Опасная концентрация углекислого газа в воздухе и Быстрее, выше, жарче

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.

Требования безопасности при работе с углекислотой

Вещество углекислый газ является мало опасным. Опасность представляет превышение его объемной доли в воздухе от 5 %. Превышения этого параметра отрицательным образом отразится на самочувствии человека. Может наступить удушье, головокружение, а если человек длительно вдыхает воздух с повышенной углекислотной концентрацией, то он может потерять сознание и даже умереть. Слабо-проветриваемые помещения являются местом скапливания газа. Также таким местом могут быть помещения, где происходит гниение древесины или других материалов. Дело в том, что процесс гниения каких-либо материалов сопровождается значительным выделением СО2.

Количество углекислого газа, концентрация которого достигает 10 % в воздухе, представляет смертельную опасность! Если произойдет прямой контакт кожи с жидкой углекислотой, то наступит обморожение кожной ткани или поражение слизистой оболочки. В качестве средств безопасности в процессе выполнения работ с эти газом, можно использовать как переносные, так и стационарные газоанализирующие устройства, шланговый противогаз и специализированную одежду.

Еще одним важным моментом является оборудование помещения системой вентиляции для обеспечения притока свежего воздуха и осуществления выдува из помещения воздуха, содержащего повышенное количество. При наступлении отравления, человек необходимо вывести в помещение, которое хорошо проветривается, или на улицу. Если же человек потерял сознание, но еще не наступила смерть, то ему необходимо срочно оказать медицинскую помощь – сделать искусственное дыхание.

Виды опасности при контакте

Создание ситуации риска при вдыхании

Как влияет кратковременное воздействие углекислоты

Полезная информация

Как рассчитать, какое количество газа находится в баллоне?

Особенности хранения углекислоты и ее транспортировка

Оказание помощи при отравлении углекислотой

Евгений Лысенко,
канд. биол. наук, ст. науч. сотр. Института физиологии растений им. Тимирязева РАН
«Троицкий вариант» №14(233), 18 июля 2017 года

В школе нас учат, что растения используют энергию солнечного света, чтобы из CO2 и воды синтезировать глюкозу. В университете добавляют, что солнечный свет запускает одну фазу (так называемую световую), а синтез глюкозы из CO2 и воды происходит в другой фазе (так называемой темновой). И это действительно разные фазы: один процесс протекает в мембранах, а другой в клеточном матриксе, в водной фазе. Гены хлоропластов в основном кодируют белки световой фазы фотосинтеза, прямого отношения к реакциям с CO2 они не имеют, поэтому дальше мы о них говорить не будем. В хлоропластах цветковых растений лишь один ген (rbcL) кодирует фермент, который участвует в темновой фазе, в фиксации CO2, в цикле Кальвина. Но это самый важный фермент — к органической молекуле (рибулозо-1,5-бисфосфату) и запускает весь цикл Кальвина. Фермент этот (рубиско, RuBisCO) работает крайне медленно, лимитирует работу всей системы фиксации CO2, растения вынуждены нарабатывать его в огромных количествах. Отчего же так?

Фотосинтез возникал более миллиарда лет назад, когда концентрация СО2 в воздухе была значительно больше, чем сейчас. Углекислый газ легче проникал в клетки, растворялся в них, отчасти превращаясь в НСО3–. В клетках было гораздо больше CO2 и НСО3–. Но потом фотосинтезирующие организмы буквально выкачали СО2 из атмосферы, осадили его, как говорят планетологи. Заодно создали из CO2 некоторые острова. Но возникла проблема: рубиско хорошо работает при гораздо более высоком содержании CO2, чем получается сейчас при его пассивном поступлении в клетку. В процессе эволюции фотосинтезирующие организмы научились увеличивать концентрацию CO2 в том месте, где «работает» рубиско — в цитозоле цианобактерий или в строме хлоропластов у водорослей и растений. Были задействованы разные механизмы: ферменты карбоангидразы ускоряют превращение CO2 + Н2О ↔ НСО3– + Н+; у растений работает несколько разновидностей С4-цикла, в котором НСО3– (при более низкой его концентрации в клетке) присоединяется к другой органической молекуле (фосфоенолпирувату), ее направляют к месту работы рубиско и там расщепляют с образованием CO2. Особый тип — CO2 concentrating mechanism, CCM — возник у цианобактерий. Не пытаясь разбираться в этих механизмах, запомним: с падением содержания CO2 в воздухе растениям, водорослям, цианобактериям пришлось вырабатывать и применять сложные, энергозатратные механизмы, чтобы приспособиться к новой реальности. А еще синтезировать рубиско в огромных количествах — в листьях растений это самый массовый белок.

