Углекислый газ как начало жизни и её финал

«…Это снаряд-ракета из стекла в дубовой обшивке, заряженный под давлением в семьдесят две атмосферы жидкой углекислотой… Всякое живое существо, находящееся в пределах тридцати метров от места взрыва, должно неминуемо погибнуть от этой леденящей температуры и удушья… Целый океан углекислоты затопит город!..»

Фото Татьяны Алексеевой.

Открыть в полном размере

‹

›

Таким способом злобный маньяк герр Шульце намеревался расправиться со свободным и демократическим городом Франсевиллем, о чём поведал читателям Жюль Верн в романе «Пятьсот миллионов бегумы» вместе со своим соавтором — публицистом и активным деятелем Парижской коммуны Паскалем Груссе (Андре Лори) более 130 лет назад.

Роман конечно же фантастический, но в нём Жюль Верн фактически предсказал появление боевых отравляющих веществ, точно так же, как — в других романах — подводных крейсеров, электромобилей, средств беспроводной связи и множества прочих свершившихся технических открытий.

Некоторые его литературные гипотезы не сбылись и никогда не сбудутся: при помощи пушки на Луну люди летать не станут (хотя для заброски на орбиту автоматических станций этот способ, возможно, когда-нибудь пригодится), гигантские плавающие острова строить вряд ли возьмутся, да и в недрах вулканов не будут искать застывшие на уровне мезозоя затерянные миры. Но вот с предположением по поводу углекислого газа у великого фантаста получилась воистину удивительная неоднозначность.

С одной стороны, в качестве оружия двуокись углерода никто никогда не применял и применять не будет. Люди изобрели намного более эффективные вещества массового уничтожения собратьев.

С другой — перспектива больших городов оказаться затопленными океанами углекислоты сегодня выглядит отнюдь не фантастической.

И отчасти такое уже происходит.

Углекислый газ CO₂ входит в состав земной атмосферы. Его средняя концентрация в воздухе составляет около 0,035%, или 350 ppm — миллионных долей (parts per million). Геохимические исследования показали, что примерно такой уровень — в пределах нескольких сотых долей процента — остаётся неизменным уже сотни тысяч лет. Тем не менее некоторые его колебания вокруг средней величины всё же происходят. Исторически они связаны с фазами глобальных потеплений и похолоданий, но как именно — достоверно пока не установлено. Научные споры об этом очень напоминают классическую дискуссию о первородстве курицы и яйца.

Одни учёные полагают, что именно увеличение в атмосфере содержания CO₂, которое происходит в результате активной вулканической деятельности или глобальных катаклизмов вроде падения крупных небесных тел, вызывавших гигантские пожары, становится первопричиной потеплений. Углекислый газ, препятствуя отражению в пространство солнечного тепла, усиливает парниковый эффект и повышение среднеземной температуры. Другие, напротив, утверждают, что как раз в результате потепления из Мирового океана высвобождается огромное количество растворённой в воде двуокиси углерода, словно из нагретого шампанского.

А когда наступает фаза похолодания, океан вновь поглощает CO₂, и его концентрация в атмосфере снижается.

Как бы то ни было, замеры показывают, что с 1970-х годов количество двуокиси углерода в воздухе ежегодно возрастает на 1,5 ppm. И вновь мнения климатологов на этот счёт разделились. Некоторые склонны считать, что в происходящие на Земле глобальные климатические изменения существенным образом вмешался антропогенный (человеческий) фактор. Возражать тут сложно: сжигание в огромных количествах углеводородов и массовая вырубка лесов не идут на пользу ни природе в целом, ни человеку в частности. Однако другие учёные справедливо указывают, что в сравнении с космическими процессами влияние человека пока ещё не слишком значительно.

Но вот атмосфера мест массового человеческого обитания — городов, и особенно мегаполисов, действительно формируется при непосредственном нашем участии. Во второй половине прошедшего века концентрация CO₂ в сельской местности составляла те самые «среднеземные» 350 ppm, в небольших городах 500 ppm, в крупных промышленных центрах 600—700 ppm.

И это, однако, не стало пределом.

Долгое время углекислый газ не рассматривался как токсичный. В самом деле, он присутствует в тканях и клетках живых организмов и участвует в процессах метаболизма. Более того, дефицит углекислого газа может стать причиной возникновения множества заболеваний эндокринной, нервной, сердечно-сосудистой систем, органов пищеварения и костно-мышечного аппарата. В то же время известно, что значительное (в десятки раз) повышение содержания в воздухе CO₂ вызывает резкое ухудшение самочувствия, а концентрация более 5% (50 000 ppm) становится для человека смертельной.

Где же находится тот предел, до которого мы можем не беспокоиться о состоянии своего здоровья? Вопрос актуален, поскольку большую часть жизни современный человек, и прежде всего городской обитатель, всё же проводит в помещениях, микроклимат и атмосфера которых существенным образом отличаются от условий открытого пространства.

Как ни странно, в СССР и в России до самого последнего времени исследования о влиянии невысоких концентраций CO₂ на здоровье человека почти не проводились. Единственная работа, упоминаемая ныне, — статья О. В. Елисеевой «К обоснованию ПДК двуокиси углерода в воздухе», опубликованная в журнале «Гигиена и санитария» в 1964 году. В статье, в частности, сказано, что углекислый газ становится вреден, только если его концентрация превышает 5000 ppm.

