Stężenie dwutlenku węgla w kabinie samochodu osobowego

Stężenie dwutlenku węgla w kabinie samochodu osobowego

STĘŻENIE DWUTLENKU WĘGLA W KABINIE SAMOCHODU OSOBOWEGO
DR INŻ. KATARZYNA GŁADYSZEWSKA-FIEDORUK
1. Wstęp
Zalecane parametry cieplno-wilgotnościowe w pomieszczeniach gwarantujące odczucie komfortu
cieplnego przez ludzi [4]:
- temperatura powietrza w przedziale 20-30oC;
- prędkość ruch powietrza w strefie przebywania ludzi w przedziale 0,15-0,2 m/s;
- wilgotność względna powietrza przy zalecanej temperaturze w przedziale 40-60% do 80%;
- średnia temperatura promieniowania cieplnego pomieszczenia utożsamiona z temperaturą zewnętrznych przegród budowlanych powinna być o 2-3o mniejsza niż temperatura otoczenia.
Człowiek ma zdolności adaptacyjne, które pozwalają mu dostosować się do warunków powietrza w
pomieszczeniu. Zdolności te są ograniczone przez zakres komfortu cieplnego w obrębie, którego czuje
się on najlepiej.
Przy oddychaniu powietrzem zawierającym dwutlenek węgla w małych stężeniach (poniżej 5% w powietrzu) zwiększa się ciśnienie parcjalne we krwi (hiperkapnia), co powoduje uczucie duszności, niepokój, pobudzenie ośrodka oddechowego i zwiększenie częstości oddechów. Przy zwiększaniu się jego
stężenia dochodzi do bólów i zawrotów głowy, szumu w uszach, zaburzeń postrzegania, tachykardii,
nadmiernej potliwości i przekrwienia spojówek. Przy stężeniach powyżej 10% narasta duszność i osłabienie, pojawiają się omamy i zaburzenia świadomości do śpiączki włącznie oraz drgawki. Stężenia
powyżej 20% powodują śmierć w ciągu kilkunastu minut, a powyżej 30% śmierć natychmiastową.
Niedotlenienie i obrzęk mózgu mogą spowodować nieodwracalne zmiany w mózgu, mimo uratowania
zatrutej osoby [2]. Po mimo powyższego dwutlenek węgla uważany jest za gaz nietrujący.
Do pomieszczeń zamkniętych należy dodać jeszcze samochody. Spędzamy w nich coraz więcej czasu.
Parametry takie jak temperatura i prędkość nawiewu powietrza nastawiamy świadomie, natomiast
włączenie tzw. obiegu wewnętrznego czasami robimy pod wpływem impulsu i zapominamy o włączeniu tej funkcji. Wzrasta, więc stale stężenie dwutlenku węgla w samochodzie.
Zbyt duże stężenie dwutlenku węgla w powietrzu, powoduje bóle głowy, obniża koncentrację, powoduje pieczenie oczu, uczucie duszności lub inne objawy. Wszystkie te odczucia są bardzo niebezpieczne, gdy prowadzimy samochód.
Dopuszczalne stężenie dwutlenku węgla w pomieszczeniach zamkniętych wynosi 1000 ppm. Jest to
wymóg minimum higienicznego zalecanego przez europejski oddział Światowej Organizacji Zdrowia
(WHO) [3], [5] oraz ASHRAE [1].
1
2. Badania eksperymentalne
Prowadzono badania w dużym samochodzie osobowym typu combi o kubaturze około 3,3 m3. Podczas
eksperymentu w samochodzie podróżowały cztery osoby: dwie dorosłe i dwoje dzieci w wieku 2 i 4
lata. Badania były prowadzone podczas przejazdu rodziny z jednej miejscowości do drugiej. Cała podróż trwała półtorej godziny.
Jedynym źródłem dwutlenku węgla byli ludzie podróżujący samochodem. Podczas badań nie stano w
korkach i nie poruszano się w bliskiej odległości za samochodami wydalającymi duże ilości spalin (samochody ciężarowe, autobusy czy samochody napędzane gazem).
Pomiary stężenia dwutlenku węgla prowadzono w dwóch wariantach.
Pierwszy wariant – włączona wentylacja na lekki nadmuch (1 – na pokrętle siły nadmuchu) bez włączonego obiegu wewnętrznego.
Drugi wariant był bardziej złożony. Włączona była wentylacja na lekki nadmuch (1) z włączonym obiegiem wewnętrznym, po 15 minutach badań zrobiono przerwę i otwarto drzwi w samochodzie. Następnie kontynuowano eksperyment przy wcześniejszych ustawieniach. Po 40 minutach pomiarów (od
początku trasy) wyłączono obieg wewnętrzny, ponieważ nasiliły się dolegliwości związane ze wzrostem
stężenia dwutlenku węgla w samochodzie. Zaczęły piec oczy, zaobserwowano zmniejszoną koncentrację u kierowcy, a pasażera pobolewała głowa – była ciężka. Pomiary kontynuowano bez zmiany nastawienia wentylacji, czyli włączona wentylacja na lekki nadmuch.
3. Wyniki pomiarów
Pomiary wszystkich parametrów powietrza wykonano miernikiem testo435. Wykonano po pięć pomiarów i załączono średnią z nich. Wyniki pomiarów stężenia dwutlenku węgla w samochodzie osobowym
przedstawia rys. 1.
Stężenie CO2 w samochodzie
3000
2500
wariant I
stężenie CO2 [ppm]
wariant II
2000
1500
1000
500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
czas
70 [min]
Rys. 1. Rozkład stężenia dwutlenku węgla w samochodzie.
