Anidride carbonica interna

Anidride carbonica (CO₂) è un gas invisibile senza odore percepibile dai sensi umani.

Composta da un atomo di carbonio e due atomi di ossigeno, la CO₂ è molto comune e per lo più innocuo in piccole quantità. Ma ad alte concentrazioni, il CO₂ può sostituire l'ossigeno e causare danni o addirittura la morte.

La ventilazione con aria fresca è il metodo principale per ridurre le emissioni di CO₂ negli ambienti interni. L'accumulo di CO2 negli ambienti interni può essere particolarmente problematico in molti spazi a causa della mancanza di ventilazione quando le finestre e le porte sono chiuse nelle giornate calde o inquinate.

L'aumento di CO₂ a livello mondiale rappresenta una minaccia anche per le concentrazioni di CO₂ negli ambienti interni, poiché la CO₂ (un gas a effetto serra) può penetrare all'interno. Dal 1990, le emissioni di CO₂ sono aumentate di quasi il 61%, passando da circa 20 gigatonnellate a quasi 35 gigatonnellate nel 2021 (vedi Figura 1).¹

Figura 1: Emissioni globali di CO2 1990-2021 (in gigatonnellate), con un aumento complessivo di quasi il 61% dal 1990. Fonte: Agenzia Internazionale dell'Energia (AIE)

Sebbene le emissioni di CO₂ siano diminuite di quasi il 6% nel 2020 a causa della riduzione delle attività umane dovuta alla pandemia COVID-19, LE EMISSIONI DI CO₂ sono tornati in gran parte ai livelli pre-pandemia e si prevede che nel 2021 aumenteranno di almeno un altro 5%.

L'apertura di porte e finestre può contribuire a ridurre temporaneamente le emissioni di CO₂.

Inoltre, la ventilazione meccanica può contribuire a ridurre le emissioni di CO₂. Questo può anche contribuire a ridurre altri comuni inquinanti interni, come i composti organici volatili (COV), il particolato, i virus e i batteri attraverso la diluizione.

Il monitoraggio delle emissioni di CO₂ negli ambienti interni è fondamentale anche per comprendere l'entità delle emissioni di CO₂ in uno spazio, il suo rapporto con altri inquinanti atmosferici e la riduzione degli effetti sulla salute.

Continuate a leggere per saperne di più sul CO₂ e il suo impatto sull'ambiente interno, tra cui:

• le fonti più comuni di CO₂
• livelli accettabili e non salutari di CO₂
• il rapporto tra CO₂ e inquinamento atmosferico
• come monitorare efficacemente la CO2 negli ambienti interni e contribuire a ridurre le emissioni di CO₂

Fonti di CO₂

La respirazione umana, in particolare l'espirazione, è di gran lunga la fonte più comune di CO₂.²

L'inspirazione porta l'ossigeno (O2) nei polmoni e nel flusso sanguigno, dove i globuli rossi lo trasportano in tutto il corpo per sostenere le cellule corporee. L'anidride carbonica viene creata come prodotto di scarto dell'ossigeno utilizzato dalle cellule per generare energia per il metabolismo. I globuli rossi trasportano l'anidride carbonica nei polmoni, dove viene espirata nell'aria.

Quando l'espirazione è la principale fonte naturale, la CO₂ negli ambienti interni si basa principalmente su due fattori: le dimensioni della stanza e il numero di abitanti.

Quanto più piccolo è lo spazio e quante più persone vi abitano, tanto più veloce è l'accumulo di CO₂ si accumula più rapidamente nello spazio. Questo è uno dei motivi per cui l'aria nelle sale conferenze o nelle aule scolastiche affollate può iniziare a essere viziata e a provocare sonnolenza o disorientamento anche dopo poco tempo.³

Altre fonti comuni di CO₂ indoor includono:

• fumi di fiamme di fornelli o forni
• fumo da caminetti o uso del tabacco
• scarichi di veicoli provenienti da garage o da strade e autostrade vicine
• dispositivi di riscaldamento alimentati a gas o cherosene
• materia organica che si decompone nel terreno sotto gli edifici
• CO₂ che si infiltra all'interno, soprattutto da fonti vicine che bruciano combustibili fossili come le fabbriche

Capire le infiltrazioni di CO₂ negli ambienti interni

Il livello di CO₂ negli ambienti interni si misura in parti per milione (ppm). Più sono alte le ppm, più la CO è concentrata.₂ è più concentrato.

I valori tipici di CO₂ negli ambienti interni è di circa 400-1.000 ppm, ma in casi estremi può arrivare a 40.000 ppm.⁴

Piccoli e temporanei aumenti della CO₂ negli ambienti interni non costituiscono in genere una grave minaccia per la salute umana. Questi brevi picchi possono spesso essere risolti semplicemente ventilando lo spazio o utilizzando un sistema di ventilazione meccanica e purificazione HVAC ad alta efficienza.

