинство владельцев квартир стараются открывать окна как можно реже.

Приточная вентиляция – простое решение проблемы

Как же тогда поддерживать оптимальный уровень углекислого газа в помещении? Так как проветривание подходит далеко не всем, логично было бы найти универсальное решение, без ограничений. Таким решением является установка приточной вентиляции – системы «принудительной» подачи свежего воздуха. При работающей вытяжке такая система способна обеспечить в помещении стабильный воздухообмен, при котором в воздухе помещения будет постоянно поддерживаться оптимальный, рекомендованный уровень углекислого газа.

Ассортимент бытовых приточных вентиляций, который доступен потребителю, сейчас настолько велик, что выбрать подходящую модель достаточно трудно. Как правило, покупатели ориентируются на самое выгодное соотношение цены и возможностей вентиляции. По этому критерию одним из самых популярных приточных вентиляций является оборудование российского производителя OXY.

«Приточки» OXY не случайно пользуются доверием со стороны покупателей. Вентиляции OXY, OXY2 и OXY3 представляют собой экономичные, компактные и производительные устройства, которые не только решают проблему духоты в квартире, но и обеспечивают очистку подаваемого воздуха от различных загрязнений (пыли, пуха, пыльцы растений и других аллергенов).

Приточная вентиляция OXY имеет простую конструкцию: в компактный корпус заключен электрический вентилятор, система очистки воздуха со сменным фильтром, процессор, управляющий работой прибора, электронагреватель мощностью в 1 кВт. Корпус изготовлен из высокопрочного и экологически чистого ABC-пластика. Можно заказать прибор в корпусе из натурального дерева.

Высокая производительность устройства (до 150 м³ в час) позволяет за короткое время довести показатели СО2 до рекомендуемых 800 ppm. Зимой воздух подаётся в помещение уже подогретым до комфортной температуры, что исключает потери тепла. Опционально возможна установка дополнительного, угольного фильтра, который позволяет очищать поступающий воздух от посторонних запахов и смога.

Важной особенностью вентиляций OXY является модульность, возможность апгрейда. К примеру, выбрав модель OXY2, вы всегда можете заменить его на более функциональную OXY3 с небольшой доплатой.

Выводы

Далеко не все представления об углекислом газе соответствуют истине. Он не «хороший» и не «плохой». В составе воздуха он важен не сам по себе – важно правильное соотношение его доли с долями других газов.

Хотя СО2 малотоксичен, накапливаясь, он вредит самочувствию и здоровью человека. Постоянное пребывание в помещении с высоким уровнем этого газа провоцирует развитие различных болезней.

Оптимальный уровень СО2 для человека – 600-800 ppm. Чем сильнее его концентрация, тем хуже самочувствие. Есть несколько причин, по которым растет уровень СО2 – это количество людей, находящихся в помещении, наличие пластиковых окон, проблемы с работой вытяжной вентиляции.

Оконное проветривание – не самый удобный способ контроля уровня углекислого газа из-за потерь тепла, шума, пыли и сквозняков. Альтернативой является установка приточной вентиляции, которая обеспечит стабильный приток свежего воздуха, активизирует воздухообмен и позволит поддерживать концентрацию СО2 на оптимальном уровне.

Все чаще говорят о том, что повышенное содержание углекислого газа в воздухе негативно влияет на самочувствие человека. Но как определить качество воздуха? Какие меры принять по его улучшению? Какая вообще допустимая норма СО2 в помещении? Расскажем об этом, и начнем с того, как влияет углекислый газ на человеческий организм и чем он опасен.

Чем опасен для человека углекислый газ

Мы вдыхаем кислород, а выдыхаем углекислый газ, и это общеизвестно. За 1 час взрослый человек без физических нагрузок потребляет около 25 литров кислорода и выделяет примерно 22 литра углекислого газа, а во время тренировок, активных движений это количество возрастает до 36 литров. Воздух, который мы выдыхаем, содержит в 100 раз больше этого компонента, чем тот, что содержится в атмосфере. Однако многие не задумываются о том, что СО2 накапливается в помещении с недостаточной вентиляцией, изменяя состав и качество воздуха. По сути, это побочный продукт нашей жизнедеятельности, а мы, находясь в закрытом помещении, вынуждены вдыхать его повторно. Загрязненный воздух провоцирует ухудшение самочувствия у людей. Самые распространенные «симптомы» – сонливость, апатия, потеря концентрации, головная боль.

