Sledování CO2 a vnitřního klimatu
Dobré klimatické podmínky v prostorách a budovách jsou zásadním předpokladem pro lidský pocit pohody a jsou bezpodmínečné jak v soukromém prostředí, tak také na pracovištích. Klima a vzduch v místnosti jsou však pociťovány jako příjemné a pohodové teprve tehdy, když jsou dodržovány určité fyzikální, chemické a biologické hraniční hodnoty.
Vznik CO2 a jeho účinky na lidské zdraví
Oxid uhličitý je bezbarvý plyn, který není navíc ani cítit. Je přirozenou součástí okolního vzduchu s koncentrací cca 400 ppm. CO2 vzniká při úplném spalování uhlíkatých látek s dostatečnou zásobou kyslíku. V živých organismech se tvoří jako metabolit buněčného dýchání.1 Při vyšších koncentracích (>1000 ppm) dochází k negativním účinkům na lidské zdraví (např. bolesti hlavy, únava, ztráta pozornosti).2
Buňky v našem těle vyprodukují cca 0,7 kg CO2 za den, odkud se dále rozptyluje do vlásečnic. Jeho transport probíhá pomocí krevního oběhu, kde se chemicky váže na proteiny (např. hemoglobin) nebo v rozpuštěné formě. CO2 se do značné míry fyzicky rozpouští, pouze malá část je pomocí karbonické anhydrázy přeměněna v červených krvinkách na kyselinu uhličitou, která se v kapalném prostředí rozkládá na vodíkové a hydrogenuhličité ionty. CO2 je vydechován přes alveolokapilární membránu plicních sklípků. Klíčová fyziologická funkce CO2 v organismu spočívá v regulaci dýchání přes chemoreceptory aorty a prodloužené míchy, které stimulují respirační centrum v mozkovém kmeni. Vdechování vzduchu se zvýšenou koncentrací CO2 zvyšuje frekvenci dýchání a dechový objem. Během tohoto procesu má CO2 dilatační účinek na průdušky, což způsobuje navýšení mrtvého prostoru (prostor v dýchacím ústrojí, který není zapojen do výměny plynů). Nicméně, dilatační účinek CO2 na periferní a centrální arterioly nevede k poklesu krevního tlaku, jelikož zvýšená produkce adrenalinu způsobuje kompenzační vazokonstrikci.3
Obrázek 1: Účinky různých koncentrací CO2
CO2 ve vnitřním klimatu budov
CO2 je považován za hlavní parametr lidského znečištění ovzduší, jelikož nárůst koncentrace CO2 v místnosti koreluje s nárůstem intenzity zápachu pocházejícího z lidského metabolismu. Množství CO2 v ovzduší místnosti je tedy přímým vyjádřením intenzity využití místnosti. CO2 je proto také vhodný jako orientační indikátor pro další oblasti regulace, jako např. geometrické plánování klimatizačních a ventilačních systémů nebo pro větrací návyky v přirozeně větraných, hustě využívaných místnostech, jako jsou učebny nebo posluchárny.4
Ve využívaných vnitřních prostorách závisí koncentrace CO2 hlavně na:
Rychlý nárůst koncentrace CO2 v místnosti je typickým důsledkem přítomnosti mnoha osob v relativně malém prostoru (např. posluchárnách, konferenčních halách nebo učebnách) se špatným větráním. Kritické koncentrace CO2 se obecně vyskytují společně s dalšími ovzduší znečisťujícími faktory, zejména pachovými látkami z potu nebo kosmetiky, stejně jako s mikroorganismy. U vzduchotěsných konstrukcí s velmi malou výměnnou vzduchu může dojít ke zvýšení koncentrace CO2 i za přítomnosti jen několika osob (např. v bytech či kancelářích). V obou případech hraje koncentrace CO2 klíčovou roli v tom, jak pohodlně se osoby v místnosti cítí. ECA (European Collaborative Action) určila na základě studií následující úrovně nepohody v místnosti: od 1000 ppm se očekává, že se cca 20 % osob v místnosti bude cítit nepohodlně; při 2000 ppm až 36 %.5
Obrázek 2: Max von Pettenkofer
Již před 150 lety označil německý chemik a hygienik Max von Pettenkofer „špatný vzduch“ za negativní vliv na lidské zdraví, po dlouhodobém pobytu v obytných prostorách a školských zařízeních, a identifikoval CO2 jako nejdůležitější parametr pro vyhodnocení kvality ovzduší v místnosti. Jako standardní hladinu CO2 v místnosti určil hodnotu 0,1 obj.% (= 1000 ppm) – tzv. Pettenkoferovo číslo, což bylo platnou směrnicí po velice dlouhou dobu. První známky zhoršené pohody prostředí pro člověka, jako jsou bolesti hlavy, únava nebo ztráta pozornosti, se začínají projevovat právě při koncentracích CO2 >1000 ppm.9
Zatímco posluchárny a konferenční haly jsou zpravidla používány pouze zřídka a po velmi krátkou dobu, školy, vzhledem k pravidelné přítomnosti studentů a učitelů po dobu několika hodin, je třeba považovat za obzvláště kritické z hlediska koncentrace CO2. Současné a minulé studie týkající se kontaminace ovzduší oxidem uhličitým v učebnách provedené v Německu opakovaně prokázaly značné nedostatky kvality vnitřního klimatu s ohledem na tento parametr.6
Vnější průtok vzduchu, větrací návyky a větrací semafory
Objemový průtok vnějšího vzduchu nebo rychlost větrání představuje objem vnějšího vzduchu (v l/s nebo m3/h), který proudí do místnosti nebo budovy skrze ventilační systém nebo netěsnostmi v obvodovém plášti budovy.
