Monitorizarea calităţii aerului în încăperi

În prezent, monitorizarea calităţii aerului în încăperi este una dintre direcţiile importante de cercetare, care devine esenţială pentru dezvoltarea ingineriei construcţiilor, în special pentru construirea de „case pasive şi sănătoase”. Monitorizarea şi controlul temperaturii, umidităţii şi concentraţiei de dioxid de carbon din încăperi au un rol decisiv pentru confortul utilizării acestora şi au un efect pozitiv asupra sănătăţii noastre.

Cei mai importanţi parametri de care depinde calitatea aerului

Confortul nostru termic depinde, într-o foarte mare măsură, de:

• temperatura aerului şi modificări chiar şi mici ale acesteia pot fi foarte puternic resimţite. Totodată, controlul şi menţinerea temperaturii la un nivel optim (18 – 22°C) sunt foarte costisitoare şi sunt determinate de performanţa energetică a clădirii.

• umiditatea relativă, care exprimă concentraţia de vapori de apă din aer, care ar trebui să se situeze în intervalul 40 – 60%. Aceasta nu este un parametru critic şi la fel de strict controlat ca temperatura. Valorile care se abat cu mult de intervalul optim determină însă un disconfort accentuat. Controlul umidităţii este realizat, cel mai adesea, prin uscarea prin circularea aerului în sistemele de climatizare.

• compoziţia aerului, care este determinată de amestecul de gaze din atmosferă. Cea mai mare importanţă din punct de vedere biofizic o are procentul de oxid şi dioxid de carbon. Concentraţia acestor două gaze se poate schimba foarte repede în interiorul încăperilor, dată fiind participarea lor la procesele metabolice, chimice şi biochimice. Modificările concentraţiei de CO₂ în aerul inspirat au un efect mai mare asupra organismului uman decât modificările comparabile ale concentraţiei de oxid de carbon. De aceea, un element de bază al monitorizării compoziţiei aerului îl constituie controlul concentraţiei de dioxid de carbon.

Necesitatea monitorizării CO₂ din aer

Necesitatea monitorizării calităţii aerului, în special analizarea concentraţiei de dioxid de carbon din încăperi, au o mare importanţă în contextul a trei categorii de factori:

• fizici,
• economici,
• legaţi de sănătate.

Menţinerea unei calităţi optime a aerului şi reducerea concentraţiei de CO₂ necesită o ventilare continuă a clădirii. O ventilare intensă duce la creşterea emisiei de căldură în afara clădirii. În acelaşi timp, condiţionările de ordin fizic implică necesitatea creşterii performanţei energetice a clădirilor prin reducerea căldurii emise în afara acestora.

Aspectele economice sunt direct legate de costurile ventilaţiei în vederea menţinerii concentraţiei de CO₂ la nivelul admis.

Aspectele legate de sănătate se referă mai ales la reacţia organismului uman la concentraţia crescută de dioxid de carbon din aerul inspirat.

O concentraţie crescută de CO₂ cauzează scăderea capacităţii de concentrare şi somnolenţă. În cazul în care concentraţia de dioxid de carbon atinge o valoare comparabilă cu concentraţia de oxid din aer (circa 20%), poate prezenta un risc pentru viaţă. Prin urmare, menţinerea unor valori optime ale concentraţiei de dioxid de carbon determină în mod indirect creşterea randamentului activităţii noastre şi scade riscul de apariţie a unor afecţiuni determinate de expunerea la o concentraţie ridicată de CO₂ .

Reglementări legale privind concentraţia de CO₂ din încăperi

În ţările cu un nivel ridicat de dezvoltare din America de Nord şi Europa, se acordă o mare importanţă tuturor celor trei categorii de factori menţionate mai sus. În aceste zone au fost introduse standarde care reglementează calitatea aerului şi recomandări referitoare la concentraţia de CO₂ din încăperi.

Standardele în vigoare referitoare la ventilaţie sunt:

• ASHRAE 62.1-2013 în Statele Unite
• EN-15251:2012, EN-15241:2011, EN-15242:2009 şi EN-13779:2008 în Europa.

