ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة

ثاني أكسيد الكربون (CO₂) هو غاز غير مرئي ليس له رائحة تدركها الحواس البشرية.

يتألف من ذرة كربون وذرتي أكسجين، ويتكون ثاني أكسيد الكربون الداخلي₂ شائع جدًا وغير ضار في الغالب بكميات صغيرة. ولكن عند وجود تركيزات عالية، فإن ثاني أكسيد الكربون₂ يمكن أن يحل محل الأكسجين ويسبب الضرر أو حتى الموت.

التهوية بالهواء النقي هي الطريقة الأساسية لتقليل ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂ في الأماكن المغلقة. يمكن أن يكون تراكم ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة مشكلة خاصة في العديد من الأماكن بسبب نقص التهوية عند إغلاق النوافذ والأبواب في الأيام الحارة أو الملوثة.

ارتفاع ثاني أكسيد الكربون₂ في جميع أنحاء العالم يشكل أيضًا تهديدًا لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂ حيث إن مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي الخارجي₂ (أحد غازات الاحتباس الحراري) يمكن أن يتسرب إلى الداخل. فمنذ عام 1990، أصبح ثاني أكسيد الكربون₂ ارتفعت الانبعاثات بنسبة 61 في المائة تقريبًا، من حوالي 20 جيجا طن إلى ما يقرب من 35 جيجا طن في عام 2021 (انظر الشكل 1).¹

الشكل 1: انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية 1990-2021 (بالجيغا طن)، مع زيادة إجمالية تقارب 61% منذ عام 1990. المصدر: الوكالة الدولية للطاقة (IEA)

على الرغم من أن ثاني أكسيد الكربون₂ انخفضت الانبعاثات بنسبة 6 في المائة تقريبًا في عام 2020 بسبب انخفاض الأنشطة البشرية بسبب جائحة كوفيد-19ثاني أكسيد الكربون₂ إلى حد كبير إلى مستويات ما قبل الجائحة، ومن المتوقع أن ترتفع بنسبة 5% أخرى على الأقل خلال عام 2021.

يمكن أن يساعد فتح النوافذ والأبواب في تقليل ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة مؤقتًا₂.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تساعد التهوية الميكانيكية في تقليل ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂. يمكن أن يساعد ذلك أيضًا في تقليل الملوثات الداخلية الشائعة الأخرى، مثل المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) والجسيمات والفيروسات والبكتيريا من خلال التخفيف.

مراقبة ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂ في الأماكن المغلقة أمر بالغ الأهمية أيضًا لفهم حجم ثاني أكسيد الكربون₂ في مكان ما، وعلاقته بملوثات الهواء الأخرى في ذلك المكان، والحد من آثاره الصحية.

تابع القراءة لمعرفة المزيد عن ثاني أكسيد الكربون₂ وتأثيره على البيئة الداخلية، بما في ذلك:

• المصادر الأكثر شيوعاً لثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂
• المستويات المقبولة مقابل المستويات غير الصحية لثاني أكسيد الكربون₂
• العلاقة بين ثاني أكسيد الكربون₂ وتلوث الهواء
• كيفية المراقبة الفعالة لثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة والمساعدة في تقليل ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂

مصادر ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂

حتى الآن، يعد تنفس البشر - وتحديدًا الزفير - المصدر الأكثر شيوعًا لثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂.²

يجلب الاستنشاق الأكسجين (O2) إلى الرئتين ومجرى الدم، حيث تحمله خلايا الدم الحمراء في جميع أنحاء الجسم لدعم خلايا الجسم. ويتكون ثاني أكسيد الكربون كناتج ثانوي للأكسجين الذي تستخدمه الخلايا لتوليد الطاقة اللازمة لعملية الأيض. ثم تحمل خلايا الدم الحمراء ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى إلى الرئتين، حيث يتم زفيره مرة أخرى في الهواء.

عندما يكون الزفير هو المصدر الطبيعي الرئيسي، فإن ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂ يعتمد تراكم ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة بشكل أساسي على عاملين: حجم الغرفة وعدد السكان.

