Двуокись углерода в помещении

Диоксид углерода (CO₂) - это невидимый газ, не имеющий запаха, воспринимаемого человеческими органами чувств.

Состоящий из атома углерода и двух атомов кислорода, внутренний CO₂ очень распространен и в небольших количествах практически безвреден. Но при высоких концентрациях CO₂ может вытеснить кислород и причинить вред или даже привести к смерти.

Вентиляция свежим воздухом является основным методом снижения содержания CO₂ концентрации. Накопление СО2 в помещении может быть особенно проблематичным во многих помещениях из-за отсутствия вентиляции, когда окна и двери закрыты в жаркие или загрязненные дни.

Повышение концентрации CO₂ во всем мире также представляет угрозу для CO₂ поскольку наружный атмосферный CO₂ (парниковый газ) может просачиваться внутрь помещения. С 1990 года CO₂ увеличились почти на 61 процент - с 20 гигатонн до почти 35 гигатонн в 2021 году (см. Рисунок 1).¹

Рисунок 1: Глобальные выбросы CO2 в 1990-2021 годах (в гигатоннах), общий рост с 1990 года составил почти 61%. Источник: Международное энергетическое агентство (МЭА)

Хотя CO₂ снизились почти на 6% в 2020 году из-за сокращения человеческой деятельности вследствие пандемия КОВИД-19, CO₂ в значительной степени вернулись к уровню, существовавшему до пандемии, и, как ожидается, в течение 2021 года поднимутся еще как минимум на 5 процентов.

Открытие окон и дверей может помочь временно снизить уровень CO₂.

Кроме того, механическая вентиляция может помочь снизить уровень CO₂. Это также может помочь уменьшить количество других распространенных загрязнителей в помещении, таких как летучие органические соединения (ЛОС), твердые частицы, вирусы и бактерии за счет разбавления.

Мониторинг содержания CO₂ также важен для понимания масштабов выбросов CO₂ в помещении, его взаимосвязи с другими загрязнителями воздуха в этом помещении и снижения его воздействия на здоровье.

Читайте далее, чтобы узнать больше о CO₂ и его влиянии на внутреннюю среду, в том числе:

• наиболее распространенные источники CO в помещениях₂
• приемлемые и нездоровые уровни CO₂
• взаимосвязь между CO₂ и загрязнением воздуха
• как эффективно контролировать уровень CO2 в помещении и способствовать снижению уровня CO в помещении₂

Источники CO в помещении₂

Безусловно, дыхание человека, а точнее, выдыхание, является наиболее распространенным источником CO в помещении.₂.²

При вдохе кислород (O2) поступает в легкие и кровоток, где красные кровяные тельца разносят его по всему организму для поддержания клеток тела. Углекислый газ образуется как побочный продукт при использовании кислорода клетками для получения энергии для метаболизма. Красные кровяные тельца переносят углекислый газ обратно в легкие, где он выдыхается обратно в воздух.

Когда выдыхание является основным естественным источником, CO₂ в первую очередь зависит от двух факторов: размера помещения и количества проживающих в нем людей.

Чем меньше помещение и чем больше в нем людей, тем быстрее образуется CO₂ может накапливаться в помещении. Это одна из причин того, что воздух в переполненных конференц-залах или учебных аудиториях может стать спертым и вызвать сонливость или дезориентацию даже через некоторое время.³

Другие распространенные источники CO₂ являются:

• дым от пламени плиты или духовки
• дым от очаги или употребление табака
• выхлопные газы автомобилей из гаражей или с близлежащих дорог и магистралей
• отопительные приборы, работающие на газе или керосине
• органические вещества, разлагающиеся в почве под зданиями
• наружный CO₂ просачивается внутрь помещений, особенно из близлежащих источников, сжигающих ископаемое топливо, таких как заводы

Понимание содержания CO внутри помещений₂ .

СО в помещении₂ измеряется в частях на миллион (ppm). Чем выше уровень ppm, тем более концентрированным является CO₂ накапливается в воздухе.

Типичный уровень CO₂ колеблется в пределах 400-1000 ppm, но в экстремальных случаях может достигать 40 000 ppm.⁴

Небольшое, временное повышение уровня CO в помещении₂ как правило, не представляют серьезной угрозы для здоровья человека. Такие кратковременные скачки часто можно устранить простым проветриванием помещения или использованием высокоэффективной системы механической вентиляции и очистки HVAC.