Влияние углекислого газа

Углекислый газ является неотъемлемой частью воздушной смеси, но его концентрация на улице не высока – всего около 400-450ppm (миллионные доли, parts per million), что соответствует 0,04% объемной концентрации. Чем больше промышленных предприятий расположено в жилом районе, тем выше будет концентрация загрязняющих веществ и углекислого газа. Поэтому для таких районов характерны повышенные нормы, а для зон с благоприятной экологической обстановкой – наоборот, пониженные. Норма уровня СО2 в помещении превышает уличные значения примерно в 1,5 раза, то есть до 600ppm.

Концентрация в 800ppm уже считается небезопасной, а при 1000ppm, то есть 0,1% объемной концентрации, возникают первые признаки «отравления» (беспричинная вялость, затрудненное дыхание). Однако и эти значения все еще входят в норму: превышением по санитарным нормативам считается уровень выше 1400ppm. При таких показателях уже трудно концентрироваться на выполнении заданий, если человек на работе, и трудно нормально засыпать, если речь идет об отдыхе дома.

Критические величины – более 3000ppm (0,3%). В этом случае быстро развиваются признаки кислородного голодания, тошнит, учащается пульс.

Симптомы воздействия углекислого газа

О том, что нормы СО2 в помещении (ppm) действительно влияют на самочувствие учащихся, проживающих и работающих, свидетельствуют многочисленные исследования, проводившиеся в странах Азии и Европы. Среди них:

• Индийские ученые из Калькутты определили, что СО2 – опасный токсин, в повышенной концентрации приводящий к биохимическим изменениям вплоть до клеточных мембран, а также провоцирующий ацидоз. Исследовали около 600 человек из промышленных районов и пригорода, и выяснили, что у тех, кто живет в загазованной атмосфере, в среднем на 60% выше уровень бикарбоната в сыворотке крови.
• Ученые Робертсон из Великобритании рассчитал, что неблагоприятные изменения в человеческом организме начинаются уже при содержании СО2 в пределах 426 ppm. Более существенные превышения провоцируют кратковременное перевозбуждение, непрекращающееся беспокойство и снижение желания проявлять физическую активность.
• Группа ученых из Финляндии во главе с Olli Seppanen задействовали в своем эксперименте более 30 тысяч человек и обнаружили, что в тех офисах, где концентрация углекислого газа не превышает 800ppm, люди работают с большей концентрацией внимания, реже жалуются на головную бол и меньше болеют респираторными инфекциями.
• В Италии ученые (члены Европейской комиссией DG SANCO в рамках программы «Health Effects of School Environment»), исследовали влияние СО2 на детей (эксперимент проводился в 2006 году) и выявили, что при превышении уровня в 1000ppm у детей в 2 раза выше риск появления ринита, а сухой кашель возникает в 3,5 раза чаще. Дети, которые долго находятся в загазованных помещениях, имеют более уязвимую носоглотку.
• Корейские специалисты исследовали связь между астмой и концентрацией углекислого газа в квартирах, где живут больные дети. Выяснилось, что содержание СО2 напрямую влияет на количество приступов.
• Аудиторская группа «KPMG» (Нидерланды) и ученые из Мидлсекского университетом (Великобритания) и провели эксперимент среди добровольцев – сотрудников офиса. Они доказали, что при превышении уровня в 800ppm внимательность снижалась на 30%, на уровне 1000ppm у людей начинались головные боли, Когда уровень достиг 1500ppm, то у большинства (80%) появилась усталость, а при 2000ppm 60% работников не смогли сосредоточиться на своих обычных действиях.

Все эти исследования так или иначе подтверждают: духота, головокружения, падение работоспособности и прочие симптомы общих недомоганий возникают не от недостатка О2, а от избытка СО2.

В каких случаях необходим контроль уровня углекислого газа

Существует 4 класса качества воздуха (согласно ГОСТ Р ЕН 13779):

• IDA 1 или высокое качество, менее 400ppm
• IDA 2 или среднее качество, около 400-600ppm
• IDA 3 или приемлемое, от 600ppm до 1000ppm
• IDA 4 или низкое, свыше 1000ppm

Невозможно уменьшить выделение углекислого газа: он образуется при дыхании, поступает с улицы (особенно если окна выходят на автомобильную трассу), выделяется при горении камина, при работе газовой плиты, котла или колонки.