Pro místnosti, které jsou určené k přítomnosti osob, je požadovaný objemový průtok vnějšího vzduchu vztažen na jednu osobu, tj. l/s na osobu nebo m3/h na osobu. Rychlost výměny vzduchu (n v 1/h) je kvocient ze vstupního objemového průtoku vzduchu v m3/h a objemu místnosti v m3.7
Vnitřní klima je považováno za pohodlné pro člověka, pohybuje-li se teplota místnosti v rozmezí 20…23 °C a vlhkost vzduchu 30…70 %rv. Nicméně, pro osoby trpící alergií na prach je doporučená úroveň vlhkosti vzduchu max. 50 %rv. V tomto případě je doporučeno provádět příležitostné kontroly vlhkosti pomocí profesionálně zkalibrovaného hygrometru. Rychlosti proudění vzduchu v místnosti by neměly přesáhnout hodnotu 0,16 m/s (v zimě) nebo 0,25 m/s (v létě).
Při vstupu do místnosti, kde je již někdo přítomen, často nabýváme dojmu „vyčerpaného vzduchu“. Toto lze přičinit vydechovanému CO2, vodní páře a vylučovaným tělním pachům.8
Syndrom nemocných budov
Pojem „syndrom nemocných budov“ (SBS = Sick Building Syndrome) lze být vyložen dvěma způsoby. Buď si pod tímto pojmem můžeme představit budovu, která způsobuje osobám, které v ní pracují, onemocnění, nebo si jej lze vyložit tak, že budova samotná je „nemocná“.
Příčinou SBS je většinou klimatizační systém nebo nedostatečná hygiena vzduchu v budově. Existuje široké spektrum příznaků, vč. např. dráždění očí, nosních dutin a dýchacích cest; vysychání kůže a sliznice; duševní únava; dýchací potíže a kašel; chrapot, dušnost, svědění a nespecifikovaná přecitlivělost.
Americká studie prováděná v budovách s klimatizačními a ventilačními systémy byla schopná statisticky prokázat významné pozitivní korelace mezi stížnostmi jako sucho v krku a podráždění sliznice a zvýšením koncentrace CO2, dokonce i při koncentracích <1000 ppm.
Nedávné studie ukázaly, že náklady na nápravu problémů pramenících z nepříznivého vnitřního klimatu jsou pro zaměstnavatele, majitele budovy a společnost často vyšší než náklady na energie postižené budovy. Rovněž bylo prokázáno, že vhodná kvalita vnitřního klimatu může zlepšit výkonnost při práci či studiu a zároveň redukovat absence.11
Kvalita vnitřního klimatu ve školách
Jen v Německu existuje více než 34000 veřejných školních institucí a více než 10000 vzdělávacích zařízení. Jak si lze tedy představit, sledování úrovně CO2 je velice důležité. Venkovní vzduch obsahuje koncentraci CO2 o hodnotě cca 400 ppm.12
V učebně tato hodnota vystoupá na cca 1500 ppm za jednu vyučovací hodinu pouhým dýcháním studentů a učitelů. Po 90 minutách pak až na 2700 ppm. To vede velmi rychle k zvýšené únavě a klesající pozornosti – příznaky, které jsou přímými překážkami ve výuce.13
Americká studie dospěla k závěru, že úroveň koncentrace CO2 má přímý vliv na docházku studentů. Zvýšení koncentrace o 1000 ppm vyústilo ve zvýšení absence o 10…20 %. Podle jiné studie zvyšuje každých 100 ppm koncentrace CO2 roční absenci studentů o 0,2 %.14 Dále bylo zjištěno, že vylepšení větracích návyků v učebně sníží absence z důvodu nemocí až o 10…17 %.15
Lze tedy tvrdit, že úroveň koncentrace CO2 měla přímý vliv na docházku ve zkoumaných školách. Nicméně, rozsah tohoto vlivu je nejasný, jelikož se také musí brát v potaz individuální okolnosti v jednotlivých institucích.