В приведенных автором цитатах из текста Юлии Латыниной первая — «чем больше CO2 будет в воздухе, тем зеленее и сочнее будет наша планета» — действительно вызывает улыбку. Фотосинтез — очень эффективный процесс, и механизмы внутриклеточного концентрирования CO2 работают надежно. Рост растений — для того, чтобы планета стала зеленее, — ограничивает не фотосинтез, а совсем другие факторы, в том числе хозяйственная деятельность человечества. А вот фраза «Никакого от него, CO2, вреда, окромя пользы» выглядит весьма правдоподобно. Во всяком случае, если мы ограничимся воздействием этого газа на один (любой) вид растений. Как усиленное поглощение CO2 влияет на конкуренцию между разными видами растений, может ли это приводить к вытеснению одних видов другими, к падению видового разнообразия — в этом я не разбираюсь. И с интересом познакомлюсь с примерами, если мне их покажут. Я слышал о таких примерах в области минерального (азотного) питания, но по отношению к CO2 мне это пока кажется удивительным.

Поэтому задам вопрос. В статье Ирины Делюсиной содержится явный намек на то, что увеличение содержания CO2 в воздухе будет вредно (токсично?) для растений. Прошу объяснить, как и в чем это будет выражаться. Конечно, в результате увеличения содержания CO2 в воздухе может нарастать температура, может меняться климат, и уже это может наносить вред растениям. Как исследователь я как раз изучаю влияние повышения температуры на хлоропласты. Но это разные вопросы, и давайте не будем их смешивать.

P. S. Я не являюсь специалистом по темновой стадии фотосинтеза (циклу Кальвина и прочим процессам, связанным с фиксацией СО2). Однако в российском «растеническом» научном сообществе осталось немного хороших исследователей световой фазы фотосинтеза и практически не осталось таковых для темновой фазы. Не модно. Поэтому я позволил себе изложить свое понимание этой ситуации и задать вопрос.

Что такое диоксид углерода

Диоксид углерода известен в основном в своем газообразном состоянии, т.е. в качестве углекислого газа с простой химической формулой CO2. В таком виде он существует в нормальных условиях – при атмосферном давлении и «обычных» температурах. Но при повышенном давлении, свыше 5 850 кПа (таково, например, давление на морской глубине около 600 м), этот газ превращается в жидкость. А при сильном охлаждении (минус 78,5°С) он кристаллизуется и становится так называемым сухим льдом, который широко используется в торговле для хранения замороженных продуктов в рефрижераторах.

Жидкая углекислота и сухой лед получаются и применяются в человеческой деятельности, но эти формы неустойчивы и легко распадаются.

А вот газообразный диоксид углерода распространен повсюду: он выделяется в процессе дыхания животных и растений и является важной составляющей частью химического состава атмосферы и океана.

Свойства углекислого газа

Углекислый газ CO2 не имеет цвета и запаха. В обычных условиях он не имеет и вкуса. Однако при вдыхании высоких концентраций диоксида углерода можно почувствовать во рту кисловатый привкус, вызванный тем, что углекислый газ растворяется на слизистых и в слюне, образуя слабый раствор угольной кислоты.

