Качество воздуха

Качество воздуха в помещениях является важным фактором в обеспечении людей здоровой средой, которая не оказывает влияния на продуктивность и самочувствие.

Качество воздуха в помещениях и диоксид углерода CO2 

Качество воздуха в помещениях является важным фактором в обеспечении людей здоровой средой, которая не оказывает влияния на продуктивность и самочувствие. Качество воздуха определяется его температурой, влажностью и степенью загрязнения. Температуру воздуха в помещениях можно регулировать с помощью системы отопления и охлаждения, влажность – с помощью увлажняющих устройств, а степень загрязнения – с помощью проветривания. 

Качество воздуха в помещениях является важным фактором в обеспечении людей здоровой средой, которая не оказывает влияния на продуктивность и самочувствие. Качество воздуха определяется его температурой, влажностью и степенью загрязнения. Температуру воздуха в помещениях можно регулировать с помощью системы отопления и охлаждения, влажность – с помощью увлажняющих устройств, а степень загрязнения – с помощью проветривания. Но не все так просто. Эти факторы взаимосвязаны и взаимозависимы, что превращает якобы простой контроль качества воздуха в тонкую систему регулирования, насыщенную нюансами.   

Например, содержащуюся в воздухе влагу нужно считать в относительных единицах, потому что в зависимости от температуры воздуха его насыщенность влагой различается. В данном примере допустим, что в воздухе закрытого помещения содержится 10 литров воды, что при температуре воздуха +20 °C составляет 30 % относительной влажности. Такой уровень влажности безопасен для человека и не причиняет вреда ни глазам, ни коже, ни дыхательной системе. Однако при повышении температуры воздуха до +24 °C относительная влажность при той же самой абсолютной влажности будет уже 22 %, что приведет к усиленному высыханию кожи, глаз и дыхательных путей. Вентиляция воздуха тоже является важным источником высушивания во время отопительного сезона – если на улице относительная влажность воздуха при -10 °C составляет 50 %, то при нагревании этого воздуха до +20 °C его относительная влажность будет всего 8 %. Поэтому, думая о качестве воздуха, важно не только регулировать эти критерии с помощью доступных технических решений, но и не допускать переотапливания, переохлаждения и чрезмерного проветривания здания. 

Отдельно о чрезмерном проветривании 

Под чрезмерным проветриванием, как и под переотапливанием, понимается нецелесообразное действие, которое приводит к существенной потере тепловой энергии зимой и потере холода летом, при этом не происходит вклада в регулирование уровня комфорта в помещениях – нагревается уже и так достаточно теплое помещение или оно проветривается, когда входящий воздух уже не свежее имеющегося в помещении.   

Под чрезмерным проветриванием, как и под переотапливанием, понимается нецелесообразное действие, которое приводит к существенной потере тепловой энергии зимой и потере холода летом, при этом не происходит вклада в регулирование уровня комфорта в помещениях – нагревается уже и так достаточно теплое помещение или оно проветривается, когда входящий воздух уже не свежее имеющегося в помещении.   

Чрезмерное проветривание является самой сложной и незаметной проблемой энергоэффективности здания, потому что человек просто не может воспринять типичные виды загрязнения воздуха в жилых помещениях с помощью своих внутренних сенсорных систем. Повышенный уровень CO2 человеческий мозг может распознать только в крови, когда есть возможность отреагировать изменениями артериального давления. Однако имеющийся в воздухе уровень  CO2 не определяется даже тогда, когда загрязнение превышает 10 000 PPM (parts per million) и становится опасным для жизни. Также человек не может воспринять то, что помещение проветрено, и загрязнение в помещении уравновешено с его уровнем в уличном воздухе, где, разумеется, также существует загрязнение. Например, уровень упомянутого газа CO2 в уличном воздухе превышает 400 PPM во всей нашей атмосфере. Человеческий организм замещает вещи, которые он не может воспринять, вещами, поддающимися восприятию, поэтому мы ошибочно измеряем качество состава воздуха по температуре. Зимой остывшее помещение кажется проветренным, а в нагревшемся летом нам становится душно. Это не критерий состава воздуха, и его следует регулировать с помощью инструментов, влияющих на температуру, например, радиаторов, а для критерия вентиляции воздуха нужно использовать соответствующие датчики; математически вычисленные руководства тоже могут служить критерием проветривания. Например, в рабочем помещении раз в 4 часа нужно на 15 минут полностью открывать окна. Данный пример объясняется следующим образом: уровень CO2 в помещении за 4 часа, скорее всего, не превысит 2000 PPM, sа 15 минут достаточно для того, чтобы полностью проветрить помещение. С помощью специальных датчиков можно намного точнее регулировать интервалы и объемы проветривания, что даст возможность избежать чрезмерного проветривания.