Зато такие исследования весьма активно велись за рубежом. Например, обследование, проведённое в Великобритании, показало, что при концентрации диоксида углерода выше 1000 ppm внимание человека снижается на 30%. При уровне выше 1500 ppm четыре пятых испытуемых начинали быстро испытывать чувство усталости, а при 2000 ppm две трети из них теряли способность сосредотачиваться. Практически все (97%), кто страдал время от времени мигренью, заявили, что головная боль у них начинается уже при уровне 1000 ppm. Такие же или весьма близкие результаты были получены в Финляндии, Венгрии, США и других странах.

Ещё более тревожные данные принесло масштабное международное исследование, проведённое по инициативе Европейского респираторного общества в школах Франции, Италии, Дании, Швеции и Норвегии. Оно показало, что в учебных заведениях, где концентрация CO₂ в классах превышала 1000 ppm, подверженность учащихся заболеваниям респираторных органов повышалась в 2—3,5 раза. Правда, здесь необходимо сделать уточнение. Высокое содержание углекислого газа в помещениях свидетельствовало прежде всего о том, что они плохо вентилировались. А значит, в воздухе школьных классов могли находиться и другие провокаторы заболеваний: бактерии, вирусы, летучие органические вещества. Тем не менее исследователи проблемы пришли к заключению, что безопасный уровень CO

2 в помещении не должен превышать 1000 ppm. В Европе и США в связи с этим довольно быстро были пересмотрены и изменены стандарты, предъявляемые к состоянию воздушной среды жилых и рабочих помещений. Теперь помимо температуры, влажности, запылённости, предельно допустимых концентраций потенциально вредных веществ в них включены показатели содержания CO₂. Согласно этим стандартам, максимально допустимое значение уровня CO₂ в учебных, офисных и жилых помещениях составляет 1000 ppm. А в школах Департамент здравоохранения США рекомендует поддерживать уровень углекислого газа не выше 600 ppm. Кроме того, существует ещё одна норма: воздух в помещениях по содержанию CO₂ не должен отличаться от наружного более чем на 350 ppm. Теоретически обеспечить такое соотношение должны системы вентиляции и кондиционирования.

Всегда ли это возможно? К сожалению, нет. В рабочих зонах промышленных производств содержание в воздухе диоксида углерода намного выше. Например, в «горячих» цехах или в шахтах. И никакими разумными и экономически приемлемыми способами снизить его нельзя. В России гигиенические нормативы, введённые в 2006 году, определяют разовую ПДК CO

2 для воздуха рабочей зоны в 13 710 ppm, а среднесменную — 4597 ppm (для сравнения: в США эти нормы составляют соответственно 30 000 и 5000 ppm). В шахтах — 5000 ppm.

В офисах проще. Углекислый газ в помещениях образуется лишь как продукт жизнедеятельности человека, который выдыхает в 100 раз больше CO₂, чем вдыхает. Потребляя около 30 литров кислорода в час, каждый из нас выделяет 20—25 литров углекислого газа.

В принципе, чтобы воздух оставался чистым, достаточно наладить обмен с внешней атмосферой из расчёта 30 м3 в час на одного человека. Такие исходные данные закладываются при проектировании вентиляционных систем служебных, а также жилых помещений, которые и должны обеспечить те самые комфортные 600 ppm и не более. Хотя насчёт комфортности этого уровня некоторые исследователи высказывают весьма серьёзные сомнения. Например, англичанин Д. Робертсон утверждает, что существующая на Земле фауна, в том числе и человек, формировалась в определённой температурно-газовой среде, в которой содержание диоксида углерода не превышало 300—350 ppm. По расчётам Робертсона, которые он опубликовал в журнале индийской Академии наук, максимальный безопасный для человека уровень CO

2 равен 426 ppm. Поэтому когда концентрация углекислого газа в атмосфере планеты достигнет этой величины (а такое может произойти примерно лет через 50), человечество не то чтобы вымрет, но здоровье значительной его части серьёзно ухудшится. Это, конечно, личное мнение Робертсона, однако стоит о нём хотя бы на всякий случай помнить…

***

В 2007 году доктор медицинских наук Ю. Д. Губернский (Институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сытина РАМН) и кандидат технических наук Е. О. Шилькрот (ОАО «ЦНИИПромзданий) провели исследования воздушной среды в московских офисах и на улицах столицы. Результаты шокировали. При том что измерения проводились далеко не в самые неблагополучные с точки зрения метеорологической обстановки дни, уровень углекислого газа на улицах составлял 1000 ppm. А в офисах концентрация CO₂ достигала 2000 ppm и даже выше.

Как быть? Да никак. Тех самых 30 кубометров воздуха достаточно, если за окнами шумит хвойный лес. При наружной концентрации диоксида углерода 600 ppm нужно уже не 30 кубов, а 80; при 800 ppm — 150—200 и так далее. А зимой эти кубометры к тому же ещё нужно подогревать. Так что для очищения атмосферы всех служебных помещений хотя бы до уровня 1000 ppm у города просто не хватит энергии. Кстати, в жилищах москвичей, особенно тех, что расположены в центре, ситуация ненамного лучше.

Не стоит сомневаться, что точно в таком же положении находятся жители любого крупного города современной России.

Понятно, что для изменения ситуации локальных, «точечных» мер недостаточно.

В штате Калифорния в 1997 году (за шесть лет до того, как в губернаторское кресло сел кинокумир миллионов Арнольд Шварценеггер) была разработана специальная программа снижения промышленных выбросов CO₂. И отнюдь не ради борьбы с глобальным потеплением (США до сих пор не ратифицировали Киотский протокол об ограничении выбросов парниковых газов), но исключительно ради блага собственных граждан.