Кстати, именно способность диоксида углерода растворяться в воде используется для изготовления газированных вод. Пузырьки лимонада – тот самый углекислый газ. Первый аппарат для насыщения воды CO2 был изобретен еще в 1770 г., а уже в 1783 г. предприимчивый швейцарец Якоб Швепп начал промышленное производство газировки (торговая марка Schweppes существует до сих пор).

Углекислый газ тяжелее воздуха в 1,5 раза, поэтому имеет тенденцию «оседать» в его нижних слоях, если помещение плохо вентилируется. Известен эффект «собачьей пещеры», где CO2 выделяется прямо из земли и накапливается на высоте около полуметра. Взрослый человек, попадая в такую пещеру, на высоте своего роста не ощущает избытка углекислого газа, а вот собаки оказываются прямо в густом слое диоксида углерода и подвергаются отравлению.

CO2 не поддерживает горение, поэтому его используют в огнетушителях и системах пожаротушения. Фокус с тушением горящей свечки содержимым якобы пустого стакана (а на самом деле – углекислым газом) основан именно на этом свойстве диоксида углерода.

Углекислый газ в природе

Углекислый газ в природе образуется из различных источников:

• Дыхание животных и растений. Каждому школьнику известно, что растения поглощают углекислый газ CO2 из воздуха и используют его в процессах фотосинтеза. Некоторые хозяйки пытаются обилием комнатных растений искупить недостатки приточной вентиляции. Однако растения не только поглощают, но и выделяют углекислый газ в отсутствие света – это часть процесса дыхания. Поэтому джунгли в плохо проветриваемой спальне – не очень хорошая идея: ночью уровень CO2 будет расти еще больше.
• Вулканическая деятельность. Диоксид углерода входит в состав вулканических газов. В местностях с высокой вулканической активностью CO2 может выделяться прямо из земли – из трещин и разломов, называемых мофетами. Концентрация углекислого газа в долинах с мофетами столь высока, что многие мелкие животные, попав туда, умирают.
• Разложение органических веществ. Углекислый газ образуется при горении и гниении органики. Объемные природные выбросы диоксида углерода сопутствуют лесным пожарам.

Углекислый газ «хранится» в природе в виде углеродных соединений в полезных ископаемых: угле, нефти, торфе, известняке. Гигантские запасы CO2 содержатся в растворенном виде в мировом океане.

Выброс углекислого газа из открытого водоема может привести к лимнологической катастрофе, как это случалось, например, в 1984 и 1986 гг. в озерах Манун и Ньос в Камеруне. Оба озера образовались на месте вулканических кратеров – ныне они потухли, однако в глубине вулканическая магма все еще выделяет углекислый газ, который поднимается к водам озер и растворяется в них. В результате ряда климатических и геологических процессов концентрация углекислоты в водах превысила критическое значение. В атмосферу было выброшено огромное количество углекислого газа, который наподобие лавины спустился по горным склонам. Жертвами лимнологических катастроф на камерунских озерах стали около 1 800 человек.

Основными антропогенными источниками диоксида углерода являются:

Несмотря на то, что доля экологичного транспорта в мире растет, подавляющая часть населения планеты еще не скоро будет иметь возможность (или желание) перейти на новые автомобили.

Активное сведение лесов в промышленных целях также ведет к повышению концентрации углекислого газа СО2 в воздухе.

Углекислый газ в организме человека

CO2 – один из конечных продуктов метаболизма (расщепления глюкозы и жиров). Он выделяется в тканях и переносится при помощи гемоглобина к легким, через которые выдыхается. В выдыхаемом человеком воздухе около 4,5% диоксида углерода (45 000 ppm) – в 60-110 раз больше, чем во вдыхаемом.

Углекислый газ играет большую роль в регуляции кровоснабжения и дыхания. Повышение уровня CO2 в крови приводит к тому, что капилляры расширяются, пропуская большее количество крови, которое доставляет к тканям кислород и выводит углекислоту.