Acestea au drept scop obţinerea unei calităţi acceptabile a aerului în încăperi.

În Polonia, până în 2015 erau în vigoare standardele: PN-83/B-03430 şi PN-83/B-03430/Az3:2000, care au fost înlocuite de reglementările europene menţionate mai sus.

Toate standardele amintite se referă în mod asemănător la intensitatea ventilaţiei ca fiind funcţie de numărul de persoane, tipul şi volumul încăperii. Intensitatea ventilaţiei de forţare a înlocuirii aerului, recomandată în prezent, se situează între 15 şi aproximativ 40 m3/h per persoană. Reglementările legale se referă şi la limitele concentraţiilor de CO₂ care au un efect negativ sau prezintă riscuri pentru sănătate.

Efectul concentraţiei de CO₂ asupra sănătăţii noastre

Reţineţi că o concentraţie mare de dioxid de carbon în aer, la o valoare de peste 20%, poate cauza, în cazuri critice, chiar decesul. Valori medii ale conţinutului de CO₂ determină, cel mai adesea, somnolenţă şi scăderea capacităţii de concentrare. Creşterea concentraţiei de CO₂ peste 1000 ppm în aerul inspirat cauzează nu doar pierderea capacităţii de concentrare şi somnolenţă, dar şi o frecvenţă respiratorie crescută, sufocări şi palpitaţii.

În tabel sunt prezentate valorile concentraţiei de dioxid de carbon din aerul inspirat şi efectul acestora asupra organismului uman.

Nivelele caracteristice ale concentraţiei de CO₂ şi efectul acestora asupra organismului uman

*valoarea standard a concentraţiei CO₂ în aerul expirat

Rapiditatea modificărilor concentraţiei de CO₂

O concentraţie crescută de CO₂ poate apărea foarte repede în spaţiile publice în care se află mai multe persoane în acelaşi timp. Acest lucru este cauzat de faptul că, în cazul unui efort fizic redus concentraţia de dioxid de carbon din aerul expirat atinge 5000 ppm.

Teoretic, într-o încăpere închisă şi lipsită de ventilaţie, cu suprafaţa de 20 m3, un om poate modifica, pe durata a 8 ore de somn, nivelul concentraţiei de dioxid de carbon de la 350 ppm până la aproximativ 6000 ppm.

Prin urmare, concentraţia de dioxid de carbon se poate modifica foarte repede şi de aceea este atât de importantă măsurarea parametrilor aerului, cu un accent special pe concentraţia de CO₂.

Îmbunătăţirea calităţii aerului prin aerisirea obişnuită vine în contradicţie cu directivele, la fel de importante, referitoare la creşterea izolaţiei termice a clădirilor şi a performanţei energetice. Drept urmare, problema monitorizării nivelului CO₂, al umidităţii şi temperaturii aerului se află la baza procesului de optimizare a sistemelor de încălzire şi ventilaţie-climatizare din clădiri.

Combinarea controlului ventilaţiei cu monitorizarea aerului

Acordând atenţie nivelului de CO2, se poate realiza un management mai eficient al bilanţului termic al încăperilor şi clădirilor, menţinând totodată un confort corespunzător al exploatării. În ajutor vine o soluţie dedicată monitorizării calităţii aerului şi controlului ventilaţiei, aşa cum este AXIOMET AX-CO2-1. Acesta este un sistem digital de monitorizare şi înregistrare cu funcţia de măsurare a temperaturii, umidităţii relative şi concentraţiei CO₂.

Aparatul a fost prevăzut cu ieşire cu două stări, fiecare dintre acestea fiind declanşată de nivelele de alarmă programate de către utilizator. Dispozitivul permite astfel folosirea unui circuit simplu de reglare de tip pornit/oprit în sistemul de ventilaţie forţată.

Rezumat

Problema monitorizării şi controlului microclimatului în încăperile închise trebuie examinată în strânsă legătură cu aspectul legat de îmbunătăţirea funcţionalităţii clădirilor şi a performanţei energetice a acestora. Pe de o parte, intră în discuţie condiţionări economice de exploatare a clădirilor, iar pe de altă parte, aspecte legate de sănătate.