Возможно, кому-то из наших читателей эта информация уже известна из публикаций в других изданиях. Но не повторить её нельзя, потому что Калифорния стала уникальным и пока единственным в мире полигоном по снижению выбросов именно CO₂ в пределах довольно значительной территории.

В рамках этой программы каждая дымовая труба была оснащена газосчётчиками, определены возможности снижения выбросов для данного предприятия и типа производства, а также установлен средний процент снижения. Для тех, кто превышал установленный объём выбросов, введены очень серьёзные штрафы. Зато те предприятия, которые сумели работать с опережением, снижая выбросы «сверх плана», получили возможность торговать сэкономленными квотами, продавая их тем, кому грозит штраф. Система заработала быстро. В настоящее время количество выбросов ежегодно стабильно снижается, да и квоты распродаются на два года вперёд.

В конце 1990-х годов родились понятия «зелёное строительство», «зелёные стандарты». Означали они разработку технологий массового строительства и обустройства человеческого жилья с максимальным жизненным комфортом. И под комфортом в данном случае имелись в виду не джакузи и домашние роботы, а экологичность среды обитания. Человека не должно убивать собственное жилище, что происходило у нас в «фенольных» домах и квартирах, где отделочные материалы постоянно выделяли канцерогены. Он не должен становиться инвалидом в результате регулярных прогулок по задымлённым, отравленным улицам. В настоящее время «зелёные стандарты» широко используются Европейским союзом, Северной Америкой, Австралией, странами Азии и начинают применяться на Среднем Востоке и в Латинской Америке.

Вот и у нас в 2003 году вступил в силу закон «О техническом регулировании», направленный на повышение безопасности и комфортности жизни российских граждан. Закон был принят, но, к сожалению, пока не работает, потому что к нему необходимо разработать около 500 технических регламентов. Предполагалось, что это будет сделано к 2010 году. А все прежние ГОСТы и СНиПы (строительные нормы и правила), давно морально устаревшие, поскольку создавались десятки лет назад на основе технологий того времени и сегодня тормозят практически любое строительное или бытовое новшество (вплоть до нанотехнологических шедевров), были переведены из обязательных к исполнению в рекомендательные. За исключением тех, которые непосредственно гарантируют безопасность жизни и здоровье людей. Новые стандарты по нормам содержания CO₂ в России были утверждены в 2008 году – они точно такие же, как в Европе. Но они не станут законом, обязательным к исполнению, пока не превратятся в технические регламенты. Когда это произойдёт, сказать трудно, поскольку к настоящему времени, по данным Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт), технических регламентов принято всего 27.

Почему это произошло и куда были потрачены деньги — тема совсем другой статьи. Суть в том, что ждать того дня, когда жители больших городов комфортно и счастливо заживут по «зелёным стандартам», придётся ещё очень долго. Потому и проблема избыточного количества углекислого газа для России ещё не проблема — пока регламента нет, её вообще как бы не существует. Однако делать-то что-то надо. Есть регламент или нет его, желания жить подольше и по возможности сохраняя здоровье от этого не убавляется. Так что же?

Самый радикальный выход — полная герметизация квартиры с устройством выходного шлюза и систем поглощения углекислоты (адсорбционные фильтры которых потребуют периодической замены). То есть превращение квартиры в подводную лодку или космический корабль. Подобное, разумеется, возможно только на уровне устройства подземного бункера ставки верховного командования и для городского жилья не годится.

Столь же радикальный, но несколько более реальный вариант — немедленно бежать из городов и заняться разведением овощей и домашних животных в сельской местности. Увы, подавляющее число горожан этим вариантом, скорее всего, пренебрежёт, что вполне объяснимо.

Разумеется, в определённой степени помогут современные системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Как бы там ни было, без них намного хуже, чем с ними.

Специалисты предупреждают: установка пластиковых окон, вошедших у нас в моду в то самое время, когда в Европе они из моды решительно выходили, лишает помещение естественной вентиляции. Замечательные пластиковые окна не пропускают шум, пыль — они вообще ничего не пропускают, в том числе и свежий воздух снаружи, а углекислый газ вовне. Увы, наши старые отечественные деревянные рамы, которые перекашивались от дождя, которые перед наступлением зимы нужно было всякий раз конопатить и заклеивать, а весной всей семьёй дружно отмывать, чистить и красить, по экологичности дадут вперёд тысячу процентов красивым и удобным пластиковым переплётам, по наличию которых профессиональные квартирные воры судили о благосостоянии квартировладельца, выбирая объекты для налётов.

Прочие рекомендации привычны, потому понятны: проветривать спальню перед сном, больше находиться на природе, стараться не покидать свой дом во время неблагоприятного состояния городской атмосферы и так далее. Однако частотой проветриваний проблемы не решить, покуда источником излишков CO₂ для каждого обывателя остаётся сам город.

Главные производители диоксида углерода в любом мегаполисе — промышленные предприятия и транспорт. Но если выбросы фабрик и заводов можно заблокировать, нейтрализовать очистительными системами и технологиями, то с бензиновыми экипажами поделать ничего нельзя. Из автомобильных выхлопов можно отфильтровать тетраэтилсвинец, сернистые составляющие — всё что угодно, кроме углекислого газа. Нет, в принципе можно и с ним справиться, однако тогда цена автомобиля поднимется до уровня стоимости маленького самолёта. Или даже не очень маленького.

