docświeże powietrze w domu, szkole i pracy
download 
Reklamacja Transkrypt
świeże powietrze w domu, szkole i pracy
ŚWIEŻE POWIETRZE W DOMU, SZKOLE I PRACY Krzysztof CHMIELEWSKI Gazex Sp. z o.o., ul. Baletowa 16, 02-867 Warszawa, www.gazex.com.pl 1. Wstęp Współcześnie przebywamy w zamkniętych pomieszczeniach przez większość doby. Stwarza to problemy z zapewnieniem komfortu klimatycznego, od którego zależy samopoczucie i zdrowie ludzi. W kinach, teatrach i restauracjach jest on warunkiem niezbędnym dla uzyskania pełnej satysfakcji klientów ze świadczonych tam usług. W biurowcach i bankach istotne jest też stworzenie warunków sprzyjających wysokiej wydajności pracowników, głównie umysłowych. Również w mieszkaniu, efektywny odpoczynek i sen są uwarunkowane warunkami klimatycznymi, jakie tam panują. Powietrze w obiektach zamkniętych różni się składem od tego na zewnątrz. Choć niektórych substancji jest mniej, zasadą jest, że gromadzą się tam obce gazy, aeorozole i cząstki stałe. Źródłem zanieczyszczeń w takich obiektach są głównie ludzie, chociaż w pewnych typach pomieszczeń, na przykład: w palarniach, garażach lub salach szpitalnych istnieją też inne źródła emisji. Gromadzenie się wybranych substancji obcych wewnątrz pomieszczeń zamkniętych przedstawiono w tabeli 1. Warunki klimatyczne w pomieszczeniach zamkniętych zależą od typu pomieszczenia. Inną specyfiką pod tym względem charakteryzują się pomieszczenia mieszkalne, a inną biura czy szkoły. Prześledźmy, na co, pod względem składników powietrza, narażeni są ludzie w mieście w swoim codziennym życiu, zakładając, że nie pracują w fabrykach i zakładach przemysłowych, gdzie emisja różnych gazów jest efektem procesów produkcyjnych. Tab. 1. Różnice w stężeniu niektórych zanieczyszczeń wewnątrz i na zewnątrz pomieszczeń, w których przebywają ludzie (za Höppe i Martinac, 1998, zmodyfikowane) Rodzaj zanieczyszczenia stosunek stężeń wewnątrz / na zewnątrz dwutlenek węgla 1–4 tlenek węgla uwagi obiekt > 10 w obecności źródeł emisji garaże podziemne <1 przy braku źródeł emisji > 10 w obecności źródeł emisji garaże podziemne dwutlenek siarki 0,1 – 0,5 dwutlenek azotu 0,1 – 1 przy braku źródeł emisji 2–5 w obecności źródeł emisji ozon 0,1 – 0,25 przy braku źródeł emisji cząstki stałe 1 przy braku źródeł dymu 2 w obecności źródeł dymu palarnie w obecności źródeł dymu palarnie radon 3–5 formaldehyd 10 węglowodory aromatyczne i alifatyczne 1–3 >1 ARTYKUŁ SPONSOROWANY szpitale 443 Civil and Environmental Engineering / Budownictwo i Inżynieria Środowiska 2 (2011) 443-447 wysokie, oczywiście pod warunkiem przestrzegania tych norm przez producentów. 2. Mieszkanie W pomieszczeniach mieszkalnych istnieje wiele źródeł emisji gazów. Najważniejszym źródłem jest człowiek, który podczas oddychania wytwarza dwutlenek węgla (CO2). Gaz ten jest naturalnym składnikiem powietrza. Jego stężenie w atmosferze ziemskiej wynosi około 400 ppm (parts per milion, części na milion) czyli 0,04% objętościowo. W pomieszczeniach, w których przebywają ludzie, stężenie CO2 szybko wzrasta do około 1000 ppm, a nawet powyżej. Oprócz dwutlenku węgla, w powietrzu w pomieszczeniach mieszkalnych może występować również tlenek węgla, śmiertelnie trujący gaz będący produktem niepełnego spalania. Jego źródłem mogą być piece węglowe, niesprawne termy i kuchnie gazowe, kominki, a także dym papierosowy. Oczywiście, tlenek węgla rzadko kiedy osiąga w mieszkaniach poziom zagrażający wprost życiu. Jednak efekty