PRZYRZĄDY Z CYFROWĄ DUSZĄ
Monitorowanie jakości powietrza w pomieszczeniach
Monitorowanie jakości powietrza w pomieszczeniach jest obecnie jednym z ważnych kierunków badań, który ma znaczenie dla rozwoju inżynierii budowlanej, a szczególnie konstruowania ,,pasywnych i zdrowych budynków”. Monitorowanie i kontrolowanie temperatury, wilgotności oraz koncentracji dwutlenku węgla w pomieszczeniach decyduje o komforcie ich użytkowania i ma pozytywny wpływ na nasze zdrowie.
Najważniejsze parametry decydujące o jakości powietrza
Nasz komfort termiczny jest w decydującym stopniu uzależniony od:
-
temperatury powietrza i nawet niewielkie jej zmiany mogą być bardzo mocno odczuwalne. Tymczasem kontrolowanie i utrzymanie temperatury na optymalnym poziomie (18 – 22°C) jest bardzo kosztowne i determinowane przez energochłonność budynku.
-
wilgotności względnej, określającej zawartość pary wodnej w powietrzu, która powinna mieścić się w zakresie od 40 do 60%. Nie jest ona parametrem krytycznym i tak ściśle kontrolowanym jak temperatura. Wartości znacznie odbiegające od optymalnego zakresu powodują jednak znaczący dyskomfort. Kontrolowanie wilgotności najczęściej odbywa się poprzez osuszanie cyrkulacyjne powietrza w układach klimatyzacyjnych.
- składu powietrza, który jest zdeterminowany przez mieszaninę gazów atmosferycznych. Największe znaczenie biofizyczne ma procentowy udział tlenu i dwutlenku węgla. Koncentracja tych dwóch gazów może zmieniać się w pomieszczeniach bardzo szybko z uwagi na ich udział w procesach metabolicznych, chemicznych i biochemicznych. Zmiany koncentracji CO2 w powietrzu wdychanym mają większy wpływ na organizm człowieka niż porównywalne zmiany zawartości tlenu. Dlatego też, podstawowym elementem monitorowania składu powietrza jest kontrola stężenia dwutlenku węgla.
Konieczność monitorowania CO2 w powietrzu
Potrzeba monitorowania jakości powietrza, a szczególnie analizowanie zawartości dwutlenku węgla w pomieszczeniach ma szczególne znaczenie w kontekście trzech kategorii czynników:
- fizycznych,
- ekonomicznych,
- zdrowotnych.
Utrzymanie optymalnej jakości powietrza i redukcja stężenia CO2 wymaga ciągłej wentylacji obiektu. Intensywna wentylacja prowadzi do zwiększonej emisji ciepła poza budynek. Tymczasem uwarunkowania fizyczne wiążą się z ograniczaniem energochłonności budynków poprzez zmniejszenie emisji ciepła poza budynek.
Aspekty ekonomiczne są bezpośrednio związane z kosztami wentylacji w celu utrzymywania stężenia CO2 na dopuszczalnym poziomie.
Aspekty zdrowotne dotyczą głównie niekorzystnej reakcji ludzkiego organizmu na zwiększoną zawartość dwutlenku węgla w powietrzu wdychanym.
Podwyższone stężenie CO2 powoduje obniżenie koncentracji i senność. Gdy stężenie dwutlenku węgla osiąga wartość porównywalną ze stężeniem tlenu w powietrzu (około 20%), może powodować zagrożenie dla życia. Utrzymanie optymalnych wartości stężenia dwutlenku węgla pośrednio przyczynia się więc do zwiększenia wydajności naszej pracy i zmniejsza ryzyko wystąpienia dolegliwości chorobowych wywołanych ekspozycją na duże stężenia CO2 .
Regulacje prawne dotyczące stężenia CO2 w pomieszczeniach
W krajach wysoko rozwiniętych Ameryki Północnej i Europy dużą wagę przykłada się do wszystkich trzech kategorii wyżej wymienionych czynników. W tych regionach świata wprowadzono normy regulujące jakość powietrza i zalecenia dotyczące stężenia CO2 w pomieszczeniach.
Obowiązujące normy dotyczące wentylacji to:
- ASHRAE 62.1-2013 w Stanach Zjednoczonych
- EN-15251:2012, EN-15241:2011, EN-15242:2009 i EN-13779:2008 w Europie.
Mają one na celu uzyskanie akceptowalnej jakości powietrza w pomieszczeniach.
W Polsce do 2015 roku obowiązywały normy: PN-83/B-03430 i PN-83/B-03430/Az3:2000, które zostały zastąpione wspomnianymi wcześniej regulacjami europejskimi.