Многие города мира задолго до появления евростандартов на предельную токсичность выхлопов — Евро-1, Евро-2 и далее — проблему загазованности решали одновременно с решением проблемы пробок. Закрывали целые кварталы для движения личных автомобилей (Лондон, Стокгольм и др.), вводили ограничения на поездки по принципу «чётные регистрационные номера по чётным дням, нечётные по нечётным» (Нью-Йорк, Мехико и т.д.). Назначали въездную плату в центральную часть и огромные штрафы за парковку в неположенном месте. Ну и всякое другое. Меры эти неизменно давали положительные результаты.

В России — увы! — всё перечисленное, видимо, неприемлемо. В каждом большом городе у нас проживает много граждан, которым никто ничего уже не может запретить. Да и не хочет. И не будет, даже если работающего на улицах запретителя в служебной форме к тому обяжут.

Собственно, вот и всё. На этом рассказ о сегодняшней реальности кончается.

Переходим снова к фантастике.

Если весь городской транспорт, а в первую очередь личный, вдруг станет электрическим, воздух в Москве и Санкт-Петербурге, Ростове и Челябинске, Магнитогорске и Владивостоке вновь сделается почти таким чистым, каким был в светлые годы основания этих людских поселений и некоторое время после этого.

Специалист по системам кондиционирования и вентиляции Б. Буцев, который, кстати, сейчас занимается разработкой новых «зелёных стандартов» в части экологии жилища, нарисовал такую картину:

«По городу мы катаемся на аккумуляторах — поездки-то относительно короткие, не более 100 км в оба конца. А на дачу добираемся уже по-другому. Выезжаем на трассу и присоединяемся токосъёмниками машины к металлической сетке, натянутой над асфальтом. Такие аттракционы — электрокары с токосъёмниками в манеже под металлической сеткой — были и есть в каждом парке культуры и отдыха. Едем сколь угодно долго до съезда с трассы в свою деревню. Там сворачиваем и снова движемся на аккумуляторах. Перед возвращением аккумуляторы можно подзарядить и — вперёд! В городскую квартиру! На службу!»

Фантастика? Конечно. Но Жюль Верн тоже писал свои произведения, не особо рассчитывая на то, что литературный вымысел когда-нибудь воплотится в реальность.

И всё же такое с его фантастическими идеями отчасти произошло…

Мониторинг CO2 и качество воздуха в помещении

Углекислый газ не имеет цвета и запаха. Он является естественным компонентом окружающего воздуха, с концентрацией примерно 400 ppm (миллионных долей). CO₂ формируется при полном сгорании углеродосодержащих веществ с достаточным притоком кислорода.

Он также формируется в организмах живых существ как продукт клеточного дыхания. При высоких концентрациях до 1000 ppm CO₂ может оказывать значительное негативное воздействие на общее самочувствие (головные боли, усталость, недостаток концентрации).

  

• Формирование CO₂ и его воздействие на здоровье человека
• CO₂ в помещении
• Объёмный расход наружного воздуха, кратность вентиляции и оценка концентрации CO₂
• Синдром больного здания
• Качество воздуха в школах
• Нормы по содержанию CO₂ в воздухе помещения
• Технология измерения CO₂
• Загрузить в PDF

Формирование CO

₂ и его воздействие на здоровье человека

Углекислый газ образуется в клетках организма (в количестве 0,7 кг в день) и из них распространяется по окружающим капиллярам. Он передается через кровь химически связанным в составе белков, таких как гемоглобин, или в растворенном виде. Большая часть CO₂ физически растворяется, и лишь незначительная его часть преобразуется карбоангидразой эритроцитов в углекислоту, которая в водной среде распадается на водород и ионы гидрокарбоната. Углекислый газ выделяется через альвеолярную мембрану в лёгких.

Главная физиологическая функция улекислого газа в организме состоит в регулировании дыхания через химические рецепторы аорты и продолговатого мозга, который стимулирует дыхательный центр в стволовой части мозга. Повышенное содержание CO₂ во вдыхаемом воздухе учащает дыхание, повышая дыхательный объём. При этом CO₂ оказывает отложенный эффект на бронхиолы, что приводит к увеличению объёма неиспользуемого пространства (пространства дыхательной системы, не задействованного в газообмене).

Однако отложенный эффект CO₂ на периферийные и центральные артериолы не приводит к снижению кровяного давления, поскольку повышенная выработка адреналина вызывает компенсирующее сужение сосудов.

Эффект различных концентраций CO₂

Концентрация	Эффект
350 … 450 ppm	Типичная атмосферная концентрация
600 … 800 ppm	Нормальное качество воздуха в помещении
1000 ppm	Верхний предел нормы для помещения
5000 ppm	Максимум на рабочем месте более 8 часов
6000 … 30 000 ppm	Критический, кратковременное пребывание
3 … 8 %	Повышенная частота дыхания, головные боли
> 10 %	Тошнота, рвота, потеря сознания
> 20 %	Быстрая потеря сознания, смерть

CO

₂ в помещении

CO₂ считается основным параметром антропогенного загрязнения воздуха, поскольку повышение концентрации CO₂ в помещении коррелирует с ростом интенсивности запахов, являющихся продуктом человеческого метаболизма. Таким образом, содержание CO₂ в воздухе помещения прямо отражает интенсивность его использования. Оно также может служит ориентировочным маркером для других регулируемых областей, таких как планирование размеров систем вентиляции и кондиционирования или инструкции по проветриванию в таких активно используемых помещениях с естественной вентиляцией, как школьные классы или залы собраний.