działania tego gazu mogą się kumulować, a więc tlenek węgla występujący nawet w niewielkim stężeniu może być szkodliwy w dłuższej skali czasowej. Dodatkowo, istnieje współzależność między poziomem dwutlenku węgla i toksycznym działaniem tlenku węgla. Częstość oddechów człowieka zależy od wielu czynników, w tym od poziomu dwutlenku węgla w powietrzu. Ośrodek oddechowy jest stymulowany wyższym stężeniem tego gazu. W efekcie, w pomieszczeniu zamkniętym, w którym gromadzi się CO2 i jednocześnie występuje tlenek węgla, na przykład w kuchni czy w łazience, intensywność oddechowa jest wzmagana, co prowadzi do szybszego wchłaniania toksycznego CO i kumulacji negatywnych dla zdrowia skutków. Trzeba pamiętać, że zagrożenie od strony połączonego działania CO2 i CO nie ogranicza się tylko do mieszkań z termami i kuchniami gazowymi, z reguły starszymi i źle wentylowanymi. Ten sam problem może wystąpić w nowoczesnych domach i mieszkaniach, nawet jeśli ogrzewanie budynku jest centralne, a zasilanie kuchni elektryczne. Częstym problemem w takich obiektach jest podwyższony poziom dwutlenku węgla wydzielającego się ze ścian. Zjawisko to jest związane z „dojrzewaniem” świeżych tynków i innych składników ścian, w wyniku którego dochodzi do powstawania CO2. W nowych pomieszczeniach mieszkalnych przez pierwsze kilka lat obserwuje się wysokie stężenie dwutlenku węgla wynoszące nawet 2000 ppm w pomieszczeniach nie wietrzonych i około 800 ppm w pomieszczeniach wietrzonych, nawet jeśli nie przebywają tam ludzie stanowiący z reguły główne źródło tego gazu. Dwutlenek węgla w takich stężeniach powoduje u ludzi uczucie zmęczenia, a nawet bóle głowy, natomiast w połączeniu z tlenkiem węgla pochodzącym np. z kominków lub dymu papierosowego, poprzez kumulację szkodliwych efektów działania tego ostatniego gazu, może prowadzić do pogorszenia stanu zdrowia w dłuższym okresie. Oprócz dwutlenku węgla i tlenku węgla, powietrze w pomieszczeniach mieszkalnych może też zawierać inne szkodliwe gazy, pochodzące na przykład z impregnatów stosowanych przy produkcji mebli, powłok lakierniczych i farb, itp. Jednak obecne normy dotyczące tych substancji są na tyle ostre, że ryzyko z nimi związane nie jest bardzo 444 3. Garaż podziemny Głównymi składnikami spalin silników benzynowych są tlenek i dwutlenek węgla, tlenki azotu, tlenek siarki, sadze i pyły oraz węglowodory (THC – total hydrocarbons). Skład ilościowy spalin zależy od typu silnika i stanu technicznego silnika, wyposażenia w katalizator oraz jego temperatury. Silniki wysokoprężne prawie lub w ogóle nie wytwarzają tlenku węgla (niewielkie jego ilości powstają przy rozruchu i na małych obrotach), natomiast spaliny wydzielane przez te silniki mogą zawierać dużo sadzy. Oprócz spalin, w powietrzu w garażach występują również lotne związki organiczne (VOCs – volatile organic compounds), pochodzące raczej z parowania paliw płynnych, niż ze spalania. Toksyczność poszczególnych składników spalin jest różna, wszystkie one jednak nie są obojętne dla zdrowia. Wydawać by się mogło, że zastosowanie katalizatorów w nowoczesnych samochodach usuwa znaczną część toksycznych składników spalin, w szczególności tlenku węgla. Przeczą temu jednak bezpośrednie pomiary stężenia różnych gazów w garażach. Generalnie przyjmuje się, że nowoczesny silnik benzynowy wyposażony w katalizator wydziela 140 razy więcej dwutlenku węgla niż tlenku węgla. Dotyczy to jednak rozgrzanego silnika i sprawnego katalizatora pracującego