كلما كانت المساحة أصغر وكلما زاد عدد الأشخاص في المكان، كلما كان ثاني أكسيد الكربون أسرع₂ أسرع في تراكم ثاني أكسيد الكربون في المكان. وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل الهواء في قاعات المؤتمرات أو قاعات الصفوف المزدحمة يبدو فاسداً ويجعل الشخص يشعر بالنعاس أو الارتباك بعد فترة قصيرة.³

المصادر الشائعة الأخرى لغاز ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂ ما يلي:

• الأبخرة المتصاعدة من لهب الموقد أو الأفران
• الدخان المتصاعد من أماكن الحريق أو استخدام التبغ
• عوادم المركبات من المرائب أو الطرق والطرق السريعة القريبة
• أجهزة التدفئة التي تعمل بالغاز أو الكيروسين
• المواد العضوية التي تتحلل في التربة تحت المباني
• ثاني أكسيد الكربون في الهواء الطلق₂ المتسرب إلى الداخل، خاصة من مصادر حرق الوقود الأحفوري القريبة مثل المصانع

فهم ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂ في الأماكن المغلقة

ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂ يُقاس بالأجزاء لكل مليون (جزء في المليون). وكلما زاد جزء في المليون، زاد تركيز ثاني أكسيد الكربون₂ أكثر تركيزًا.

ثاني أكسيد الكربون النموذجي في الأماكن المغلقة₂ يتراوح بين 400 و1,000 جزء في المليون تقريبًا، ولكن يمكن أن يرتفع إلى 40,000 جزء في المليون في الحالات القصوى.⁴

الزيادات الصغيرة والمؤقتة في ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂ في الأماكن المغلقة لا تشكل عادةً تهديدًا كبيرًا لصحة الإنسان. وغالباً ما يمكن حل هذه الارتفاعات القصيرة ببساطة عن طريق تهوية المكان أو استخدام نظام تهوية وتنقية ميكانيكي عالي الكفاءة للتدفئة والتهوية وتكييف الهواء.

عند المستويات الأعلى من 2,000 إلى 5,000 جزء في المليون وما فوق، فإن ثاني أكسيد الكربون₂ يمكن أن يسبب أعراضًا قصيرة الأجل تتداخل مع الانتباه والإدراك بالإضافة إلى الآثار الصحية الناجمة عن التعرض الطويل الأجل.

المستوى الطبيعي: 400-1,000 جزء في المليون
ثاني أكسيد الكربون العادي في الأماكن المغلقة₂ الطبيعي في الأماكن المغلقة حول 400-1,000 جزء في المليون. وهذا يعني أن المكان جيد التهوية ويتميز بتبادل هواء ثابت.

المساحة جيدة التهوية غير المعرضة لأي مصادر قريبة من ثاني أكسيد الكربون₂ مثل المصنع أو الطريق السريع المزدحم، ستشهد عمومًا انبعاثات ثاني أكسيد الكربون₂ في الطرف الأدنى من هذا المقياس. أما المساحة التي تفتقر إلى التهوية أو تقع بالقرب من مصدر رئيسي لغاز ثاني أكسيد الكربون₂ مصدر رئيسي لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون يمكن أن تبدأ في الزحف إلى أعلى هذا المقياس.

من المرجح أن تشهد المنازل والمدارس ومباني المكاتب الأحدث المصممة بغلاف محكم للمباني لزيادة كفاءة الطاقة ارتفاعًا في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون₂ بسبب نقص تبادل الهواء مع الهواء الخارجي النقي. ومن المحتمل أن يحدث ذلك بشكل خاص عندما تكون الأبواب والنوافذ مغلقة أو عندما تكون تقنية التهوية الميكانيكية والترشيح غير كافية.⁵

أعراض خفيفة: 1,000-2,000 جزء في المليون
أعلى من 1,000 جزء في المليون، ثاني أكسيد الكربون₂ بأعراض ملحوظة حيث يتم إزاحة الأكسجين في الهواء بواسطة جزيئات ثاني أكسيد الكربون.⁶

الأعراض الشائعة ولكن الخفيفة غالباً ما تنتج عن ثاني أكسيد الكربون₂ في هذا النطاق ما يلي:

• النعاس
• الشعور بالاختناق
• ارتباك خفيف
• التوهان

ثاني أكسيد الكربون المناسب₂ في تقليل هذه الأعراض بالإضافة إلى مستويات ملوثات الهواء الداخلية الضارة الأخرى. ونتيجة لذلك، فرضت بعض الهيئات التشريعية متوسط ثاني أكسيد الكربون اليومي في الأماكن المغلقة₂ اليومي في الأماكن المغلقة في الحد الأدنى من هذا النطاق لتشجيع التهوية الثابتة.

وفي هذا السياق، أقر المجلس التشريعي لولاية كاليفورنيا قانون AB-841 في أواخر عام 2020. من بين المتطلبات الأخرى ل التهوية والترشيح في المدارسوضع مشروع القانون هذا حدًا أعلى لثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂ عند 1,100 جزء في المليون في الفصول الدراسية في كاليفورنيا، وألزم المدارس بإعداد نظام داخلي للتهوية الداخلية₂ الداخلية لضمان الالتزام بهذا الحد.⁷

أعراض معتدلة 2,000-5,000 جزء في المليون
ما يزيد عن 2,000 جزء في المليون، ثاني أكسيد الكربون₂ يمكن أن يسبب أعراضًا صحية وإدراكية مضطربة، بما في ذلك:

• الصداع
• الشعور بالنعاس
• ضيق في الصدر
• زيادة في معدل ضربات القلب
• انخفاض الانتباه
• قلة التركيز
• الغثيان

يوضِّح الشكل 2 حالة من₂ في هذا النطاق، إلى جانب قراءات التلوث بالجسيمات في الأماكن المغلقة (باللون الأخضر) والتلوث بالجسيمات في الهواء الطلق (باللون الأصفر).