Дыхательная система тоже стимулируется повышением содержания углекислого газа, а не нехваткой кислорода, как может показаться. В действительности нехватка кислорода долго не ощущается организмом и вполне возможна ситуация, когда в разреженном воздухе человек потеряет сознание раньше, чем почувствует нехватку воздуха. Стимулирующее свойство CO2 используется в аппаратах искусственного дыхания: там углекислый газ подмешивается к кислороду, чтобы «запустить» дыхательную систему.

Углекислый газ и мы

Углекислый газ необходим человеческому организму так же, как кислород. Но так же, как с кислородом, переизбыток углекислого газа вредит нашему самочувствию.

Большая концентрация CO2 в воздухе приводит к интоксикации организма и вызывает состояние гиперкапнии. При гиперкапнии человек испытывает трудности с дыханием, тошноту, головную боль и может даже потерять сознание. Если содержание углекислого газа не снижается, то далее наступает черед гипоксии – кислородного голодания. Дело в том, что и углекислый газ, и кислород перемещаются по организму на одном и том же «транспорте» – гемоглобине. В норме они «путешествуют» вместе, прикрепляясь к разным местам молекулы гемоглобина. Однако повышенная концентрация углекислого газа в крови понижает способность кислорода связываться с гемоглобином. Количество кислорода в крови уменьшается и наступает гипоксия.

Такие нездоровые для организма последствия наступают при вдыхании воздуха с содержанием CO2 больше 5 000 ppm (таким может быть воздух в шахтах, например). Справедливости ради, в обычной жизни мы практически не сталкиваемся с таким воздухом. Однако и намного меньшая концентрация диоксида углерода отражается на здоровье не лучшим образом.

Согласно выводам некоторых исследований, уже 1 000 ppm CO2 вызывает у половины испытуемых утомление и головную боль. Духоту и дискомфорт многие люди начинают ощущать еще раньше. При дальнейшем повышении концентрации углекислого газа до 1 500 – 2 500 ppm критически снижается работоспособность, мозг «ленится» проявлять инициативу, обрабатывать информацию и принимать решения.

И если уровень 5 000 ppm почти невозможен в повседневной жизни, то 1 000 и даже 2 500 ppm легко могут быть частью реальности современного человека. Наш эксперимент в школе показал, что в редко проветриваемых школьных классах уровень CO2 значительную часть времени держится на отметке выше 1 500 ppm, а иногда подскакивает выше 2 000 ppm. Есть все основания предполагать, что во многих офисах и даже квартирах ситуация похожая.

Безопасным для самочувствия человека уровнем углекислого газа физиологи считают 800 ppm.

Еще одно исследование обнаружило связь между уровнем CO2 и окислительным стрессом: чем выше уровень диоксида углерода, тем больше мы страдаем от окислительного стресса, который разрушает клетки нашего организма.

Углекислый газ в атмосфере Земли

В атмосфере нашей планеты всего около 0,04% CO2 (это приблизительно 400 ppm), а совсем недавно было и того меньше: отметку в 400 ppm углекислый газ перешагнул только осенью 2016 года. Ученые связывают рост уровня CO2 в атмосфере с индустриализацией: в середине XVIII века, накануне промышленного переворота, он составлял всего около 270 ppm.

Несмотря на такое ничтожное процентное содержание диоксида углерода в атмосфере, он оказывает огромное влияние на климат планеты. Углекислый газ – один из парниковых газов. Он поглощает и удерживает инфракрасное излучение с поверхности Земли, что в конечном итоге способствует повышению температуры на планете. Этот процесс называется парниковым эффектом. Без парникового эффекта температура на земном шаре была бы примерно на 30°С ниже.

Атмосфера Венеры на 96,5% состоит из углекислого газа, и, по-видимому, тоже подвержена парниковому эффекту. Из-за него Венера является самой жаркой планетой Солнечной системы, она горячее даже ближайшего к Солнцу Меркурия. Температура на Венере около 464°С – этого хватит, чтобы расплавить свинец и олово.

Рост уровня СО2 в атмосфере Земли ведет к усилению парникового эффекта, а тот, в свою очередь – к необратимым изменениям климата. Уже сейчас можно наблюдать таяние ледников. Например, знаменитая снежная шапка Килиманджаро уменьшилась за последние 100 лет на 80%.