При более высоких уровнях от 2 000 до 5 000 ppm и выше, CO₂ может вызывать кратковременные симптомы, мешающие вниманию и познанию, а также последствия для здоровья при длительном воздействии.

Норма: 400-1 000 ppm
Нормальное содержание CO в помещении₂ колеблется в пределах 400-1000 промилле. Это означает, что помещение хорошо проветривается и имеет постоянный воздухообмен.

Хорошо проветриваемое помещение, не подверженное воздействию близлежащих источников CO₂ например, завод или оживленное шоссе, как правило, концентрация CO₂ на нижнем конце этой шкалы. В помещениях с недостаточной вентиляцией или расположенных вблизи крупных источников CO₂ может начать подниматься вверх по этой шкале.

Новые дома, школы и офисные здания, спроектированные с герметичными ограждающими конструкциями для повышения энергоэффективности, скорее всего, будут иметь высокий уровень выбросов CO₂ из-за отсутствия воздухообмена с наружным свежим воздухом. Это особенно вероятно, когда двери и окна закрыты или механическая вентиляция и технология фильтрации недостаточны.⁵

Слабые симптомы: 1,000-2,000 ppm
Выше 1 000 ppm, CO₂ начинает вызывать заметные симптомы, поскольку кислород в воздухе вытесняется молекулами CO2.⁶

Распространенные, но слабые симптомы, часто возникающие в результате воздействия CO₂ в этом диапазоне включают:

• сонливость
• ощущение духоты
• лёгкое замешательство
• дезориентация

Правильное содержание CO₂ вентиляция может помочь уменьшить эти симптомы, а также снизить уровень других вредных загрязнителей воздуха в помещении. В результате некоторые законодательные органы ввели требование о среднесуточном содержании CO₂ в нижнем пределе этого диапазона, чтобы стимулировать постоянную вентиляцию.

В этом ключе законодательное собрание штата Калифорния приняло закон AB-841 в конце 2020 года. Среди прочих требований к вентиляции и фильтрации в школахэтот законопроект установил верхний предел содержания CO₂ в калифорнийских классах на уровне 1 100 ppm и требовал от школ установить в помещениях системы вентиляции CO₂ для обеспечения соблюдения этого предела.⁷

Умеренные симптомы: 2,000-5,000 ppm
При превышении 2 000 ppm, CO₂ может вызывать нарушения здоровья и когнитивные симптомы, в том числе:

• головные боли
• чувство сонливости
• стеснение в груди
• увеличение частоты сердечных сокращений
• снижение внимания
• отсутствие концентрации
• тошнота

На рисунке 2 показан CO₂ в этом диапазоне, а также показатели загрязнения частицами в помещении (зеленым цветом) и на улице (желтым цветом).

Рисунок 2: CO₂ уровень выше 2 000, что указывает на умеренно высокий уровень CO в помещении₂. Источник: IQAir AirVisual Pro

Высокое содержание CO₂ в этом диапазоне также ассоциируется с синдромом больного здания (СБС).⁸ SBS - это целый ряд симптомов, сопровождающих плохое качество воздуха в здании, которое не проветривается должным образом. Отсутствие вентиляции может привести к накоплению в воздухе помещений таких загрязняющих веществ, как CO₂ и других загрязнителей, таких как бактерии, вирусы и летучие органические соединения (ЛОС).⁹

Тяжелые или угрожающие жизни симптомы: 5 000-40 000 PPM
При концентрации свыше 5 000 промилле кислородное голодание, вызванное высоким содержанием CO₂ приводит к заметным и потенциально опасным для жизни симптомам, повышая риск:

• потеря сознания
• помутнение зрения
• потливость
• дрожь
• учащённое сердцебиение
• удушье
• смерть

При таком высоком уровне воздействия может потребоваться респиратор или экстренная медицинская помощь, чтобы помочь человеку получить достаточно кислорода для нормального дыхания, особенно после длительного воздействия.¹⁰

Многие регулирующие органы, такие как Управление по охране труда и здоровья США (OSHA), установили строгие ограничения для предотвращения воздействия CO₂ на рабочем месте не превышало 5 000 ppm.¹¹ Также часто применяются специальные методы отбора проб для точного мониторинга.¹²

Большинство нормативных документов рассматривают CO₂ как удушающий газ и не допускают, чтобы 8-часовое воздействие CO2 на рабочем месте превышало 5 000 ppm. Несоблюдение этих норм может привести к нарушениям, которые наказываются штрафами и даже тюремным заключением, если люди получают серьезные травмы или умирают из-за воздействия CO₂ воздействия.