Датчики, использующиеся для измерения качества воздуха 

Принципиально можно выделить две категории датчиков, использующихся для определения состава воздуха – датчики газа CO2 (самыми распространенными являются датчики типа NDIR – nondispersive infrared, а совсем недавно появились и фотоакустические датчики) и датчики загрязнения VOC – volatile organic compound. По понятным причинам в обществе отдается предпочтение датчикам первого типа – CO2 является основной составляющей выдыхаемого нами воздуха, его уровень там достигает приблизительно 38 000 PPM. Соответственно,эти датчики могут лучше показать степень надышенности, что является основным типом загрязнения жилых помещений.

Принципиально можно выделить две категории датчиков, использующихся для определения состава воздуха – датчики газа CO2 (самыми распространенными являются датчики типа NDIR – nondispersive infrared, а совсем недавно появились и фотоакустические датчики) и датчики загрязнения VOC – volatile organic compound. По понятным причинам в обществе отдается предпочтение датчикам первого типа – CO2 является основной составляющей выдыхаемого нами воздуха, его уровень там достигает приблизительно 38 000 PPM. Соответственно,эти датчики могут лучше показать степень надышенности, что является основным типом загрязнения жилых помещений. В свою очередь, при выветривании CO2 выветривается и загрязнение другого типа. Однако у датчиков CO2 есть и существенные недостатки, из-за которых мы не рекомендуем использовать критерий проветривания для автоматического регулирования. В первую очередь следует упомянуть о том, что показания этих сенсоров как показатель качества воздуха будут корректны только в том случае, если основным загрязнителем является воздух, выдыхаемый человеком, если же это не так, то датчики будут ошибочно указывать на загрязнение, которого в помещении может и не быть. В качестве примера можно назвать свежеокрашенные стены помещения или новую мебель, являющиеся источником существенного испарения химических веществ, которые иногда даже имеют воспринимаемые человеком неприятные запахи, однако датчики  CO2 не воспримут их как загрязнение. Точно так же обстоит дело со всеми органическими загрязнениями: в дошкольных образовательных учреждениях это может быть загрязнение, вызванное использованными детскими подгузниками, в рабочих помещениях – вошедшим сотрудником, который недавно курил. Разумеется, эти типы загрязнения воздуха человек уже может распознать, однако автоматическая система вентиляции с датчиком CO2 на них не отреагирует. Если это еще можно посчитать случайным недостатком этих датчиков, то второй дефект гораздо важнее – особенностью строения датчиков CO2 является неспособность определить абсолютный уровень CO2 с помощью свежего воздуха без калибровки. Это значит, что эти датчики показывают уровень CO2 только в том случае, если их регулярно калибруют. В большинстве случаев функция калибровки в датчиках этого типа автоматизирована: на протяжении определенного периода времени датчик накапливает исторические данные и приравнивает их к известному обстоятельству – уровень CO2 в уличном воздухе составляет 400 PPM. Это значит, что не реже одного раза в неделю датчик должен измерять уровень CO2 в абсолютно проветренном помещении, то есть в уличном воздухе. Если помещение проветривается в течение 15 минут с полностью открытым окном, то это возможно, однако если показатель CO2 берется за основу для регулирования проветривания, со временем датчик начнет ошибочно показывать более низкий уровень CO2, чем на самом деле, и в существенно загрязненном помещении датчик будет обманчиво показывать уровень свежего воздуха.   