Заключение

Что и говорить, без углекислого газа наш мир был бы совершенно другим. Он участвует в важнейших химических, биологических, климатических и геологических процессах на Земле. И чем больше мы о них знаем, тем проще нам принимать важные решения: выбирать образ жизни и создавать свою среду – свой здоровый и комфортный микроклимат.

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.

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.

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.

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.

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.

Углекислый газ – вещество без цвета и запаха, по сравнению с воздухом является более тяжелым веществом. При повышенной концентрации его относят к удушливым газам. Даже крайне незначительное повышение процента его содержания в помещении (до 2%) приводит к таким негативным последствиям для человека и животных, как слабость и сонливость.

Десятипроцентную концентрацию считают уже очень опасной. В этом случае углекислый газ способен вызвать такие неприятности, как головные боли, расстройства слуха, а так же обморочные состояния. Радует то, что к необратимым последствиям воздействие этого газа не приводит. Как только помещение будет проветрено, организм обновляется, и человек перестает чувствовать боль и дискомфорт.

Токсичность газа

В обычном состоянии углекислота не токсична. Как уже упоминалось выше, опасность представляют только повышенные его концентрации. Вдыхание большого его количества приводит к смерти.

Углекислота окружает нас постоянно

Атмосферный воздух состоит из трех основных веществ, одним из которых и является углекислый газ. Даже в совершенно чистых в плане экологии районах его концентрация составляет не менее 0,03%. Для дыхания же животных и человека безопасным можно считать воздух, концентрация СО2В в котором составляет не более 0,05%.

Уже при 0,06% могут проявляться такие симптомы, как слабость и замедленная реакция. Так же несколько нарушается дыхание и способность к сосредоточению. Тем, что живет в мегаполисах и трудится в офисах знакомо состояние, называемое синдромом больного помещения. Он проявляется при концентрациях в 0,08%. Люди, работающие в душных кабинетах, редко проветриваемых, начинают часто кашлять и быстро утомляются. При проявлении подобных симптомов следует сделать экспертизу воздуха для точного установления процента содержания СО2.

Дискомфорт и повышенная слабость при содержании в 0,1% значительно увеличиваются. Ежедневное пребывание в такой комнате может даже привести к негативным изменениям в структуре ДНК. Если же уровень углекислоты в воздухе увеличивается до 10%, человеку становится очень трудно дышать. При 30% начинают отчетливо проявляться все признаки отравления. Лишь один час вдыхания такого воздуха может привести к летальному исходу. 40% же не оставляют живому организму совершенно никакого шанса на выживание.

Установлено, что за час человек вдыхает около 20 литров кислорода. При этом в окружающую среду поступает около 18 л углекислоты. Этот же газ выделяется так же в результате жизнедеятельности бактерий при гниении чего-либо в подвалах или колодцах. В изолированных от внешнего мира помещениях он способен накапливаться. Это объясняет тот факт, что с появлением окон ПВХ синдром больного здания у людей начал проявляться намного чаще. По этой же причине отмечен рост процента заболевших астмой. Поэтому наиболее простым решением профилактики отравлений СО2 является обыкновенное проветривание помещений.

На настоящий момент изучены еще далеко не все вредные свойства этого газа. Он на самом деле может представлять собой достаточно серьезную опасность. Поэтому игнорирование опасных концентраций этого тяжелого газа в помещении можно считать просто непростительной ошибкой.

Как защититься от воздействия

Жители городов порядка 90% всего времени проводят внутри помещений. А в закрытом пространстве процент содержания

углекислого газа всегда намного выше, чем на улице. Если же рядом со зданием проходит шоссе, то даже улица не способна в достаточной мере обеспечить помещение нормальным уровнем кислорода. В этом случае на помощь могут прийти дополнительные средства фильтрации воздуха. Если ими не пользоваться неизбежно появление таких симптомов отравления, как бессонница, снижение иммунитета, нарушение обмена веществ, хроническая усталость, сердечнососудистые заболевания и т.д.