الشكل 2: ثاني أكسيد الكربون₂ مستويات قياس أعلى من 2,000، مما يشير إلى مستويات عالية بشكل معتدل من ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂. المصدر: IQAir AirVisual Pro

ارتفاع ثاني أكسيد الكربون₂ في هذا النطاق يرتبط أيضًا ب متلازمة المبنى المريض (SBS).⁸ يشير مصطلح SBS إلى مجموعة متنوعة من الأعراض المصاحبة لسوء جودة الهواء في مبنى غير جيد التهوية. يمكن أن يؤدي نقص التهوية إلى تراكم ملوثات الهواء الداخلي مثل ثاني أكسيد الكربون₂ والملوثات الأخرى مثل البكتيريا والفيروسات و والمركبات العضوية المتطايرة (VOCs).⁹

أعراض حادة أو مهددة للحياة: 5,000-40,000 جزء في المليون
أكثر من 5,000 جزء في المليون، إزاحة الأكسجين الناجمة عن ارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂ ينتج عنه أعراض ملحوظة وربما مهددة للحياة، مما يزيد من خطر الإصابة ب

• فقدان الوعي
• تَغَيُّم الرؤية
• التعرق
• الارتعاش
• ارتفاع معدل ضربات القلب
• الاختناق
• الموت

عند هذا المستوى العالي من التعرض، قد تكون هناك حاجة إلى جهاز تنفس أو علاج طبي طارئ لمساعدة الفرد في الحصول على ما يكفي من الأكسجين للتنفس بشكل طبيعي مرة أخرى، خاصة بعد فترات طويلة من التعرض.¹⁰

وقد وضعت العديد من الهيئات التنظيمية، مثل إدارة السلامة والصحة المهنية الأمريكية (OSHA)، حدودًا صارمة للمساعدة في منع التعرض لغاز ثاني أكسيد الكربون₂ في مكان العمل من تجاوز 5000 جزء في المليون.¹¹ وغالبًا ما يتم أيضًا فرض طرق محددة لأخذ العينات من أجل المراقبة الدقيقة.¹²

تتعامل معظم اللوائح مع ثاني أكسيد الكربون₂ كغاز خانق ولا تسمح بتجاوز التعرض لغاز ثاني أكسيد الكربون لمدة 8 ساعات في مكان العمل 5,000 جزء في المليون. يمكن أن يؤدي عدم الامتثال إلى حدوث انتهاكات يعاقب عليها بالغرامات وحتى السجن إذا تعرض الأفراد لإصابات خطيرة أو ماتوا بسبب ثاني أكسيد الكربون₂ التعرض لغاز ثاني أكسيد الكربون.

ثاني أكسيد الكربون₂ وتلوث الهواء

لا توجد علاقة مباشرة بين ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂ وملوثات الهواء الداخلية الشائعة الأخرى، مثل الجسيمات (PM) أو المركبات العضوية المتطايرة.

في بعض الحالات، يكون ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂ سلوكًا معاكسًا لسلوك ملوثات الهواء الداخلي الأخرى. على سبيل المثال، قد يؤدي فتح النافذة في يوم ملوث إلى تقليل ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂ ولكن قد يؤدي إلى زيادة PM10, PM2.5وغيرها ملوثات الهواء الخارجي الأخرى التي تخترق الفضاء الداخلي.

ومع ذلك، فإن الظروف التي تؤدي إلى مستويات عالية من ثاني أكسيد الكربون₂ يمكن أن تزيد أيضًا من تركيزات المواد الجزيئية أو المركبات العضوية المتطايرة في الأماكن المغلقة. في الأماكن سيئة التهوية أو غير المفلترة، يمكن أن يؤدي كل من أول أكسيد الكربون₂ وملوثات الهواء الداخلية الأخرى يمكن أن تتراكم إلى مستويات خطيرة وتؤدي إلى مجموعة متنوعة من الآثار الصحية.¹³

ففي المكاتب المشتركة أو الفصول الدراسية، على سبيل المثال، يمكن أن يتسبب الزفير بسرعة في انبعاث أول أكسيد الكربون₂ ورذاذ الجهاز التنفسي المصاب بالعدوى إلى مستويات عالية. كما يمكن أن يؤدي استخدام الأجهزة الشائعة مثل الطابعات وآلات النسخ إلى إنتاج جسيمات PM2.5 وجسيمات متناهية الصغر (UFPs) التي تبقى محمولة في الهواء لفترات طويلة من الزمن في غياب التهوية أو الترشيح.