A livelli più elevati, da 2.000 a 5.000 ppm e oltre, la CO₂ può causare sintomi a breve termine che interferiscono con l'attenzione e la cognizione, nonché effetti sulla salute dovuti all'esposizione a lungo termine.

Normale: 400-1.000 ppm
Normale CO₂ in ambienti chiusi si aggirano intorno a 400-1.000 ppm. Ciò significa che lo spazio è adeguatamente ventilato e ha un ricambio d'aria costante.

Uno spazio ben ventilato e non esposto a fonti vicine di CO₂ nelle vicinanze, come una fabbrica o un'autostrada trafficata, in genere si registrerà una concentrazione di CO₂ all'estremità inferiore di questa scala. Uno spazio privo di ventilazione o situato in prossimità di una delle principali fonti di emissione di CO₂ può iniziare a salire su questa scala.

Le abitazioni, le scuole e gli edifici per uffici più recenti, progettati con involucri edilizi stretti per una maggiore efficienza energetica, hanno maggiori probabilità di registrare emissioni elevate di CO₂ a causa della mancanza di ricambio d'aria con l'aria fresca esterna. Ciò è particolarmente probabile quando porte e finestre sono chiuse o la ventilazione meccanica e la tecnologia di filtraggio sono insufficienti.⁵

Sintomi lievi: 1.000-2.000 ppm
Al di sopra di 1.000 ppm, la CO₂ inizia a causare sintomi evidenti, poiché l'ossigeno presente nell'aria viene sostituito dalle molecole di CO2.⁶

I sintomi comuni, ma lievi, che spesso derivano dalla presenza di CO₂ in questo intervallo includono:

• sonnolenza
• sensazione di soffocamento
• lieve confusione
• disorientamento

CO appropriata₂ può contribuire a ridurre questi sintomi e i livelli di altri inquinanti dannosi per l'aria interna. Di conseguenza, alcune legislazioni hanno imposto una media giornaliera di CO₂ giornaliera media negli ambienti interni, che si colloca all'estremità inferiore di questo intervallo, per incoraggiare una ventilazione costante.

In questo senso, alla fine del 2020 la legislatura dello Stato della California ha approvato l'AB-841. Tra gli altri requisiti per ventilazione e filtrazione nelle scuolequesta legge ha fissato un limite massimo di emissioni di CO₂ a 1.100 ppm nelle aule scolastiche della California e richiedeva alle scuole di predisporre impianti di ventilazione interna per la CO₂ indoor per garantire il rispetto di questo limite.⁷

Sintomi moderati: 2.000-5.000 ppm
Oltre le 2.000 ppm, la CO₂ può causare sintomi cognitivi e di salute dirompenti, tra cui:

• mal di testa
• sensazione di sonnolenza
• senso di oppressione al petto
• aumento della frequenza cardiaca
• riduzione dell'attenzione
• mancanza di concentrazione
• nausea

La Figura 2 illustra un'esposizione a CO₂ in questo intervallo, insieme alle letture dell'inquinamento da particelle all'interno (in verde) e all'inquinamento da particelle all'esterno (in giallo).

Figura 2: IL VALORE DELLE EMISSIONI DI CO₂ superiori a 2.000, che indicano livelli moderatamente elevati di CO₂. Fonte: IQAir AirVisual Pro

Elevata emissione di CO₂ in questo intervallo è anche associato a sindrome dell'edificio malato (SBS).⁸ La SBS si riferisce a una serie di sintomi che accompagnano la scarsa qualità dell'aria in un edificio non adeguatamente ventilato. La mancanza di ventilazione può portare all'accumulo di inquinanti nell'aria interna come la CO₂ e di altri contaminanti come batteri, virus e composti organici volatili (VOC).⁹

Sintomi gravi o pericolosi per la vita: 5.000-40.000 PPM
Oltre le 5.000 ppm, la perdita di ossigeno causata dall'elevata concentrazione di CO₂ in ambienti chiusi provoca sintomi evidenti e potenzialmente pericolosi per la vita, aumentando il rischio di:

• perdere conoscenza
• visione offuscata
• sudorazione
• tremore
• frequenza cardiaca elevata
• asfissia
• morte

A questo livello elevato di esposizione, può essere necessario l'uso di un respiratore o di un trattamento medico d'emergenza per aiutare un individuo a ottenere ossigeno sufficiente per respirare di nuovo normalmente, soprattutto dopo lunghi periodi di esposizione.¹⁰

Molti enti normativi, come l'Amministrazione statunitense per la sicurezza e la salute sul lavoro (OSHA), hanno fissato limiti rigorosi per evitare che la CO₂ sul posto di lavoro non superi i 5.000 ppm.¹¹ Spesso vengono imposti anche metodi di campionamento specifici per un monitoraggio accurato.¹²

La maggior parte delle normative tratta la CO₂ come un gas asfissiante e non consente che l'esposizione alla CO2 per 8 ore sul posto di lavoro superi i 5.000 ppm. La mancanza di conformità può comportare violazioni punibili con multe e persino con la prigione se le persone sono gravemente ferite o muoiono a causa della CO₂ o se le persone sono gravemente ferite o muoiono a causa dell'esposizione alla CO2.