Уровень концентрации даже в экологически благополучных районах на данный момент составляет 380 ppm. Если этот показатель достигнет 600 ppm, планета станет идентичной душной комнате, и люди вряд ли хорошо смогут приспособиться к подобным условиям проживания. В офисах концентрация этого газа достигает в среднем 800 – 1200 ppm, а переполненных помещениях и все 2000.

Недавно ученые обнародовали результаты исследований, которые приводят к заключению о том, что токсичное воздействие СО2 на людей постепенно увеличивается. Так, например, из-за снижения кислотности крови, к которой приводит именно повышенная вдыхаемая доза СО2, учащается пульс, ухудшается слух, затрудняется дыхание, возникают слабость и головные боли.

По некоторым данным даже очень небольшой процент содержания углекислоты во вдыхаемом воздухе вызывает крайне негативные биохимические процессы в крови человека.

Правила эксплуатации газовых баллонов

Содержание углекислого газа в атмосфере Земли перешагнуло отметку 400 ppm и не собирается останавливаться. Похоже, эта новость взволновала только ученых, хотя должна бы вызвать отклик в каждом. Рассказываем, почему.

Углекислый газ (СО2) в атмосфере Земли проходит путь, отдаленно напоминающий известный всем с детства круговорот воды в природе. Смысл его сводится к тому, что СО2 появляется в воздухе вследствие природных и техногенных процессов, а потом частью удаляется из атмосферы, а частью накапливается в ее верхних слоях и влияет на климат.

Распределение СО2 в атмосфере Земли

На протяжении многих веков вплоть до начала промышленной революции основными источниками образования СО2 служили естественные процессы: извержения вулканов, разложение органики, лесные пожары и дыхание животных. Но примерно с середины XVIII в. на содержание СО2 в воздухе начинает ощутимо влиять промышленная деятельность человека, в первую очередь те ее виды, которые связаны со сжиганием ископаемого топлива (нефть, уголь, сланцы, природный газ и др.) и производством цемента. На их долю приходится около 75% антропогенной эмиссии СО2. За остальные 25% ответственно землепользование, в частности, активное сведение лесов.

Удаление части СО2 из воздуха происходит за счет его растворения в океане и поглощения растениями. Впрочем, растения не только поглощают углекислый газ, но и выпускают его: в процессе дыхания они так же, как и люди, «вдыхают» кислород и «выдыхают» СО2. Так что углекислый газ присутствует в атмосфере всегда, вопрос только в том, каково его количество.

За последние десятилетия содержание СО2 возрастает стремительнее, чем когда-либо прежде за время документальной истории. В 1750 г. концентрация СО2 в атмосфере составляла около 270 ppm и только через двести с лишним лет, к 1958 г., «доползла» до отметки 320 ppm. Еще пятьдесят лет – и скачок на целых 60 пунктов: в 2005 г. содержание СО2 в атмосфере составило 380 ppm. В 2010 г. – уже 395 ppm. А недавно ученые сообщили, что содержание углекислого газа перевалило за 400 ppm и обратно в обозримом будущем не вернется. Похоже, пора переписывать энциклопедии.

Между прочим, в истории Земли бывали периоды с куда большим содержанием углекислого газа. Четыре миллиарда лет назад атмосфера нашей юной планеты содержала целых 90% СО2. Правда, жизнь тогда еще не зародилась: кислорода не было вообще. 2,5 миллиарда лет назад появились растения и все наладилось.

Нужно сказать, что отметка в 400 ppm преодолевалась и ранее. Содержание СО2 в атмосфере меняется в течение года, достигая максимума в мае. Так что весенне-летнее повышение концентрации углекислого газа не вызывало опасений ученых. В мае 2015 года даже в Антарктике уровень СО2 достиг 400 ppm, чего не случалось 4 миллиона лет! Но зато в сентябре традиционно наблюдается самое низкое в году содержание СО2 в атмосфере. Поэтому сентябрьское преодоление отметки 400 ppm как нельзя нагляднее свидетельствует о неконтролируемом росте количества углекислого газа в воздухе.