В используемых помещениях концентрация CO₂ в основном зависит от следующих факторов:

• Число людей в помещении, объем помещения
• Активность пользователей помещения
• Время, которые пользователи проводят в помещении
• Процессы сгорания в помещении
• Воздухообмен и объёмный расход наружного воздуха

Быстрый рост концентрации CO₂ в помещении — типичное следствие присутствия множества людей в относительно небольших пространствах (например, в залах для собраний, конференций или в школьных классах) с низкой кратностью воздухообмена.

Критические концентрации CO₂ обычно соседствуют с другими факторами загрязнения воздуха, особенно с неприятными запахами пота или косметики, а также микроорганизмами. В герметичных помещениях с очень низкой кратностью воздухообмена концентрация CO₂ может расти даже в присутствии совсем небольшого количества людей (например, в квартирах или офисах).

В обоих случаях CO₂ прямо влияет на ощущение комфорта от нахождения в помещении. Европейские совместные действия (ECA) определяют следующие уровни недовольства микроклиматом на основе модельных расчётов. Начиная с 1000 ppm, примерно 20 % пользователей помещения могут быть недовольны, и это число вырастет примерно до 36 % при 2000 ppm.

В то время как залы для собраний и конференций обычно используются от случая к случаю и кратковременно, в школьных классах ученики и учителя регулярно находятся на протяжении многих часов, поэтому концентрация CO₂ в их воздухе имеет критическое значение. Текущие и прошедшие исследования в разных частях Германии, посвященные концентрации углекислого газа в школьных классах неизменно демонстрируют недостаточное качество воздуха, связанное с этим параметром.

Объёмный расход наружного воздуха, кратность вентиляции и оценка концентрации CO

₂

Объёмный расход наружного воздуха или кратность вентиляции описывает объём потока (в л/с или м³/ч) наружного воздуха, поступающего в помещение или здание через систему вентиляции или каркас здания. Для помещений, в которых присутствуют люди, требуемый объёмный расход наружного воздуха устанавливается исходя из количества людей, например, л/с или м³/ч на человека. Кратность воздухообмена (n на 1/ч) — соотношение объёмного расхода наружного воздуха в м³/ч и объёма помещения в м³.

Микроклимат в помещении воспринимается как комфортный при температуре от 20 до 23 °C и влажности воздуха от 30 до 70 % ОВ. Однако для людей с аллергией на пылевых клещей рекомендуется максимум 50 % ОВ. При этом рекомендуются контрольные замеры официально поверенным гигрометром. Скорость воздуха в помещении не должна превышать 0,16 м/с (зимой) и 0,25 м/с (летом). Когда вы входите в комнату, где есть люди, иногда возникает ощущение “спёртого воздуха”. Причиной может быть выдыхаемый углекислый газ, пар и запах пота.

 

---

Макс фот Петтенкофер

150 лет назад немецкий химик Макс фон Петтенкофер уже указывал “плохой воздух” как негативный фактор долгого пребывания в жилых кварталах и образовательных учреждениях, и идентифицировал CO₂ как важнейший компонент оценки качества воздуха.

Он установил 0,1 % об. (= 1000 ppm) как стандарт концентрации CO₂ в помещении – так называемое число Петтенкофера, которое долго оставалось действующей нормой.

Симптомы плохого самочувствия, такие как головная боль, усталость и потеря внимания, проявляются при её повышении. 

 

---

 

Три уровня опасности при оценке концентрации CO₂ в воздухе в помещении

	Концентрация углекислого газа (ppm)	Уровень опасности	Гигиеническая оценка	Рекомендации
Концентрации ниже 1000 ppm углекислого газа в помещении: Некритично	< 1000	Зелёный	Гигиенически некритично (расчётное значение)	Никаких дальнейших действий не требуется
Концентрации от 1000 до 2000 ppm: Критично	1000 . .. 2000	Жёлтый	Гигиенически критично	Меры по улучшению вентиляции (повышение количества наружного воздуха/воздухообмена) Проверить и улучшить работу вентиляции
Концентрации выше 2000 ppm: Неприемлемо	> 2000	Красный	Гигиенически неприемлемо	Изучить дополнительные возможности вентиляции помещения Изучить возможные дальнейшие действия

Синдром больного здания

Термин “синдром больного здания” можно трактовать двумя способами. С одной стороны, он относится к зданиям, в которых люди во время работы чувствуют себя больными, а с другой стороны, сами здания можно назвать “больными”.

Причиной возникновения синдрома больного здания обычно является система кондиционирования или недостаточная гигиена воздуха в здании. При этом наблюдается множество симптомов, таких как: раздражение глаз, носа и горла; ощущение сухости кожи и слизистой оболочки; психологическая усталость; частые респираторные заболевания и кашель; хрипота, одышка, зуд и неспецифическая гиперчувствительность.

Американское исследование. проводившееся в зданиях с системами кондиционирования и вентиляции, позволило на основе статистических данных продемонстрировать сильную прямую зависимость между жалобами на сухость в горле или раздражение слизистой оболочки и повышенной концентрацией CO₂, даже если она была ниже 1000 ppm в абсолютном выражении.

Более поздние исследования показали, что затраты на устранение проблем, связанных с неблагоприятным микроклиматом в здании, часто оказываются для работодателя, владельца здания и государства выше, чем затраты на энергообеспечение этого здания.

Также было доказано, что хороший микроклимат может повысить общую работоспособность и эффективность обучения, при этом снизив коэффициент отсутствия на рабочем месте.

Качество воздуха в школах

В одной только Германии насчитывается 34 000 общеобразовательных школ и 10 000 школ профессионального обучения. Соответственно, мониторинг концентрации CO₂ в них очень важен. При этом среднее содержание углекислого газа в атмосфере составляет 400 ppm.