w optymalnej temperaturze. Podczas rozruchu, zimny katalizator nie usuwa tlenku węgla wydajnie. W dodatku w garażach, obok samochodów z katalizatorami parkują również pojazdy starsze. Rzeczywiste pomiary wykonane w garażu podziemnym w Malme, Szwecja (Martin i Lindfors, Materiały Techniczne SenseAir, http://www.senseair.se), wykazały, że powietrze było tam bardzo zanieczyszczone przez wysoką emisję CO. Było to spowodowane zapewne uruchamianiem zimnych silników. W sposób naturalny, w garażach towarzyszących budynkom mieszkalnym, samochody są zazwyczaj uruchamiane jednocześnie lub prawie jednocześnie i opuszczają garaż, zanim katalizatory zaczną efektywnie oczyszczać spaliny. W takich garażach zagrożenie tlenkiem węgla jest bardzo duże. Inny problem stanowią garaże, gdzie parkują samochody z silnikami wysokoprężnymi. Silniki takie nie wytwarzają praktycznie tlenku węgla, co wynika z charakteru procesów spalania, za to tworzą się sadze i tlenki azotu. One właśnie stanowią największe zagrożenie dla ludzi w zamkniętych pomieszczeniach, w których pracują silniki Diesla. 4. Szkoły Większość szkół to budynki wybudowane w czasach, gdy nikt nie zwracał uwagi na jakość powietrza w pomieszczeniach. Grawitacyjny system wentylacyjny, często źle zaprojektowany, miał być w założeniu wspomagany otwieraniem okien. Ilość wydychanego ARTYKUŁ SPONSOROWANY Krzysztof CHMIELEWSKI dwutlenku, a zarazem innych związków wydzielanych przez ludzi wraz z oddechem zależy od aktywności psychomotorycznej. Praca umysłowa, związana z umiarkowanym wysiłkiem, powoduje średnie zużycie tlenu i wydzielanie dwutlenku węgla. Jednak funkcjonowanie mózgu wymaga szczególnie dużo energii, dlatego sprawność myślenia i wysiłku twórczego łatwo ulega osłabieniu w niesprzyjających warunkach zewnętrznych. Dotyczy to szczególnie dzieci. Nie dość, że ich metabolizm jest szybszy niż u dorosłego człowieka, to ich zdolność koncentracji jest niewielka i trudna do utrzymania. Nie można się więc dziwić, że w sytuacji, gdy dzieci ogarnia senność i poczucie dyskomfortu związanego ze złą jakością powietrza, ostatnią rzeczą o jakiej myślą jest skupienie się na lekcji, nawet jeśli jest ciekawa. Jak wcześniej wspomniano, szczególną rolę w odczuwaniu komfortu klimatycznego pełni poziom dwutlenku węgla. Przyjmuje się, że powyżej 1000 ppm dwutlenku węgla jakość powietrza w pomieszczeniu staje się niezadowalająca. W takich warunkach obserwuje się dyskomfort, spadek wydajności pracy i nasilającą się senność. Permanentne przebywanie w źle wentylowanych pomieszczeniach może powodować nawet zapadanie na różnorodne choroby, szczególnie układu oddechowego i alergie, określane łącznie jako syndrom chorobotwórczego budynku. Jak wygląda rzeczywistość związana z wentylacją w szkołach niech świadczy wykres zmian stężenia dwutlenku węgla zmierzonych podczas lekcji. Przedstawiono to na rysunku 1. W klasie, w której powietrze z zewnątrz dostarczane jest poprzez system wentylacji grawitacyjnej bardzo szybko przybywa dwutlenku węgla, nawet do poziomu 2000 ppm, co świadczy o bardzo złej jakości powietrza. W szkołach z wentylacją grawitacyjną sytuacji nie zmienia nawet wietrzenie klas podczas przerw, co widoczne jest na zamieszczonym wykresie. Generalnie, szkoły nie zapewniają odpowiednich warunków dla pracy umysłowej dzieci, a w konsekwencji wysiłek nauczycieli idzie na marne, a uczniowie nie mogą osiągać takich wyników, na jakie je stać. Lekcje (nauczanie początkowe – klasy 1-3) trwały