IL CO₂ e l'inquinamento atmosferico

Non esiste una correlazione diretta tra le emissioni di CO₂ e altri inquinanti comuni dell'aria interna, come il particolato (PM) o i COV.

In alcuni casi, la CO₂ indoor può avere un comportamento opposto a quello di altri inquinanti dell'aria interna. Ad esempio, l'apertura di una finestra in una giornata inquinata può ridurre le emissioni di CO₂ ma aumentare PM10, PM2,5e altri inquinanti atmosferici esterni che penetrano nello spazio interno.

Tuttavia, le condizioni che portano a livelli elevati di CO₂ possono anche aumentare le concentrazioni interne di PM o COV. In uno spazio scarsamente ventilato o non filtrato, sia le emissioni di CO₂ e altri inquinanti dell'aria interna possono raggiungere livelli pericolosi e provocare un'ampia gamma di effetti sulla salute.¹³

In un ufficio o in un'aula condivisa, ad esempio, l'espirazione può causare rapidamente la formazione di CO₂ e aerosol respiratori infetti si accumulano rapidamente fino a livelli elevati. Anche l'uso di apparecchi comuni come stampanti e fotocopiatrici può produrre PM2,5 e particelle ultrafini (UFP) che rimangono nell'aria per lunghi periodi di tempo in assenza di ventilazione o filtrazione.

Infezioni trasmesse dall'aria legate a virus, batteri e muffa sono più probabili in spazi non filtrati e non ventilati. Gli aerosol biocontaminanti prodotti da tosse, starnuti, respirazione o conversazione possono essere piccoli come 0,003 micron e rimanere nell'aria per ore, esponendo gli abitanti dell'edificio a infezioni anche molto tempo dopo la produzione degli aerosol.¹⁴

Come monitorare la CO₂

CO₂ è un gas e non può essere monitorato con i tipici sensori laser a diffusione di luce utilizzati per misurare il PM.

Invece, il CO₂ è meglio misurato con sensori che utilizzano la luce infrarossa (IR) per stimare il numero di emissioni di CO₂ nell'aria ambiente.

Ecco come funziona:

1. L'aria ambiente passa attraverso un filtro per la CO₂ costituito da una sorgente di luce IR, una cella di gas riflettente e un rilevatore di luce IR.
2. La luce IR illumina la CO₂ che attraversano il gruppo. Le molecole di CO₂ assorbono gran parte della luce.
3. La luce rimanente che non viene assorbita dalla CO₂ passa ai rilevatori.
4. I rilevatori di luce IR calcolano la variazione delle lunghezze d'onda IR da quella prodotta dalla sorgente di luce IR a quella che rimane dopo l'assorbimento di CO₂ assorbe la luce IR.
5. La variazione della lunghezza d'onda indica la concentrazione di CO₂che viene convertita in una lettura in ppm.

Un apparecchio indipendente per la misurazione della CO₂ può indicare la presenza di un elevato livello di CO₂ e soddisfare le esigenze di base della CO₂ nei luoghi di lavoro e nelle scuole. Uno studio del 2021 pubblicato dall'American Chemical Society suggerisce che le emissioni di CO₂ negli ambienti interni può essere uno strumento per indicare il rischio relativo di esposizione ad aerosol infettivi nello stesso spazio.¹⁵

Tuttavia, i livelli di base di CO₂ non forniscono dati critici su altri inquinanti atmosferici che minacciano la salute degli abitanti degli edifici.

Un monitor della qualità dell'aria che misura sia il PM che il CO₂ fornisce il quadro più utile della qualità dell'aria negli ambienti interni, compreso il modo in cui ventilazione e filtrazione influiscono su questi inquinanti. Anche la misurazione della temperatura e dell'umidità può contribuire a migliorare la comprensione di come le condizioni atmosferiche influenzino le concentrazioni indoor di PM e CO₂.

Il risultato

Al di sotto di 1.000 ppm, la CO₂ non è un problema importante per la qualità dell'aria.

Tuttavia, le emissioni di CO₂ oltre le 1.000 ppm può ridurre la concentrazione e le prestazioni cognitive e causare danni a livelli sempre più elevati. Ciò può avere costi elevati per la produttività, il rendimento scolastico e la salute nei luoghi di lavoro e nelle aule scolastiche, dove gli inquinanti atmosferici come il PM2,5 e le infezioni trasmesse per via aerea sono già un problema critico.

La ventilazione con aria fresca esterna è la soluzione principale per ridurre le emissioni di CO₂. Quando l'aria esterna è inquinata o le condizioni meteorologiche sono estreme, l'utilizzo della ventilazione meccanica e della filtrazione può contribuire a ridurre le emissioni di CO₂ e altri inquinanti dell'aria interna che influiscono sulla salute e sulle prestazioni degli occupanti degli edifici.