Однако можно контролировать количество СО2 в помещении с помощью специальных датчиков и своевременно обеспечивать вентиляцию, не усугубляя негативные процессы и не ухудшая состояние людей. Особенно необходимы такие измерительные приборы в помещениях, где учатся дети, находятся на лечении астматики или проходят техпроцессы, требующие повышенной концентрации внимания от сотрудников. Понятно, что «на глаз» эти величины не определить, к тому же, люди обладают разными порогами чувствительности.

Обычно датчики объединяют с оборудованием вентиляционной системы. При этом важно, чтобы вентиляция обладала достаточно производительностью. Нормативы предписывают такой стандартный воздухообмен: для конференц-залов и аудиторий 25,5 м³/ч свежего воздуха, для ресторанов и офисов – 34 м³/ч, для больниц и жилых помещений – не менее 42,5 м³/ч в расчете на 1 человека.

Нормы углекислого газа в жилых помещениях

Для жилых помещений действуют строительные нормативы концентрации СО2, в соответствии с  ГОСТ 30494-2011, однако мнения физиологов на этот счет отличаются (они считают, что нормативы завышены и не могут обеспечить безопасность в действительности). Выделяют такие уровни «загазованности»:

• Атмосферный воздух, хорошее бодрое самочувствие: 400-600ppm по нормам и 300-400 по мнению физиологов;
• Среднее качество – 800-1000, однако на практике при верхнем пороговом значении каждый 2-й ощущает вялость, духоту, сонливость;
• Допустимая норма 1000-1400. Эти величины считаются предельно допустимыми значениями, но на практике у многих людей уже снижается внимательность, ухудшается восприятие и способность к обработке информации, нарушается дыхание, пересыхает слизистая в носоглотке;
• Воздух низкого качества – выше 1400 – провоцирует чувство сильной усталости, люди становятся безынициативными, не могут сосредоточиться на обычных делах, плохо засыпают. При превышении более 2000ppm 70% людей допускают ошибки в работе.

Нормы в школах

Чем больше углекислого газа в классе, тем сложнее воспринимать информацию и справляться с учебной нагрузкой. Так, в США действуют рекомендации, согласно которым концентрация СО2 в учебных помещениях не должна превышать 0,06%. В России по действующим стандартам объемная доля может составлять 0,08%. На практике такие величины соблюдаются редко – возможно 2-х или даже 3-х кратное превышение, из-за чего возникают потливость, заложенность носа, высокая утомляемость. Герметичные пластиковые окна существенно ухудшают естественную вентиляцию: в классе, где учится 25-30 человек, углекислый газ накаливается вдвое выше нормы всего за полчаса, то есть даже раньше, чем закончится урок. Поэтому рекомендуют проветривать помещение каждую перемену (если нет возможности провести комплексную модернизацию вентиляционной системы).

Нормы в офисах

Повышенное содержание углекислого газа в офисах провоцирует те же проблемы, что и в случае со школьниками в учебных учреждениях: производительность труда падает, а число ошибок растет. Согласно СанПин, допустимыми считаются уровни в диапазоне от 800 до 1400ppm, однако на практике уже при 1000 (0,1%) возникают признаки «передозировки».

В помещениях, где используется кондиционер, проблема только усугубляется. Ведь охлажденный воздух кажется комфортным, окна не открываются, вот только снижение температуры не приводит к понижению концентрации СО2. Поэтому важно установить специальный датчик, усовершенствовать систему вентиляции и следить за тем, чтобы плотность размещения сотрудников соответствовала действующим строительным стандартам – от 4 до 6,5 м2 на каждого человека.

В квартирах, офисных зданиях и детских образовательных учреждениях наиболее выражена проблема с вентиляцией. Она усугубляется и тем, что между строительными и санитарно-гигиеническими нормативами есть существенные расхождения. Если ГОСТ допускает превышение нормы СО2 до 1400ppm, то физиологи верхним предельным значением называют 800-1000.

На ситуацию сильно влияет и строительство с нарушениями: недостаточная вентиляция и установка пластиковых окон, кондиционеров без обеспечения соответствующего притока свежего воздуха. В помещениях, где постоянно находятся люди и невозможно постоянно держать открытыми окна, следует установить датчики контроля СО2 и компактную приточную вентиляцию, помогающую стабильно снижать уровень углекислого газа, исключая его пагубное воздействие на здоровье.