od 8:55 do 11:30 (pierwsza zmiana) i od 12:40 do 15:20 (druga zmiana). W klasie przebywało 20-25 uczniów. Wentylacja naturalna wspomagana przez otwieranie okien (w czasie przerw i po południu). Jakość powietrza wewnętrznego w wielu szkołach pogorszyła się ostatnio drastycznie z powodu, co paradoksalne, przeprowadzanych tam remontów związanych z wymianą okien. Bowiem nowe, szczelne framugi, zapewniając bardzo dobrą izolację cieplną, bronią jednocześnie dostępu świeżego powietrza z zewnątrz. I niczego w tej złej sytuacji nie zmieni specjalna konstrukcja framug pozwalająca na ich „rozszczelnianie”, czy nawet nowoczesne wywietrzniki reagujące na wilgotność czy temperaturę wewnątrz pomieszczeń. 5. Biura i inne obiekty użyteczności publicznej W biurach i innych obiektach użyteczności publicznej, takich jak banki, podobnie jak w mieszkaniach i szkołach głównym źródłem zanieczyszczeń gazowych są ludzie. Zanieczyszczeniami tymi są wspomniany wcześniej dwutlenek węgla, powodujący dyskomfort, poczucie duszności i w efekcie spadek wydajności pracy. W palarniach może powstawać tlenek węgla. Ponadto, duże znaczenie dla odczuwania komfortu mają również trudno mierzalne substancje zapachowe i feromony. Powietrze wewnętrzne może też zawierać znaczne ilości mikroorganizmów i ich form przetrwalnikowych. Jednak w przeciwieństwie do wcześniej omówionych typów obiektów zamkniętych, biurowce, przynajmniej te nowoczesne, są zazwyczaj wyposażone w wentylację mechaniczną. Jej rolą jest stałe dostarczanie świeżego powietrza spoza budynku. Powinno być ono filtrowane, ogrzane do odpowiedniej temperatury i nawilżone. Zazwyczaj wydajność systemu wentylacyjnego obliczana jest tak, aby zapewnić dostawę powietrza wentylacyjnego dla z góry określonej liczby osób. W Polsce, często jednak ta wydajność wentylacji w budynkach użyteczności publicznej jest za mała, co jest spowodowane wysokimi kosztami eksploatacji systemów wentylacyjnych. Naraża to pracowników na problemy zdrowotne, a pracodawców na straty związane z obniżoną, w stosunku do możliwości, wydajnością pracy załogi. stężenie CO2 [ppm] 2500 2000 1500 1000 500 0 8:00 12:00 16:00 czas [h] Rys. 1. Zmiany stężenia dwutlenku węgla w klasie szkolnej w czasie lekcji ARTYKUŁ SPONSOROWANY 445 Civil and Environmental Engineering / Budownictwo i Inżynieria Środowiska 2 (2011) 443-447 6. Jak tanio poprawić jakość powietrza w pomieszczeniach, w których przebywają ludzie? W konkluzji tego opracowania można stwierdzić, że jednym z głównych problemów, z jakim mają do czynienia ludzie mieszkający i pracujący w miastach jest jakość powietrza w pomieszczeniach zamkniętych, w których przebywają. Dotyczy to zarówno życia prywatnego, jak i zawodowego. Jedynym rozwiązaniem tych problemów jest stosowanie wentylacji mechanicznej. Jest ona z reguły obecna w budynkach użyteczności publicznej, włączając w to, oprócz biurowców, również kina, restauracje i duże obiekty handlowe. Powinna być stosowana w garażach podziemnych, gdyż regulują to przepisy prawne (Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r., Dz. U. 2002, Nr. 75, poz. 690; nowelizacja z dn. 12 kwietnia 2009, Dziennik Ustaw nr 56 poz. 461). Najgorzej jest pod tym względem w szkołach i domach mieszkalnych. Jednak również w nich zdrowy rozsądek nakazywałby stosowanie wentylacji wymuszonej. Powstaje jednak pytanie, jak ograniczać koszty eksploatacji wentylacji mechanicznej. Sposobem na to jest taki sposób regulacji systemów wentylacyjnych, aby