Se zavedením zákona o úsporách energie v Německu v roce 2002 (revidovaný v roce 2007) čelí všichni účastnící renovací školních zařízení novým výzvám. Obvodové pláště budov a okna se vědomě utěsňují, aby se splnily zákonné energetické požadavky. Nevýhodou tohoto procesu je, že se při nedostatečném větrání nashromáždí chemické a biologické látky ve vnitřním klimatu budov.16
Ačkoli je problém s CO2 v místnostech s větším počtem osob již dlouho znám, přesvědčivá řešení zatím nebyla v oblasti školství nalezena. Zároveň však neexistuje jasně stanovená zodpovědnost, kdy a kým mají být okna v učebnách otevřena, zejména v zimním období. Z toho pramení, dle očekávání, vysoké až velice vysoké koncentrace CO2 v učebnách (3000 ppm a více). Tyto mají přímý vliv na riziko vypuknutí infekce ve školách. Všude tam, kde se vyskytují vysoké koncentrace CO2 se také vyskytuje nadměrné množství bakterií.17
Například v roce 2003, dva američtí vědci, Rudnick a Milton, studovali riziko nákazy chřipkou ve školní učebně. V učebně se nacházelo 30 žáků, ze kterých jeden trpěl akutní chřipkou. Výsledek: při koncentraci CO2 o úrovni 1000 ppm se nakazilo 5 žáků, při 2000 ppm 12 žáků a při 3000 ppm až 15 žáků.18
Současná situace v mnoha školách ukazuje, že ani pravidelné větrání v některých místech není dostatečným řešením pro udržení nízké hladiny CO2. Ventilační systémy se staly jediným, nevyhnutelným řešením pro dosažení uživatelsky závislé a trvalé kvality vzduchu s nízkou koncentrací CO2.19
Pokyny pro obsah CO2 ve vnitřním klimatu
V Německu a obecně celé Evropě neexistuje všeobecná legislativa týkající se požadavků na kvalitu vnitřního klimatu. Namísto toho existuje řada hodnotících parametrů, které jsou označovány např. jako směrové hodnoty, orientační hodnoty nebo cílové hodnoty. V Německu je hodnota koncentrace CO2 0,15 obj.% (= 1500 ppm) považována za směrovou hodnotu z hlediska hygieny dle DIN 1946 část 2. Směrové hodnoty CO2 pro vnitřní klima byly zveřejněny Komisí pro hygienu vnitřního ovzduší federálního ministerstva ochrany životního prostředí a státním zdravotním úřadem.20
Řada sousedních zemí vydala pokyny a doporučení pro větrací návyky v budovách, vč. školských zařízení, které obsahují ustanovení o omezení koncentrací CO2 ve vnitřním klimatu. Ve Finsku jsou k dispozici tři možnosti pro měření Pro měření úrovně CO2 ve vnitřním klimatu nabízíme tři způsoby: a sledování úrovně CO2 ve vnitřním klimatu budov: max. povolená koncentrace CO2 vnitřního ovzduší za běžných povětrnostních podmínek a při využívání místnosti je 1200 ppm. Norské a švédské směrnice stanovují max. koncentraci CO2 pro obytné prostory, školy a kanceláře na 1000 ppm. V Dánsku by, podle pokynů Úřadu pro ochranu práce, neměla koncentrace CO2 v dětských denních centrech, školách a kancelářích překročit hodnotu 1000 ppm. Větrání je charakterizováno jako nedostatečné, překročí-li několikrát za den koncentrace CO2 hranici 2000 ppm21.
Na pracovištích, na která se vztahují ustanovení směrnice o nebezpečných látkách (DSD = Dangerous Substance Directive), platí hraniční hodnota koncentrace CO2 vnitřního klimatu 5000 ppm dle TRGS 900.