Всего за один учебный час в классе этот показатель только за счёт воздуха, выдыхаемого учениками и учителями, повышается до 1500 ppm и более, а после 90 минут занятий фиксировались значения порядка 2700 ppm. В конце занятия это вызывает повышенную усталость и ослабление внимания – симптомы, которые прямо мешают обучению и преподаванию.

Исследование, проведённое в США, позволило сделать вывод, что концентрация CO₂ в учебных классах прямо влияет на посещаемость учеников. Повышение концентрации CO₂ до 1000 ppm ведёт к снижению посещаемости на 10 … 20 %. Согласно другому исследованию, каждые лишние 100 ppm CO₂ снижают годовую посещаемость учеников на 0,2 %. 14 Также было установлено, что повышение кратности вентиляции может снизить отсутствие по болезни на 10 … 17 %. Таким образом, CO₂ влияет на посещаемость занятий в исследуемых школах. Однако степень этого влияния остаётся неясной, не в последнюю очередь из-за того, что нужно принимать во внимание индивидуальные обстоятельства в каждой школе.

С принятием в Германии в 2002 году Закона об энергосбережении (переработанного в 2007 году) все, кто занимается переоборудованием школьных зданий, столкнулись с новыми задачами. Ограждающие конструкции и окна стали намеренно делать герметичными для выполнения требований по сбережению энергии. В случае недостаточной вентиляции это может привести к таким негативным последствиям, как накопление химических и биологических вубстанций в воздухе в помещениях.

Хотя проблема с углекислым газом в помещениях с большим числом людей известна уже давно, убедительных решений её в образовательной сфере пока так и не найдено. В то же время не существует чётких правил насчёт того, кто и когда должен открывать окна в классах, особенно в зимние месяцы. В результате концентрация CO₂ там ожидаемо оказывается очень высокой (3000 ppm и более). Это прямо влияет на риск инфекционных заболеваний в школах: при большом количестве CO₂ число микробов также резко возрастает.

Например, в 2003 году американские учёные Радник и Милтон изучали риск заболевания гриппом в классе. На протяжении четырёх часов в классе присутствовало 30 человек, один из которых страдал от острого гриппа. В результате при концентрации CO₂ в 1000 ppm заразились пять человек, при 2000 ppm заразившихся было двенадцать, а при 3000 ppm уже 15.

Текущая ситуация во многих школах демонстрирует: в некоторых случаях требования регулярно и интенсивно проветривать классы недостаточно, чтобы решить проблему CO₂. Неизбежны технологические меры по организации вентиляции, позволяющие достичь постоянного качества воздуха с низким содержанием CO₂ при любой интенсивности использования.

Нормы по содержанию CO

₂ в воздухе помещения

В Германии и Европе нет всесторонних юридически обязательных норм по качеству воздуха в помещениях. Вместо этого существует множество оценочных величин, которые называются ориентировочными или целевыми. В Германии в качестве гигиенической ориентировочной величины согласно стандарту DIN 1946 часть 2 применяется значение CO₂ 0,15 % об. (= 1500 ppm).

Ориентировочные значения по концентрации CO2 в помещениях были опубликованы Комиссией по гигиене воздуха в помещении (IRK) Федерального министерства окружающей среды и Государственным ограном по здравоохранению. Ряд соседних стран опубликовал нормы и рекомендации по вентиляции в зданиях, включая школы, в которые входят положения об ограничении концентрации CO₂ в воздухе помещений.

В Финляндии максимально допустимая концентрация CO₂ в используемом помещении при нормальных погодных условиях составляет 1200 ppm. В норвежских и шведских нормах для жилых помещений, школ и офисов установлена максимальная концентрация CO₂ 1000 ppm. В Дании, согласно нормам органа по охране труда, содержание углекислого газа в детских садах, школах и офисах не должно превышать 1000 ppm. Воздухообмен считается недостаточным, если несколько раз в день на короткое время концентрация CO₂ превышает значение 2000 ppm.

Для рабочих мест, подпадающих под положения Директивы об опасных веществах, согласно TRGS 900 установлено предельное значение 5000 ppm CO₂.

Технология измерения CO

₂

Существуют три типа приборов для измерения и мониторинга концентрации углекислого газа в помещениях:

Приборы для измерения CO2 (например, testo 535):	Логгеры данных CO2 (testo 160 IAQ):	Многофункциональные приборы (например, testo 440):
Портативные, но также подходящие для долгосрочных измерений, они быстро и точно измеряют содержание CO2 в воздухе.	Помимо CO2 они непрерывно регистрируют температуру и влажность. Результаты по WiFi передаются в облако, что позволяет рассылать уведомления о нарушениях граничных значений по e-mail или SMS. Наглядная система оценки по типу “светофора” позволяет ответственным сотрудникам моментально видеть текущее состояние качества воздуха.	Помимо CO2, они измеряют все параметры вентиляции и кондиционирования, такие как скорость воздуха, температуру, влажность, степень турбулентности, CO или освещенность.

Логгеры Testo 160 IAQ недавно внесены в Государственный реестр СИ РФ под № 74221-19. Электронную версию свидетельства найти на официальном сайте Testo в России.

Загрузить Экспертную статью в PDF

Углекислый газ (CO2) — Министерство здравоохранения штата Миннесота

Углекислый газ представляет собой бесцветный газ без запаха. Он производится как естественным путем, так и в результате деятельности человека, такой как сжигание бензина, угля, нефти и древесины. В окружающую среду люди выдыхают CO ₂ , что способствует повышению уровня CO ₂ в воздухе.

