Fyzická aktivita a kvalita vnitřního prostředí

Málokdo si uvědomuje, jak člověk ovlivňuje kvalitu vnitřního prostředí. Cílem článku je ukázat, že fyzická aktivita sice prospívá tělu a zdraví, ale neblaze ovlivňuje vnitřní prostředí. Je zde zhodnoceno provedené měření produkce oxidu uhličitého několika osob v klidu a s fyzickou aktivitou a navrhnutý systém na udržení jeho nízké hladiny ve vnitřním prostředí při proměnlivé obsazenosti lidmi.

Úvod

Cílem článku je čtenáři ukázat, jak je důležité nepodceňovat člověka jako faktor kvality vzduchu při navrhování vnitřního mikroklimatu, a tím i distribuci přiváděného a odváděného vzduchu. Jak vyplývá z Petternkoferovy podmínky pro stanovení množství přiváděného vzduchu, s rostoucí produkcí oxidu uhličitého v místnosti roste i množství nuceného přiváděného vzduchu pro osobu, tak aby byla dosažena stanovená hladina CO₂ v místnosti. Součástí článku je i poukázat na systémy řízení vzduchotechnických jednotek podle koncentrace CO₂ v objektu.

Kvalita vnitřního vzduchu

Kvalita vzduchu zahrnuje netermické kvality vzduchu, které mají vliv na zdraví a pohodlí člověka. Aby nedocházelo k nárůstu nežádoucích látek nad hygienické podmínky v daném prostoru, jsou prostory vybaveny větracími systémy. Nežádoucí látky mohou být různé povahy, složení látek závisí na způsobu využívání budovy.

Jedny z nejdůležitějších látek, které se mohou vyskytovat a ovlivňovat budovy, jsou oxid uhličitý, oxidy dusíku, oxid uhelnatý, prachové částice, radon a mikroby. Aby byla zjištěna kvalita vzduchu v budově, není nutno měřit koncentraci všech látek, zde budeme považovat za výchozí ukazatel množství oxidu uhličitého.

Pokud dojde k překročení maximální koncentrace oxidu uhličitého ve vnitřním prostoru dané budovy, dochází k negativnímu dopadu na obyvatele, zejména na jejich fyziologii. Projevuje se takzvaný Sickbuilding syndrom (SBS), jenž spočívá ve zhoršení reakcí centrální nervové soustavy, soustředění a reakce.

Zdroje CO₂

Oxid uhličitý patří mezi nejvýznamnější plyny na Zemi. V průmyslovém použití se může vyskytovat jako vstupní nebo odpadní produkt. Mezi přirozené zdroje oxidu uhličitého patří živé organismy. K jeho produkci dochází při dýchání. Je to vlastně chemický děj, při kterém se za přítomnosti kyslíku rozkládá glukóza a vzniká energie, voda a odpadní produkt oxid uhličitý.

Množství CO₂

Kvůli tomu, že složky vzduchu nemají při daném tlaku a teplotě stejnou hustotu, rozlišujeme hmotnostní a objemovou koncentraci plynných složek. Jednou z nich je i oxid uhličitý. Přestože je těžší než objemová jednotka vzduchu při normálních teplotách, tlacích a koncentracích složek vzduchu, přibližně se jedná o homogenní směs.

Vliv CO₂ na lidi

I přes to, že je oxid uhličitý bez zápachu a nelze ho spatřit, jeho zvýšená koncentrace je zřejmá. Při jeho vysoké úrovni dochází k únavě a poklesu koncentrace, a to především v prostorách se zvýšenou koncentrací lidí jako jsou školy, divadla a kina.