Přístroje pro měření CO2
Pro měření úrovně CO2 ve vnitřním klimatu nabízíme tři způsoby:
| Přístroje pro měření CO2 (např. testo 535): |
Záznamníky dat pro měření CO2 (např. testo 160 IAQ): |
Přístroje pro měř. rychl. proudění a pohody prostředí (např. testo 440): |
 Přenosné a vhodné pro dlouhodobá měření; měří úroveň CO2 rychle a spolehlivě. |
 Kontinuální měření teploty, vlhkosti a úrovně CO2. Přenos naměřených hodnot do Testo-Cloudu pomocí WLAN sítě. Notifikace alarmu pomocí emailu či SMS. LED signalizace na principu semaforu zaručuje okamžitý přehled úrovně CO2 v místnosti. |
 Kromě úrovně CO2 měří také další HVAC parametry, jako jsou např. rychlost proudění vzduchu, teplota, vlhkost, stupeň turbulence, úroveň CO a intenzita osvětlení. |
Máte-li zájem o přístroje pro měření úrovně CO2 od společnosti Testo, navštivte naše internetové stránky www.testo.cz a kontaktujte nás.
Seznam literatury
1 Bundesgesundheitsbelehrung, Gesundheitsforschung-Gesundheitsschutz des Umweltbundesamtes 2008, Gesundheitliche Bewertung von Kohlendioxid in der Innenraumluft, Springer Medizin Verlag Ergonomic Institut für Arbeits- und Sozialforschung, page 1358
2 Müller-Limroth (1977): quoted in Luftqualität in Innenräumen (1997). Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft, Schriftenreihe Umwelt Nr. 287, quoted in Komfortlüftung. at gesund & energieeffizient, Physikalische Faktoren Kohlenstoffdioxid als Lüftungsparameter, Aktualisierte Fassung August 2011, authors (Dipl.-Ing. Dr. Rolf Boos, Dipl.-Ing. Bernhard Damberger, Dipl.-Ing. Dr.Hans-Peter Hutter, Univ.- Prof. Dr. Michael Kundi, Dr.Hanns Moshammer, Dipl.-Ing. Peter Tappler, Dipl.-Ing. Felix Twrdik, Dr. Peter Wallner), http://www.komfortlüftung.at/
3 Bundesgesundheitsbelehrung, Gesundheitsforschung-Gesundheitsschutz des Umweltbundesamtes 2008, Gesundheitliche Bewertung von Kohlendioxid in der Innenraumluft, Springer Medizin Verlag Ergonomic Institut für Arbeits- und Sozialforschung, page 1362
4 Komfortlüftung.at gesund & energieeffizient, Physikalische Faktoren Kohlenstoffdioxid als Lüftungsparameter, Aktualisierte Fassung August 2011, page 6, authors (Dipl.-Ing. Dr.Rolf Boos, Dipl.-Ing. Bernhard Damberger, Dipl.-Ing. Dr.Hans-Peter Hutter, Univ.-Prof. Dr. Michael Kundi, Dr.Hanns Moshammer, Dipl.-Ing. Peter Tappler, Dipl.-Ing. Felix Twrdik, Dr. Peter Wallner), http://www.komfortlüftung.at/
5 ECA (1992) Guidelines for ventilation requirements in buildings. European Collaborative Action Indoor Air Quality & its Impact on Man. Report no. 11. EUR 14449, quoted in: Bundesgesundheitsbelehrung, Gesundheitsforschung-Gesundheitsschutz des Umweltbundesamtes 2008, Gesundheitliche Bewertung von Kohlendioxid in der Innenraumluft, Springer Medizin Verlag Ergonomic Institut für Arbeits- und Sozialforschung, page 1366
6 Bundesgesundheitsbelehrung, Gesundheitsforschung-Gesundheitsschutz des Umweltbundesamtes 2008, Gesundheitliche Bewertung von Kohlendioxid in der Innenraumluft, Springer Medizin Verlag Ergonomic Institut für Arbeits- und Sozialforschung, page 1358f
7 ibid
9 Umweltbundesamt Innenraumlufthygiene-Kommission des Umweltbundesamtes, Leitfaden für die Innenraumhygiene in Schulgebäuden, authors Dr. Heinz-Jörn Moriske and Dr. Regine Szewzyk, 2008, page 32,
http://raumluft.linux47.webhome.at/fileadmin/dokumente/uba_innenraumhygiene_schulgebaeude.pdf
10 Fig. 3: Ad-hoc AG IRK/AOLG, 2008: Gesundheitliche Bewertung von Kohlendioxid in der Innenraumluft, Bundesgesundheitsbl-Gesundheitsforsch-Gesundheitsschutz