Какие уровни CO

₂ типичны для помещений?

Концентрация двуокиси углерода на открытом воздухе составляет около 400 частей на миллион (ppm) или выше в районах с интенсивным движением или промышленной деятельностью.

Уровень CO ₂ в помещении зависит от:

• количества присутствующих
• как долго область была оккупирована
• количество наружного свежего воздуха, поступающего в помещение
• размер комнаты или площади
• загрязняют ли побочные продукты сгорания воздух в помещении (например, автомобили, работающие на холостом ходу возле воздухозаборников, негерметичные печи, табачный дым)
• наружная концентрация

Концентрация двуокиси углерода в помещении может варьироваться от нескольких сотен частей на миллион до более 1000 частей на миллион в местах с большим количеством людей, находящихся в течение длительного периода времени, и где вентиляция наружного воздуха ограничена.

Почему мы измеряем CO

₂ ?

Углекислый газ часто измеряют в помещении, чтобы быстро, но косвенно оценить, сколько наружного воздуха поступает в помещение по отношению к количеству людей в нем. CO ₂ можно измерить с помощью относительно недорогого цифрового оборудования для мониторинга воздуха в режиме реального времени. Измерения CO ₂ стали широко используемым скрининговым тестом качества воздуха в помещении, поскольку уровни могут использоваться для оценки степени вентиляции и общего комфорта.

Наружная вентиляция «свежим» воздухом важна, поскольку она может разбавлять загрязняющие вещества, образующиеся в помещении, такие как запахи, выделяемые людьми, и загрязняющие вещества, выделяемые зданием, оборудованием, мебелью и деятельностью людей. Адекватная вентиляция может ограничить накопление этих загрязняющих веществ. Именно эти другие загрязняющие вещества, а не обычно CO ₂ , могут привести к проблемам с качеством воздуха в помещении, таким как дискомфорт, запахи, «заложенность» и, возможно, симптомы со здоровьем.

Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE) разработало рекомендации по вентиляции, которые должны поддерживать комфортные условия для большинства пассажиров. Количество свежего воздуха, которое должно подаваться в помещение, зависит от типа помещения и помещения. Например, в классах начальной школы ASHRAE рекомендует 15 кубических футов наружного воздуха на человека в минуту (для комнаты площадью 1000 квадратных футов, в которой проживает 35 человек). В офисных помещениях ASHRAE рекомендует 17 кубических футов на человека в минуту (на 1000 квадратных футов, занятых 5 людьми). Кроме того, правило Министерства труда и промышленности Миннесоты (MNDOLI) гласит, что «наружный воздух должен подаваться во все внутренние рабочие помещения из расчета 15 кубических футов в минуту на человека (Правило MN, 5205.110)».

Эти скорости вентиляции должны поддерживать концентрацию углекислого газа ниже 1000 частей на миллион и создавать условия качества воздуха в помещении, приемлемые для большинства людей.

Какие уровни CO

₂ считаются безопасными?

Углекислый газ обычно не обнаруживается в опасной концентрации в помещениях. MNDOLI установила стандарты безопасности на рабочем месте: 10 000 частей на миллион в течение 8 часов и 30 000 частей на миллион в течение 15 минут. Это означает, что средняя концентрация за 8-часовой период не должна превышать 10 000 частей на миллион, а средняя концентрация за 15-минутный период не должна превышать 30 000 частей на миллион. Необычно обнаружить такие постоянно высокие уровни в помещении и крайне редко на непромышленных рабочих местах. Эти стандарты были разработаны для здоровых работающих взрослых и могут не подходить для чувствительных групп населения, таких как дети и пожилые люди. MDH не знает о более низких стандартах, разработанных для широкой публики, которые защищали бы чувствительных людей.

Какое влияние на здоровье оказывает CO

₂ отравление?

В зданиях с повышенным содержанием CO ₂ могут возникнуть проблемы со здоровьем у жильцов, но симптомы обычно связаны с другими загрязняющими веществами в воздухе, которые также накапливаются в результате недостаточной вентиляции. При высоких уровнях сам углекислый газ может вызывать головную боль, головокружение, тошноту и другие симптомы. Это может произойти при воздействии уровней выше 5000 частей на миллион в течение многих часов. При еще более высоких уровнях CO ₂ может вызвать удушье, поскольку он заменяет кислород в крови – воздействие концентраций около 40 000 частей на миллион сразу опасно для жизни и здоровья. СО 9Однако отравление 0003 2 происходит очень редко.

Измерение концентрации углекислого газа в наружном воздухе

Как измерить концентрацию СО2 в воздухе?

Измерение уровня углекислого газа в атмосферном воздухе — одновременно простая и сложная задача. Одна из основных проблем, связанных с регулированием глобального уровня CO2, заключается в том, что ученые не все согласны с тем, как его измерять.

На простейшем уровне среднемесячные глобальные уровни CO2 измеряются с 1958 в обсерватории Мауна-Лоа на Гавайях. В Мауна-Лоа удаленное расположение, чистый воздух и минимальное влияние человеческой деятельности и растительности идеально подходят для мониторинга уровней CO2 с течением времени.

Данные, собранные в Мауна-Лоа, указывают на постоянное повышение глобального уровня CO2 с менее чем 320 ppm (частей на миллион), когда были впервые зарегистрированы измерения, до примерно 395 ppm сегодня.