Pro lidské zdraví nepředstavuje vážné nebezpečí koncentrace CO₂ do 5000 ppm, ovšem dochází k únavě, ospalosti a k pocitu vydýchaného vzduchu. Doporučená koncentrace CO₂ ve vzduchu by měla být udržována na nebo spíše pod hodnotou 1000 ppm. [1]

Příklady koncentrace CO₂:

Měření CO₂

Měření bylo prováděno za účelem zjištění množství vdechovaného a vydechovaného vzduchu a množství vyprodukovaného oxidu uhličitého za různých fyzických zatížení. Měření bylo prováděno na osobách rozdílného věku, s různými zdravotními stavy a fyzickou kondicí.

Osoby byly měřeny během klidové fáze a další dvě měření byla prováděna za fyzické námahy, která byla zajištěna pomocí rotopedu. Aby byla zajištěna podobnost mezi měřeními u všech osob, byla fyzická aktivita podmíněna rychlostí tepové frekvence, která se zvyšovala o 20 tepů za minutu. Množství vzduchu bylo měřeno Spirometr SPR – BTA a množství oxidu uhličitého pomocí čidla CO2-BTA a uzavřené nádoby.

Postup měření

Před samotným měřením se zjistila tepová frekvence určující počáteční – klidový stav. Po té se dané osobě zajistil nos kolíčkem, aby nedocházelo k odchylce způsobené ztrátou vzduchu nosní dutinou. Poté si osoba vzala náustek spojený s pneumotachogramem (spirometr) připojeným k počítači, který za pomoci programu Logger Pro vykresluje křivky zaznamenaných hodnot. Nejprve se na začátku klidově dýchá. Poté následuje sekvence, kdy se zjišťují vitální kapacity plic. Jedná se o přechod z maximálního nádechu do maximálního výdechu.

Po naměření hodnot pomocí spirometru se připojí k počítači čidlo CO2-BTA. Jím se nejprve zaznamenalo množství oxidu uhličitého v místnosti, kde probíhá měření. Čidlo je poté umístěno do uzavřené nádoby a po ustálení hodnoty do ní měřená osoba klidně vydechuje. Toto měření už probíhá bez kolíčku, aby nebyl vdechován vzduch o větší koncentraci CO₂. Po určité době (cca 5 min), co se oxid uhličitý ustálí, je jeho nejvyšší naměřená hodnota zapsána.

Tato měření jsou prováděna i za fyzické aktivity zajištěné rotopedem, jen se už nejedná o klidové dýchání, ale o přirozené dýchání každé osoby.

Výstupy měření

Za určující faktor pro měření byla tepová frekvence. Při měření byly zaznamenány hodnoty jako Δt – doba mezi dvěma nádechy (od jednoho maxima k sousednímu maximu), dechový objem, který se zjišťuje od minima nádechu po jeho maximum. Vitální kapacitu (VC) zjistíme změřením od absolutního minima k absolutnímu maximu křivky při maximálním nádechu a výdechu. Hodnotu dechové frekvence, což je kolikrát za minutu se nadechneme, zjistíme výpočtem: f = 60/Δt. Průtok vzduchu značí, kolik litrů vzduchu spotřebujeme za 1 hodinu (zjištěno výpočtem: dechový objem × dechová frekvence × 60 min).

CO₂ nádech ukazuje množství oxidu uhličitého v měřené místnosti.
CO₂ výdech je maximální hodnota oxidu uhličitého nadýchaná do uzavřené nádoby.
Produkce CO₂ udává, kolik litrů oxidu uhličitého jedinec vyprodukuje za 1 hodinu.

Vybrané jsou výstupy z vysoké aktivity.

Pro jednotlivé typy fyzické aktivity byly tyto hodnoty vloženy do jednotlivých grafů. Grafy byly sestaveny pro zjištění jednotlivých závislostí mezi hodnotami.

Zde je možno dobře vidět jednotlivé shluky bodů pro různé aktivity. V klidovém stavu je vidět, že rozdíl mezi jednotlivými měřenými osobami není tak znatelný jako u mírné aktivity, kde je již vidět větší rozptyl. Ovšem opravdu znatelný rozptyl je vidět u vysoké aktivity. Je zde vidět, že i když máme poměrně shodnou produkci CO₂ v klidovém stavu, při větší aktivitě jsou produkce díky našim fyzickým a zdravotním rozdílům znatelnější.