CO₂ и загрязнение воздуха

Не существует прямой зависимости между содержанием CO₂ и другими распространенными загрязнителями воздуха в помещении, такими как твердые частицы (ТЧ) или летучие органические соединения.

В некоторых случаях CO₂ может вести себя противоположно другим загрязнителям воздуха в помещении. Например, открытие окна в загрязненный день может снизить содержание CO₂ но увеличить PM10, PM2.5и другие загрязнители наружного воздуха которые проникают во внутреннее пространство.

Однако условия, которые приводят к высоким уровням CO₂ могут также увеличить концентрацию PM или летучих органических соединений в помещении. В плохо проветриваемом или нефильтрованном помещении как CO₂ и другие загрязнители воздуха в помещении могут накапливаться до опасных уровней и приводить к самым разным последствиям для здоровья.¹³

Например, в общем офисном помещении или классной комнате выдыхаемый воздух может быстро привести к образованию CO₂ и инфицированных респираторных аэрозолей до высоких уровней. Использование таких распространенных приборов, как принтеры и копировальные аппараты, также может привести к образованию PM2.5 и сверхтонких частиц (UFPs), которые остаются в воздухе в течение длительного времени в отсутствие вентиляции или фильтрации.

Инфекции, передающиеся воздушно-капельным путем, связаны с вирусамибактериями и плесень также более вероятны в нефильтрованных, непроветриваемых помещениях. Аэрозоли биозагрязнителей, образующиеся при кашле, чихании, дыхании или разговоре, могут быть размером всего 0,003 микрона и сохраняться в воздухе в течение нескольких часов, подвергая обитателей здания опасности заражения в течение длительного времени после образования аэрозолей.¹⁴

Как контролировать содержание CO₂

CO₂ является газом и не может контролироваться с помощью обычных светорассеивающих лазерных датчиков, используемых для измерения PM.

Вместо этого CO₂ лучше всего измерять с помощью датчиков, использующих инфракрасный (ИК) свет для оценки количества CO₂ в окружающем воздухе.

Вот как это работает:

1. Окружающий воздух проходит через фильтр CO₂ состоящий из источника ИК-излучения, отражающей газовой ячейки и детекторов ИК-излучения.
2. ИК-излучение светит на CO₂ которые проходят через сборку. Молекулы CO₂ поглощают большую часть этого света.
3. Оставшийся свет, не поглощенный CO₂ проходит через детекторы.
4. Детекторы ИК-излучения рассчитывают изменение длины волны ИК-излучения от той, что была получена от источника ИК-излучения, до той, что осталась после поглощения CO₂ поглощает ИК-излучение.
5. Изменение длины волны указывает на концентрацию CO₂которая переводится в промилле.

Отдельный прибор для определения CO₂ может указывать на наличие повышенного содержания CO₂ и соответствовать основным требованиям к CO₂ для мониторинга на рабочих местах и в школах. Исследование 2021 года, опубликованное Американским химическим обществом, предполагает, что CO₂ может быть одним из инструментов, позволяющих определить относительный риск воздействия инфекционных аэрозолей в одном и том же помещении.¹⁵

Однако основные показатели CO₂ не дают критически важных данных о других загрязнителях воздуха, угрожающих здоровью обитателей здания.

На сайте монитор качества воздуха Монитор качества воздуха, измеряющий как PM, так и CO₂ дает наиболее полезную картину качества воздуха в помещении, включая то, как вентиляция и фильтрация влияют на эти загрязнители. Измерение температуры и влажности также может помочь лучше понять, как атмосферные условия влияют на концентрацию PM и CO в помещении.₂.

Итоги

При концентрации CO в помещении ниже 1 000 ppm₂ не является серьезной проблемой для качества воздуха.

Однако содержание CO₂ выше 1 000 ppm может снизить концентрацию внимания и когнитивные способности, а при все более высоких уровнях - причинить вред. Это может иметь большие последствия для производительности труда, успеваемости и здоровья на рабочих местах и в учебных аудиториях, где загрязнители воздуха, такие как PM2.5 и инфекции, передающиеся воздушно-капельным путем, уже являются серьезной проблемой.

Вентиляция с использованием свежего наружного воздуха является основным решением для снижения содержания CO₂. Если наружный воздух загрязнен или погода экстремальная, использование механической вентиляции и фильтрации может помочь снизить уровень CO₂ и других загрязнителей воздуха в помещении, которые влияют на здоровье и работоспособность жильцов здания.