Что с нами будет в этом «новом четыреста-пипиэмовом мире», как успела окрестить нашу планету западная пресса? Можно ответить в двух словах: глобальное потепление.

Глобальное потепление началось уже давно, и оно напрямую связано с содержанием углекислого газа в атмосфере. Дело в том, что СО2 – не просто газ, а парниковый газ. СО2 чрезвычайно инертен, он неохотно вступает в реакции с другими химическими элементами. За счет этого он накапливается в атмосфере Земли, где удерживает тепловое излучение с ее поверхности и препятствует его возвращению в космическое пространство. В этом и заключается парниковый эффект.

Парниковый эффект настолько крепко связан в нашем сознании с глобальным потеплением, что обычно ассоциируется с чем-то негативным. А между тем, именно парниковому эффекту мы обязаны комфортной жизнью на Земле. Без парниковых газов (кроме СО2 к ним относятся водяной пар, метан и озон) средняя температура на планете составляла бы –15°С, а не +15°С, как сейчас.

Но неконтролируемое повышение содержания парниковых газов приводит к усилению парникового эффекта, а тот, в свою очередь, – к глобальному потеплению. О нем слышали все и нередко относятся к нему с иронией, а иногда и подозрением: уж не заговор ли это производителей экотоплива? Все дело в том, что мы как будто бы не видим никаких признаков глобального потепления в повседневной жизни.

В самом деле, глобальное потепление – процесс медленный. Гренландия не растает ни завтра, ни послезавтра, ни даже через сто лет. Не будет никакой гигантской волны, смывающей Нью-Йорк, как в фильмах-катастрофах. Его затопит постепенно: городу придется отступить под натиском поднимающегося океана. Маленькие тихоокеанские острова исчезнут с лица Земли (вернее сказать, моря). Влажные регионы станут еще более влажными, а засушливые – еще более сухими. В первых будут плодиться насекомые-переносчики заболеваний, во вторых начнется острая нехватка продовольствия и питьевой воды. Приток пресных ледниковых вод в океан изменит курс теплых и холодных течений, что грозит похолоданиями в Северном полушарии и ураганами по всей планете. Дальше можно не продолжать: даже если малая часть этих прогнозов сбудется, человечеству придется непросто.

А пока среднегодовая температура по миру уже третий год подряд бьет рекорды. 2016 год называют самым жарким за последние 150 лет. Ученые установили, что атмосфера Земли потеплела на 1,45°С по сравнению с доиндустриальным периодом. Цифра может показаться ничтожной, но этого более чем достаточно, чтобы растопить льды.

Таяние льдов (фотографии NASA)

Так что приходится констатировать, что мы живем в эпоху глобального потепления. За последние сто лет уровень моря поднялся на 20 см.

Между прочим, повышение уровня СО2 в помещении тоже опасно, но по-другому: содержание СО2 выше 800 ppm вызывает ощущение духоты и негативно влияет на самочувствие человека. К счастью, есть способ его понизить. А вот снизить количество углекислого газа в атмосфере можно только объединенными усилиями всего мирового сообщества.

Правда, пока попытки ООН сдерживать эмиссию СО2 не приносят ощутимых результатов. Киотский протокол, устанавливающий квоты на газовые выбросы, вызывает недовольство все большего числа участников, потому что ограничивает возможности интенсивного промышленного развития.

Существует, впрочем, и альтернативная версия происходящего: если бы не антропогенная эмиссия, содержание СО2 в атмосфере постепенно уменьшалось бы, вызывая похолодание на всей планете. Люди, сжигая топливо, якобы делают вклад в будущее, сдерживая наступление катастрофы. Однако эта теория выглядит не такой уж оптимистичной, если вспомнить, что, по оценкам ученых, запасов ископаемого топлива нам хватит всего на 150 лет. Судя по всему, человечеству предстоит в очередной раз угадать, какое из двух зол меньшее.