2
4. Omówienie rezultatów pomiarów i dyskusja wyników
Wariant I z włączoną tylko wentylacją na lekki nadmuch – stężenie dwutlenku węgla w samochodzie
podczas całej serii badań nie przekroczyło 1000 ppm (rys. 1). Stężenie CO2 na początku trasy rośnie
do 897 ppm, a później spada i utrzymuje się na jednym poziomie – około 700 ppm. Początkowy
wzrost stężenia spowodowany jest na pewno gwałtowniejszymi ruchami pasażerów – większą ich aktywnością, a co za tym idzie wydychanych przez nich większych ilości dwutlenku węgla. Być może na
dość duże stężenie dwutlenku węgla w samochodzie w pierwszym etapie podróży ma również fakt, że
poruszano się w ruchu miejskim, a więc stano na światłach w pobliżu innych uczestników ruchu, poruszano się w kolumnie samochodów osobowych. Po około 15 minutach wyjechano za miasto i pasażerowie, a w szczególności dzieci siedziały spokojnie – mniejsza i stabilna aktywność fizyczna. Wentylacja samochodu w sposób wystarczający wymieniała zużyte powietrze przy podróżujących czterech
osobach.
Wariant II z włączonym obiegiem ciągłym. Stężenie dwutlenku węgla w samochodzie już od pierwszych pomiarów, po 10 minutach podróży, przekroczyło 1000 ppm i osiągnęło wartość 1508 ppm.
Stężenie to dalej gwałtownie rośnie w ciągu kolejnych 5 minut do 2293 ppm. Pierwsze wyniki pomiarów II wariantu były tak zaskakujące, że przypuszczano awarię aparatury pomiarowej. Przerwano,
więc na chwilę eksperyment. Otwarcie drzwi samochodu spowodowało gwałtowny spadek stężenia
dwutlenku węgla w samochodzie do poziomu 1025 ppm. Po krótkiej przerwie badania kontynuowano.
20 minut później przerwano badania przy pierwotnych ustawieniach, ponieważ stężenie dwutlenku
węgla cały czas gwałtownie wzrastało aż wzrosło do poziomu 2706 ppm. Dalsze prowadzenie badań
przy tych ustawieniach wentylacji nie mogło się odbywać, ponieważ było niebezpieczne dla zdrowia i
życia uczestników eksperymentu. Istniała realna groźba spowodowania wypadku.
Zmieniono ustawienia – wyłączono obieg wewnętrzny i kontynuowano pomiary. Do końca podróży nie
zmieniano już nastawy wentylacji. Stężenie dwutlenku węgla najpierw gwałtownie – w ciągu pięciu
minut – spadło do 1265 ppm, później łagodnie spadało i wciągu kolejnych 15 minut osiągnęło wartość
708 ppm. Do końca podróży wartość stężenia dwutlenku węgla utrzymywała się na stałym poziomie –
podobnie jak w wariancie I – 700 ppm.
Mając na uwadze mikroklimat pomieszczeń i zadowolenie z niego, coraz częściej badane jest stężenie
dwutlenku węgla w różnych pomieszczeniach, gdzie przebywają ludzie. Parametr ten wykorzystywany
jest w niektórych systemach wentylacji i klimatyzacji do regulacji tych instalacji.
W I wariancie dwutlenek węgla nie akumulował się w kabinie samochodu, a wentylacja ustawiona
tylko na lekki nadmuch w sposób wystarczający wymieniała zużyte powietrze przy podróżujących czterech osobach. Po niespełna 7 minutach badań II wariantu została przekroczona graniczna wartość
stężenia dwutlenku węgla 1000 ppm. Intensywne wietrzenie – otwarcie drzwi samochodu – spowodowało gwałtowny spadek stężenia dwutlenku węgla. Po 20 minutach podróżowania czteroosobowej
rodziny dużym samochodem osobowym, z włączonym obiegiem wewnętrznym, stężenie dwutlenku
węgla osiągnęło wartość 2706 ppm. Przerwano pomiary, ponieważ zaobserwowano zmniejszoną koncentrację u kierowcy, również zgłoszono pieczenie oczu, a pasażera rozbolała głowa. Wszystkie te
3
odczucia są bardzo niebezpieczne, gdy prowadzimy samochód, tym bardziej, gdy w samochodzie jest
tylko kierowca. Po wyłączeniu obiegu wewnętrznego wszystkie objawy zniknęły w ciągu 5 minut.
5. Wnioski
Stężenie dwutlenku węgla w pomieszczeniach powinno być jednym z głównych parametrów opisujących stan powietrza wewnętrznego.
Włączenie obiegu wewnętrznego prowadzi do gwałtownego wzrostu stężenia dwutlenku węgla w kabinie samochodu, a co za tym idzie do znaczącego obniżenia koncentracji i innych dolegliwości osób
podróżujących samochodem.
W specyficznym pomieszczeniu, jakim jest kabina samochodu, w bardzo krótkim czasie może dojść do
przekroczenia stężenia dwutlenku węgla 1000 ppm – wartości minimum higienicznego zalecanego
przez europejski oddział Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) [3], [5] oraz ASHRAE [1].
Bibliografia:
[1] ASHRAE Standard 62-1989, Ventilation for acceptable Indoor Air Quality, Atlanta 1989
[2] http://pl.wikipedia.org/wiki/Gaz_cieplarniany
[3] Air Quality Guidelines for Europe, Second Edition 2000, WHO Regional Office for Europe
Copenhagen, European Series, No. 91
[4] PN-83/B-03430 (wraz ze zmianą A3:2000) – Wentylacja w budynkach mieszkalnych,
zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania
[5] The Right to Healthy lndoor Air – Report on a WHO Meeting, Bilthoven, The Netherlands, 15-17
May 2000
4