Na tomto grafu už nejsou patrné shluky bodů pro jednotlivé aktivity. Je zde vidět, jak při stoupajícím průtoku (množství vzduchu vydechovaného za hodinu) rovnoměrně stoupá množství vydechovaného CO₂. Je zde vidět i znatelné vychýlení při nízkém průtoku extrémního množství vydechovaného oxidu uhličitého.

Aplikace výsledků

Na stanovení potřebné dávky čerstvého vzduchu pro osoby, je použita Max von Pettenkoferova podmínka. S přihlédnutím na vyšší koncentraci oxidu uhličitého ve venkovním prostředí v dnešní době, než v době vzniku této podmínky (tj. v roce 1877), je změněna maximální koncentraci CO₂ v interiéru z 0,1 % objemu (1000 ppm) na 0,13 % objemu (1300 ppm) a venkovní hodnotu z 350 ppm na 500 ppm.

Dávka vzduchu pro klidový stav

kde je

m_CO2

průměrná hodnota produkce CO₂ v klidovém stavu

k_i,max

maximální koncentrace CO₂ v interiéru

k_e

koncentrace CO₂ ve venkovním vzduchu

Dávka vzduchu pro střední aktivitu

Dávka vzduchu pro vyšší aktivitu

Větrání podle koncentrace oxidu uhličitého

Rozvod vzduchotechnického potrubí pro každou zónu je rozdělen do jednotlivých větví, jež zajišťují přívod a odvod vzduchu pro jednotlivé její části. Tyto větvě byly zřízeny z důvodu nerovnoměrného rozložení a počtu osob v dané zóně s ohledem na množství vyprodukovaného oxidu uhličitého. Jednotlivé větve jsou opatřeny regulátorem průtoku vzduchu, které jsou opatřeny servopohonem, jenž ovládá regulační klapku, a tím i přívodní a odvodní vzduch.

Ovládací panel slouží pro snímání aktuální polohy listů na jednotlivých regulátorech průtoku vzduchu, řízení změny množství vzduchu a nastavení minimálních otáček u přívodního a odvodního ventilátoru. Ovladač slouží pro nastavení systému a pro snímání parametrů na regulátorech.

Nástěnné čidlo zajišťuje změnu množství vzduchu v jednotlivých místnostech. Změna průtoku je provedena na základě sledované veličiny, jako je teplota, CO₂ nebo vlhkost.

Závěr

V provedeném měření produkce CO₂ v různých fyzických aktivitách jednotlivých osob jsem pomocí měření se Spirometrem SPR – BTA, čidla CO₂ při zvolených vnitřních hodnotách vypočítal množství vzduchu při klidové činnosti 26 m³/h. Tato hodnota se blíží hodnotě přiváděného množství vzduchu, jež podle nařízení vlády č. 361/2007 pro osobu vykonávající práci v sedě s mírnou aktivitou činí 25 m³/h.

Potřebné množství přiváděného vzduchu není tak závislé na počtu osob v místnosti, jako na jejich fyzické aktivitě. I čtvrtinová kapacita osob v místnosti provozující vyšší fyzickou aktivitu dokáže dosáhnout stejné potřebné hodnoty přiváděného vzduchu, jako plná kapacita osob v místnosti s nízkou aktivitou.

Literatura

1. Protronix s.r.o.vetrani.tzb-info.cz [cit. 2018-11-15]. Dostupné z:
   https://vetrani.tzb-info.cz/vnitrni-prostredi/5827-pracujete-ve-zdravem-prostredi
2. Copyright © Smay, Nawiewinki vír NS9 – SMAY – zařízení a ventilační systémy, [cit. 2018-11-15]. Dostupné z: https://www.smay.pl/pl/product/nawiewinki-wirowe-ns9/