Wszystkie wspomniane dokumenty normujące w podobny sposób wskazują intensywność wentylacji w zależności od liczby osób, typu i kubatury pomieszczenia. Zalecana obecnie intensywność wentylacji wymuszającej wymianę powietrza wynosi od 15 do blisko 40 m3/h na osobę. Regulacje prawne odnoszą się także do limitów stężeń CO2, które są niekorzystne lub groźne dla zdrowia.
Wpływ zawartości CO2 na nasze zdrowie
Należy pamiętać, że przy dużym stężeniu dwutlenku węgla w powietrzu, przyjmującym wartość powyżej 20%, może w krytycznym przypadku dojść do śmierci. W zakresie należącym do średnich stężeń najczęściej pojawia się senność i ograniczenie koncentracji. Zwiększenie koncentracji CO2 powyżej 1000 ppm w powietrzu wdychanym wywołuje nie tylko utratę koncentracji i senność, ale i zwiększoną częstość oddechów, duszność, i kołatanie serca.
W tabeli zestawiono wartości stężenia dwutlenku węgla w powietrzu wdychanym i ich wpływ na organizm ludzki.
Charakterystyczne poziomy stężenia CO2 i ich wpływ na organizm ludzki
| Stężenie dwutlenku węgla w powietrzu | Uwarunkowania |
|---|---|
| 350-450 ppm | typowe stężenie CO2 w powietrzu atmosferycznym z tendencją wzrostową wywołaną działalnością człowieka |
| 600-800 ppm | dopuszczalny długotrwały poziom stężenia niepowodujący skutków ubocznych |
| 1000 ppm | graniczny poziom długotrwałego stężenia w pomieszczeniach |
| 5000 ppm* | dopuszczalny poziom przy 8 godzinnej ekspozycji |
| 6000-30000 ppm | dopuszczalny poziom stężenia przy krótkotrwałej ekspozycji |
| 3-8% | zakres stężeń CO2 wywołujących zmiany parametrów biofizycznych |
| >10% | poziom CO2, przy którym pojawiają się objawy zatrucia |
| >20% | poziom stężenia CO2, przy którym pojawia się ryzyko zagrożenia życia |
*typowa wartość stężenia CO2 w wydychanym powietrzu
Szybkość zmian stężenia CO2
Podwyższone stężenie CO2 może bardzo szybko pojawić się w pomieszczeniach publicznych, w których jednocześnie przebywa wiele osób. Wynika to z faktu, że przy niewielkim wysiłku fizycznym zawartość dwutlenku węgla w wydychanym powietrzu sięga 5000 ppm.
Teoretycznie w zamkniętym i pozbawionym wentylacji pomieszczeniu o powierzchni 20 m3 jeden człowiek podczas 8-godzinnego snu jest w stanie zmienić poziom stężenia dwutlenku węgla z 350 ppm do około 6000 ppm.
Tak więc stężenie dwutlenku węgla może zmieniać się bardzo szybko i dlatego tak ważny jest pomiar parametrów powietrza, ze szczególnym naciskiem na kwestię koncentracji CO2.
Poprawa jakości powietrza poprzez zwykłe wietrzenie pozostaje w sprzeczności z równie ważnymi wytycznymi dotyczącymi zwiększania izolacji cieplnej budynków i ograniczania energochłonności. W związku z tym zagadnienie monitorowania poziomu CO2, wilgotności i temperatury powietrza jest obecnie podstawą w procesie optymalizowania systemów grzewczych i wentylacyjno-klimatyzacyjnych w obiektach.
Połączenie sterowania wentylacją z monitoringiem powietrza
Zwracając uwagę na poziom CO2 można znacznie efektywniej zarządzać bilansem cieplnym pomieszczeń i budynków, a jednocześnie utrzymać właściwy komfort eksploatacyjny. Z pomocą przychodzi rozwiązanie dedykowane monitorowaniu jakości powietrza i sterowaniu wentylacją, takie jak AXIOMET AX-CO2-1. Jest to cyfrowy system monitorująco-rejestrujący z funkcją pomiaru temperatury, wilgotności względnej i stężenia CO2.
Przyrząd wyposażony został w dwustanowe wyjście, którego stan będzie wyzwalany zaprogramowanymi przez użytkownika poziomami alarmowymi. Umożliwia on tym samym zastosowanie prostego układu regulacyjnego typu włącz / wyłącz w układzie wentylacji wymuszonej.
Podsumowanie
Zagadnienie monitorowania i kontrolowania mikroklimatu w pomieszczeniach zamkniętych powinno być rozpatrywane w ścisłym powiązaniu z kwestią poprawy funkcjonalności budynków i zmniejszenia ich energochłonności. Z jednej strony bowiem wchodzą w grę uwarunkowania ekonomiczne eksploatacji obiektów, zaś z drugiej aspekty zdrowotne.