Датчиками второго типа являются VOC –  volatile organic compound, которые технологически имеют более простое строение, существенно дешевле и более просты в эксплуатации. Они способны воспринимать целый ряд менее распространенных газов, однако спектр их восприятия намного шире, и эти газы также присутствуют в воздухе, выдыхаемом человеком. Соответственно, допустив, что основным источником загрязнения воздуха в помещении является выдыхаемый человеком воздух и зная пропорции состава выдыхаемого воздуха, можно вычислить и теоретический уровень  CO2 в помещении, который принято называть эквивалентом  CO2, или уровнем эCO2. Датчики хорошего качества очень точно производят эти вычисления, кроме того, их кажущийся дефект является основным их преимуществом – они рассчитают в единицах эCO2 и другой вид загрязнения в помещении. Именно поэтому в своих стенных панелях мы используем высококачественные датчики VOC производства Bosch Sensortec GmbH, которые могут точно определить уровень CO2 в том случае, если источником загрязнения воздуха в помещении является выдыхаемый человеком воздух, а также они покажут повышенный уровень CO2, если в помещении есть другое опасное для здоровья загрязнение. Кроме того, датчики Bosch также вычисляют общий индекс качества воздуха, основой которого являются все воспринимаемые виды загрязнения, и этот индекс считается лучшим критерием определения качества воздуха, чем широко распространенное в обществе допущение, что единственным загрязнителем воздуха является CO2. При выборе оборудования для мониторинга этого типа важно проверить его сертификацию в соответствии с ISO 16000-29:2014, в противном случае выбранные устройства могут оказаться неточными и вводить пользователя в заблуждение показаниями качества воздуха. 

управление контролем распространения Covid-19

Одной из сфер, которая особенно широко исследовалась в 2020 году в контексте Covid-19, является ограничения распространения вирусных инфекций в помещениях. Соответственно, установленные во время пандемии ограничения больше концентрировались на том, что давало хорошие результаты – акцент в контексте помещений неизменно делался на маске для лица и ограничении количества людей в помещении. 

Одной из сфер, которая особенно широко исследовалась в 2020 году в контексте Covid-19, является ограничения распространения вирусных инфекций в помещениях. Соответственно, установленные во время пандемии ограничения больше концентрировались на том, что давало хорошие результаты – акцент в контексте помещений неизменно делался на маске для лица и ограничении количества людей в помещении. Понятно, что эти фундаментальные ограничения являются само собой разумеющимися – маски изменяют профиль диффузии выдыхаемого человеком воздуха в помещении, что позволяет выдоху потенциально контагиозного индивида диффундировать в общей массе воздуха в как можно меньшем радиусе, а ограничение количества людей позволяет снизить кумулятивное загрязнение воздуха в абсолютных единицах. Исследования и статистика четко показали, что человеческий организм может защитить себя от небольшого количества бактерий в воздухе, а также они продемонстрировали наглядную связь между степенью тяжести заболевания индивида и восприимчивостью к вирусу, что напрямую связано с насыщенностью воздуха вирусом. Соответственно, можно сказать, что режим и объем проветривания помещений вместе с использованием маски для лица являются фундаментальным фактором в ограничении распространения вируса.   

Среди прочих следует особенно выделить научную статью1, опубликованную Кембриджским университетом и посвященную использованию уровня качества воздуха как технологически легко измеряемого маркера для оценки вредности воздуха в помещении в связи с распространением вирусных инфекций, в том числе и Covid-19. Это одно из первых наглядных решений в области контроля качества воздуха, которое можно сравнительно легко корректировать. 

Если помещения общественного назначения используются во время пандемии, то мы рекомендуем и в тех отраслях, где этого еще не требуют законодательные нормы, рассмотреть возможность контроля качества воздуха в каждом помещении, что вовсе не требует больших вложений, а в будущем эти панели можно дополнительно соединить, например, для управления радиаторами отопления.