В этом видео показано, как ученые измеряют CO2 в атмосферном воздухе в одном и том же месте, но на разных высотах с помощью манометра.

 

Однако, когда дело доходит до измерения CO2 на местном, региональном или национальном уровне, наука становится более сложной. Углекислый газ быстро смешивается с воздухом, что может скрывать «горячие точки» с высоким уровнем CO2. На местных уровнях для регистрации концентрации CO2 используются сетки из десятков датчиков. Проблема заключается в изменении уровня CO2 в зависимости от времени суток, времени года и различных погодных условий.

Как вы измеряете уровень CO2 снаружи?

Чтобы решить проблему измерения уровня CO2 на местном уровне, ученые разработали двухсторонний подход.

Первый подход заключается в том, чтобы исследователи предсказывали все объекты, производящие CO2, в данной области, а затем экстраполировали количество CO2, которое может быть произведено. Например, суммируя все автомобили, здания и электростанции в районе, можно построить теоретическую модель общего количества CO2, произведенного за определенный период времени. Этот вид теоретической модели был популяризирован в видеоролике Дикинсона и Тенорио под названием «Инвентаризация выбросов парниковых газов в Нью-Йорке».

Второй подход заключается в измерении уровня CO2 исследователями на микроуровне. Это включает в себя создание сетки десятков датчиков CO2, а затем создание карты уровней CO2 в реальном времени. Один из самых амбициозных проектов, подобных этому, был реализован Глобальным институтом устойчивого развития Университета штата Аризона.

Подобные проекты завершены или находятся в процессе реализации в десятках крупных городских районов по всему миру, где происходит наибольшее количество выбросов CO2. Такие датчики, как датчик регистрации данных K33 ELG 1% или датчик CO2 окружающего воздуха COZIR, использовались во многих из этих проектов благодаря их способности регистрировать уровни CO2 в течение длительных периодов времени.

На сегодняшний день теоретическая и измеренная модели показывают расхождение между результатами до 15%. Это слишком большая ошибка, чтобы утверждать, что проблема измерения CO2 «решена». Тем не менее, с продолжением испытаний в этой области, кажется, что точная модель уровней CO2 находится в пределах досягаемости. Затем правительства должны решить, что делать с этой информацией. По этим причинам мониторинг качества воздуха имеет решающее значение, особенно концентрации газов, которые представляют серьезную опасность для здоровья.

Каков нормальный диапазон содержания CO2 в наружном воздухе?

Повышенный уровень CO2 — это только один аспект загрязнения атмосферного воздуха. Твердые частицы, двуокись азота, углеводороды, окись углерода и другие вещества приводят к ухудшению качества воздуха. Акцент на двуокиси углерода в последние несколько лет был результатом важности CO2 как парникового газа.

Когда мы смотрим на нормальные диапазоны уровней углекислого газа на открытом воздухе вблизи уровня земли, мы находим многочисленные исследования, которые показывают 450-550 частей на миллион – хотя это может варьироваться в зависимости от разных регионов. Например, в городских районах с интенсивным движением эти уровни могут достигать 600-9.00 частей на миллион.

Несмотря на то, что это нормальные диапазоны CO2 на открытом воздухе, не вредные для человека, следует также учитывать следующие факты CO2:

• Выхлопной газ двигателя внутреннего сгорания содержит 140 000 частей на миллион CO2
• «Небезопасные» уровни CO2 ASHRAE признаны на уровне 5000 частей на миллион или выше
• Локально повышенные уровни CO2 на открытом воздухе возникают из-за выбросов CO2 от транспорта, производства энергии и промышленного производства

Влияние CO2 на организм человека

В приведенной ниже таблице приведены концентрации углекислого газа на определенных уровнях, а также прямые негативные последствия слишком высокой концентрации для общего состояния здоровья.

<1000 частей на миллион	Ограниченное воздействие или отсутствие серьезных последствий для здоровья
1000-2500 частей на миллион	Усталость, потеря внимания, дискомфорт
2500-5000 частей на миллион	Головные боли, сонливость, усталость
5000-40 000 частей на миллион	Нарушение требований OSHA, сильные головные боли, интоксикация, тошнота
40 000–100 000 частей на миллион	Головокружение, учащение пульса, удушье, потливость, судороги, потеря сознания
>100 000 частей на миллион	Потеря сознания в течение нескольких минут, кома, риск смерти

Измерение уровня CO2 в воздухе на открытом воздухе

Знание уровня CO2 на открытом воздухе помогает оценить уровень CO2 в помещении. Если здание расположено в районе со средним уровнем CO2 на 200 частей на миллион выше, чем обычно на открытом воздухе, это изменит требования к вентиляции и кондиционированию воздуха внутри помещений. По этой причине большинство требований IAQ и LEED были переписаны, чтобы определить уровни CO2 в помещении относительно уровней снаружи, вместо того, чтобы использовать в качестве ориентира старое глобальное среднее значение 400 частей на миллион.

Для точного измерения уровня CO2 на открытом воздухе можно использовать специальный наружный датчик CO2. Например, SenseAir eSense разработан специально для измерения концентрации CO2 на открытом воздухе в любых погодных условиях. Встроенный нагревательный элемент поддерживает постоянную температуру во время отбора проб воздуха. Это обеспечивает пользователям согласованные, точные и гарантированные измерения с течением времени.

Для получения дополнительной информации об источниках углекислого газа, влиянии CO2 на ваше здоровье, выбросах CO2, качестве воздуха в помещении или технологиях измерения углекислого газа — посетите наш блог для получения дополнительной информации.