11 Über das Sick-Building Syndrome, author Dr-Ing. Ahmet Cakir, Zeitschrift für Arbeitswissenschaft 1994
http://ergonomic.de/wp-content/uploads/2015/03/sick_building-2002.pdf
12 Umweltbundesamt Innenraumlufthygiene-Kommission des Umweltbundesamtes, Leitfaden für die Innenraumhygiene in Schulgebäuden, authors Dr. Heinz-Jörn Moriske and Dr. Regine Szewzyk, 2008, page 10
13 Frauenhofer IBP, Frauenhofer Institut für Bauphysik IBP, Study Report Titel Impact of the indoor environment on learning in schools in Europe, authors Gunnar Grün, Susanne Urlaub, Stuttgart, 10. Dezember 2015,
https://www.ibp.fraunhofer.de/content/dam/ibp/de/documents/Presseinformationen/Velux-Prestudy_WhitePaper_141205_amended.pdf
14 Shendell DG, Prill R, Fisk WJ, et al. (2004) Associations between classroom CO2 concentrations and student attendance in Washington and Idaho. Indoor Air 14:333–341, quoted in: Bundesgesundheitsbelehrung, Gesundheitsforschung-Gesundheitsschutz des Umweltbundesamtes 2008, Gesundheitliche Bewertung von Kohlendioxid in der Innenraumluft, Springer Medizin Verlag Ergonomic Institut für Arbeits- und Sozialforschung
15 Frauenhofer IBP, Frauenhofer Institut für Bauphysik IBP, Study Report Titel Impact of the indoor environment on learning in schools in Europe, authors Gunnar Grün, Susanne Urlaub, Stuttgart, 10. Dezember 2015,
https://www.ibp.fraunhofer.de/content/dam/ibp/de/documents/Presseinformationen/Velux-Prestudy_WhitePaper_141205_amended.pdf
16 Umweltbundesamt Innenraumlufthygiene-Kommission des Umweltbundesamtes, Leitfaden für die Innenraumhygiene in Schulgebäuden, authors Dr. Heinz-Jörn Moriske and Dr. Regine Szewzyk, 2008
http://raumluft.linux47.webhome.at/fileadmin/dokumente/uba_innenraumhygiene_schulgebaeude.pdf, Seite 7
17 Mensch-Umwelt-Gesundheit, Bericht CO2,
http://raumluft.linux47.webhome.at/natuerliche-mechanische-lueftung/CO2-als-lueftungsindikator/, page 2
18 Rudnick SN, Milton DK (2003) Risk of indoor airborne infection transmission estimated from carbon dioxide concentration. -245 Bundesgesundheitsbelehrung, Gesundheitsforschung-Gesundheitsschutz des Umweltbundesamtes 2008, Gesundheitliche Bewertung von Kohlendioxid in der Innenraumluft, Springer Medizin Verlag Ergonomic Institut für Arbeits- und Sozialforschung, page 1365
19 Umweltbundesamt Innenraumlufthygiene-Kommission des Umweltbundesamtes, Leitfaden für die Innenraumhygiene in Schulgebäuden, authors Dr. Heinz-Jörn Moriske und Dr. Regine Szewzyk, 2008
http://raumluft.linux47.webhome.at/fileadmin/dokumente/uba_innenraumhygiene_schulgebaeude.pdf, page 39
20 Bundesgesundheitsbelehrung, Gesundheitsforschung-Gesundheitsschutz des Umweltbundesamtes 2008, page 1358-1369,
http://www.komfortlüftung.at/, gesund&energieeffizient, Komfortlüftungsinfo No. 4, Gesetzliche Vorgaben und Regelwerke, Herausgegeben am 15.10.2010, page 7
21 SF-Ministry of the Environment (2003) Indoor climate and ventilation of buildings. Regulations and Guidelines 2003. D2 National building code of Finland, http://www.environment.fi/default.asp?contentid=68171&lan=en, zitiert bei: Bundesgesundheitsbelehrung, Gesundheitsforschung-Gesundheitsschutz des Umweltbundesamtes 2008, Gesundheitliche Bewertung von Kohlendioxid in der Innenraumluft, Springer Medizin Verlag Ergonomic Institut für Arbeits- und Sozialforschung
Digitální měřicí přístroje: teploměry, vlhkoměry, měřiče proudění; přístroje pro zaregulování vzduchotechniky; systémy pro validaci čistých prostorů, měření turbulencí, kvality ovzduší, hlukoměry, luxmetry, analyzátory kouřových plynů; detektory, ...