dostarczały jedynie takiej ilości powietrza, jaka jest aktualnie potrzebna dla ludzi określane jest nazwą „sterowanie wentylacją zgodnie z zapotrzebowaniem” (ang. demand control ventilation). Taki rodzaj sterowania zapewnia największy komfort klimatyczny przy najniższych kosztach eksploatacji. stnieje kilka sposobów oceny, jakie jest bieżące zapotrzebowanie na świeże powietrze. Wśród nich, ocena oparta o poziom CO2 w powietrzu wydaje się obecnie optymalną. Jak omówiono wyżej, gaz ten jest zawsze obecny w zamkniętych pomieszczeniach, gdzie przebywają ludzie i jak stwierdzono jego aktualne stężenie może być wskaźnikiem dopasowania wydajności wentylacji do bieżącego zapotrzebowania na świeże powietrze. W oparciu o normy stężenia CO2 w pomieszczeniach, w których przebywają ludzie (rys. 2), przyjęto progi służące do sterowania wydajnością wentylacji. Jeśli w pomieszczeniu stężenie CO2 jest niższe od 600 ppm, wentylacja pracuje z małą wydajnością, stanowiącą około 20% maksymalnej wartości. W niektórych systemach wentylacyjnych możliwe jest w takiej sytuacji całkowite wyłączenie wentylacji mechanicznej, a podstawową wymianę powietrza w pomieszczeniu zapewnia wentylacja naturalna. Gdy w pomieszczeniu pojawiają się ludzie, w wyniku ich oddychania, stężenie CO2 bardzo szybko się podnosi. Przekroczenie poziomu stężenia CO2 wynoszącego 800 ppm powoduje zwiększenie wydajności wentylacji, co prowadzi do obniżenia stężenia dwutlenku węgla poniżej górnego progu komfortu. Jako kolejne progi zwiększania wydajności wentylacji przyjmuje się 1000 ppm (włączenie wentylacji z wydajnością około 80%), a następnie 1400 ppm (włączenie wentylacji z maksymalną wydajnością). Sterowanie wentylacją zgodnie z zapotrzebowaniem może odbywać się płynie lub skokowo. W pierwszym przypadku zmiana wydajności wentylacji jest realizowana przez falownik regulujący obroty wentylatora, w drugim przez włączanie wentylatora (ewentualnie wentylatora z regulacją skokową). stężenie CO2 [ppm] 15000 NDSCh w Polsce (27000 mg/m3 ) wg MPiS z dnia 23.12.1994 10000 maksymalne dopuszczalne stężenie w ciągu 10 min wg standardu OSHA, USA 5000 nasilające się poczucie zmęczenia, depresji i ogólnego dyskomfortu, maksymalne dopuszczalne stężenie w ciągu 8 h dnia pracy w Polsce NDS = 9000 mg/m3 (ok. 5000 ppm) wg MPiPS z dnia 23.12.94 1500 maksymalne dopuszczalne stężenie we Włoszech i w Finlandii 1000 maksimum zalecane przez standard ASHRAE 62-1989 (1000 ppm) maksymalne dopuszczalne stężenie w Szwecji, Japonii i Kanadzie równoważność ilości powietrza wentylacyjnego o wartości 25.2 m3/h na proponowane maksimum dla stanowisk pracy wg st. OSHA, USA (800 ppm) maksimum w budynkach biurowych wg przepisów stanu Kalifornia, USA poziom komfortu dla 80% użytkowników wg zaleceń US Air Force 500 typowe stężenie zewnętrzne (350 - 450 ppm) najniższe zaobserwowane stężenie zewnętrzne (270 ppm) Rys. 2. Dopuszczalne normy stężenia CO2 wewnątrz pomieszczeń, w których przebywają ludzie 446 ARTYKUŁ SPONSOROWANY Krzysztof CHMIELEWSKI Na świecie, sterowanie systemami wentylacyjnymi jest stosowane dość powszechnie, bowiem przynosi wymierne korzyści. Ten typ kontroli wentylacji można spotkać w biurowcach, szkołach, centrach handlowych itp. (przykłady zastosowań na stronie: http://www.senseair.se /case_airports.php). W Polsce, jeszcze do niedawna stosowanie sterowania systemami wentylacyjnymi zgodnie z zapotrzebowaniem było ograniczone, w zasadzie wyłącznie, do obiektów o dużej kubaturze