ترتبط العدوى المنقولة بالهواء بـ بالفيروساتوالبكتيريا، و العفن أكثر احتمالاً في الأماكن غير المرشحة وغير المهواة. يمكن أن يكون الهباء الجوي الملوث الحيوي الناتج عن السعال أو العطس أو التنفس أو التحدث صغيرًا حتى 0.003 ميكرون ويبقى في الهواء لساعات, مما يعرض سكان المبنى للعدوى بعد فترة طويلة من إنتاج الهباء الجوي.¹⁴

كيفية مراقبة ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂

ثاني أكسيد الكربون₂ هو غاز ولا يمكن رصده باستخدام مستشعرات الليزر النموذجية التي تعمل بتشتت الضوء والمستخدمة لقياس الجسيمات.

وبدلًا من ذلك، فإن ثاني أكسيد الكربون₂ باستخدام أجهزة الاستشعار التي تستخدم ضوء الأشعة تحت الحمراء (IR) لتقدير عدد CO₂ في الهواء المحيط.

وإليك كيفية عمل ذلك:

1. يمر الهواء المحيط من خلال CO₂ مكوَّن من مصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء، وخلية غاز عاكسة، وكاشفات ضوء الأشعة تحت الحمراء.
2. يسلط ضوء الأشعة تحت الحمراء على CO₂ التي تمر عبر المجموعة. يتسلط ضوء الأشعة تحت الحمراء على جزيئات CO₂ الكثير من هذا الضوء.
3. والضوء المتبقي الذي لا يمتصه ثاني أكسيد الكربون₂ إلى أجهزة الكشف.
4. تحسب كاشفات ضوء الأشعة تحت الحمراء التغيُّر في الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء من ما أنتجه مصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء إلى ما تبقى بعد CO₂ ضوء الأشعة تحت الحمراء.
5. يشير التغير في الطول الموجي إلى تركيز ثاني أكسيد الكربون₂والذي يتم تحويله إلى قراءة جزء في المليون.

يشير التغير في الطول الموجي₂ المستقل قد يشير إلى وجود نسبة مرتفعة من ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂ ويفي بأساسيات ثاني أكسيد الكربون₂ الأساسية لأماكن العمل والمدارس. تشير دراسة نشرتها الجمعية الكيميائية الأمريكية في عام 2021 إلى أن ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂ الداخلية قد تكون إحدى الأدوات التي تساعد في الإشارة إلى الخطر النسبي للتعرض للهباء الجوي المعدي في نفس المكان.¹⁵

ومع ذلك، فإن مستويات ثاني أكسيد الكربون الأساسية₂ الأساسية لا توفر بيانات مهمة حول ملوثات الهواء الأخرى التي تهدد صحة سكان المبنى.

كما أن جهاز مراقبة جودة الهواء يقيس كلاً من PM وCO₂ الصورة الأكثر فائدة لجودة الهواء الداخلي، بما في ذلك كيفية التهوية والترشيح على هذه الملوثات. يمكن أن يساعد قياس درجة الحرارة والرطوبة أيضًا في تحسين فهم كيفية تأثير الظروف الجوية على تركيزات الجسيمات في الأماكن المغلقة من PM و CO₂.

الخلاصة

أقل من 1,000 جزء في المليون، ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂ ليست مشكلة كبيرة في جودة الهواء.

ومع ذلك، فإن ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂ الذي يتجاوز 1,000 جزء في المليون يمكن أن يقلل من التركيز والأداء المعرفي ويسبب ضررًا عند مستويات مرتفعة بشكل متزايد. يمكن أن يكون لهذا الأمر تكاليف باهظة على الإنتاجية والأداء الأكاديمي والصحة في أماكن العمل والفصول الدراسية حيث ملوثات الهواء مثل PM2.5 والعدوى المنقولة بالهواء هي بالفعل من الشواغل الحرجة.

إن التهوية بالهواء الخارجي النقي هي الحل الأساسي لتقليل ثاني أكسيد الكربون في الأماكن المغلقة₂. عندما يكون الهواء الخارجي ملوثاً أو عندما يكون الطقس قاسياً، يمكن أن يساعد استخدام التهوية الميكانيكية والترشيح في تقليل ثاني أكسيد الكربون₂ وملوثات الهواء الداخلي الأخرى التي تؤثر على صحة شاغلي المبنى وأدائهم.