i takich, gdzie przebywa wielu ludzi, takich jak kompleksy kinowe, sale gimnastyczne i hipermarkety. Przyczyną był dość wysoki koszt instalacji systemu sterowania. Dla przykładu, przy obecnej cenie energii elektrycznej, czas zwrotu nakładów na inwestycję w system sterowania wentylacją zgodnie z zapotrzebowaniem zainstalowany w sali kinowej dla 500 osób wynosił od 6 do 12 miesięcy. Obecnie pojawiły się jednak nowe, zdecydowanie tańsze układy sterujące pozwalające na tyle znacząco obniżyć koszt systemów kontroli wentylacji, że opłaca się je stosować nawet w domach jednorodzinnych. Pierwszym dostawcą takich urządzeń na rynek polski jest firma GAZEX z Warszawy (http://www.gazex.pl/). W sezonie jesiennym 2010, na rynku pojawił się najnowszy produkt firmy GAZEX, AirTECH eko, ekonomiczny kontroler przeznaczony do sterowania wentylacją zgodnie z zapotrzebowaniem w pomieszczeniach biurowych, szkolnych, barach, restauracjach, budynkach użyteczności publicznej i budynkach mieszkalnych w cenie 604 zł brutto ( z VAT). Kontroler AirTECH eko składa się z dwóch elementów (fot. 1): sensora CO2 w estetycznej obudowie naściennej (do montażu w monitorowanym pomieszczeniu) i modułu zasilająco-sterującego połączonych czterożyłowym przewodem telefonicznym lub UTP („skrętką” komputerową). W kontrolerze zastosowano nowoczesny, bezobsługowy sensor dwutlenku węgla typu NDIR, w którym pomiar stężenia gazu opiera się o pochłanianie nierozproszonego strumienia podczerwieni (ang. non-dispersive infrared). Sensory tego typu są bardzo selektywne (to znaczy że pomiar nie jest zakłócany przez inne gazy), są całkowicie odporne na przekroczenie zakresu pomiarowego, charakteryzuje je duża trwałość i żywotność (powyżej 10 lat). Wbudowana unikalna procedura auto-kalibracji zapewnia bezobsługowość przez przynajmniej 3 lata. Zakres pomiarowy sensora zastosowanego w kontrolerze AirTECH eko wynosi 0-2000 ppm. Fot. 1. Ekonomiczny Kontroler AirTECH eko (wersja bez wyświetlacza) składający się z sensora CO2 (na dole fotografii) i modułu zasilająco-sterującego (na górze fotografii) W wersji standardowej, sensor jest wyposażony w sygnalizację optyczną. Są to lampki LED: jedna zielona (zasilanie) i dwie czerwone; pierwsza sygnalizuje przekroczenie stężenia 800 ppm, a druga przekroczenie 1400 ppm CO2. Ustawienie progów jest fabryczne, może być jednak zmienione na życzenie Użytkownika. Dokładność ustawienia progów wynosi 10% wartości zadanej. Opcjonalnie sensor może być wyposażony w wyświetlacz pokazujący aktualne stężenie dwutlenku węgla w pomieszczeniu oraz syrenkę sygnalizującą przekroczenie stężenia CO2 w wysokości 1400 ppm. Moduł zasilająco-sterujący kontrolera posiada szczelną obudowę z bezdławicowymi przepustami kablowymi. Moduł jest zasilany z sieci energetycznej 230 V. Funkcja sterownicza modułu jest realizowana za pośrednictwem dwóch wyjść przekaźnikowych (zwiernych) o maksymalnym obciążeniu do dwóch amperów przy obciążeniu rezystancyjnym lub indukcyjnym (silniki). Wyjścia przekaźnikowe są sterowane sygnałem z sensora, zwierają się odpowiednio przy przekroczeniu pierwszego progu alarmowego (800 ppm) i drugiego progu alarmowego (1400 ppm). Wyjścia służą do bezpośredniego sterowania wentylatorami lub do przekazania informacji o stanie atmosfery wewnętrznej do systemu zarządzania budynkiem. Kontroler AirTECH eko jest objęty gwarancją GAZEX rozszerzoną do 36 miesięcy. Rys. 2. Schemat połączeń kontrolera AirTECH eko ARTYKUŁ SPONSOROWANY 447
