Ideálna a pre človeka vhodná hladina CO2 sa pohybuje na úrovni 400 ppm3. To sú viacmenej podmienky, za ktorých kedysi dávno človek vznikol. Zo skúseností ďalej vieme, že hladina 700 ppm CO2 je ešte zdravotne celkom prijateľná. Avšak od úrovne 1000 ppm CO2 vyššie už niektoré krajiny, v čele s USA, začínajú regulovať dĺžku pobytu v takomto prostredí.
Stavebný zákon výslovne uprednostňuje zdravie pred tepelnou ochranou. Je na ňom ale vidieť, že ho písali a schvaľovali ľudia, ktorí si plne neuvedomovali dôležitosť čerstvého vzduchu. Keď sa v budovách s modernými, perfektne tesnými oknami a dverami nevetrá, zvyšuje sa tu (popri pare) predovšetkým množstvo CO2. Čo je ale vydýchaný vzduch? Tento býva často stotožňovaný s nedostatkom kyslíka. Lenže to nie je presný popis problému, lebo kyslíku je aj vo vydýchanom vzduchu dosť, len ho naše pľúca už nedokážu spracovať.
Príklad: Vydychovaný vzduch obsahuje asi 40 000 ppm CO2, teda 40 objemových tisícin. Aj tento vzduch stále obsahuje dosť kyslíku, ale ako bolo uvedené, pre nás nedýchateľného: nadychovanie vzduchu, ktorý sami vydychujeme, vedie vždy k uduseniu.
Pri polovičnom obsahu CO2 vo vzduchu – o hodnote asi 20 000 ppm – telo pracuje na kyslíkový dlh a človeku, obzvlášť pri námahe, hrozí smrť udusením. To platí v podstate až do koncentrácie asi 5 000 ppm CO2. V takých priestoroch odporúča americká zdravotná norma ASHRAE (American Society of Heating, Refridgerating and Air) iba obmedzený pobyt maximálne 8 hodín. Prípustná hranica podľa tejto normy je 1000 ppm CO2, odporúčaná do 700 ppm.
Súhrnné fakty:
• do 1000 ppm je zdravotne akceptovateľná koncentrácia CO2. Odporúča sa pobývať v prostredí do 700 ppm, pri vyššom CO2 bývajú sťažnosti na pocit ťažkosti alebo je cítiť štipľavý zápach,
• od 1 000 ppm sa začína dostavovať celková ospalosť,
• od 2 500 ppm vznikajú trvalé zdravotné problémy,
• nad 5 000 ppm (prípustný expozičný limit, PEL) predpisuje ASHRAE časovo obmedzený pobyt (< 8 hod.), ktorý sa kráti s rastúcou koncentráciou CO2 a
• nad 25 000 ppm (najvyšší prípustná koncentrácia, NPK) hrozí smrť udusením.
Ako správne vetrať?
Ešte v nedávnej dobe ukazovali merania obsahu CO2 v triedach našich zateplených školských budov miestami aj hodnoty nad 6 000 ppm CO2. Dlhodobý pobyt v takomto prostredí je už riskantný. Telo nespaľuje cukry, pomaly stráca samočistiacu a samoliečivú schopnosť. To všetko – umocnené zlým pitným a stravovacím režimom a lenivým pobytom na školskej stoličke – vedie až k ťažko liečiteľným, tzv. civilizačným chorobám.
Dýchať čerstvý vzduch minimálne znamená, že obsah oxidu uhličitého v ňom nesmie presahovať 700 ppm. V budovách je k tomu potrebné adekvátne vetranie. Tento článok ukazuje, ako na základe počtu osôb a ich pohybových aktivít odhadnúť stupeň vydýchanosti daného priestoru. Ďalej ponúka výpočet potrebnej intenzity vetrania. Odhadnúť intenzitu vetrania, ktorá je adekvátna priestoru, v ktorom sa zdržiavate, možno pomocou tejto kalkulačky: Spočítajte si veľkosť vetrania v miestnosti.
Návrh riadenej vetracej sústavy
Základom by malo byť elektronické vetracie zariadenie, ktoré reaguje na podnet senzorov oxidu uhličitého (CO2). Užitočné je hlavne v situáciách, kedy človek nie je schopný pravidelne otvárať okno ako napríklad v noci, keď spí. Môže sa jednať či už o čisto ventilačnú jednotku alebo o systém so spätným získavaním tepla (tzv. rekuperácia). Pri návrhu vetracej sústavy je však dobré vopred poznať možné požiadavky na jeho výkon. Ako teda vybrať vetracie zariadenie, aby bolo správne dimenzované práve pre váš domov? V prvom rade vezmite do úvahy, o aké miestnosti ide a aké činnosti a aktivity sú v nich vykonávané.
Tab. 1, ktorej hodnoty boli prevzaté z [2], uvádza merný energetický výdaj vybraných pohybových činností. Aj v čase odpočinku, napr. pri sledovaní televízie, je náš energetický výdaj E ≈ 0,090 kJ za minútu na každý kilogram našej hmotnosti. Pri váhe 80 kg je to 432 kJ za hodinu.
Táto energia vzniká spálením glukózy v našom tele. Z každej jej molekuly pritom vznikne 6 molekúl oxidu uhličitého CO2. Zo spalného tepla glukózy 2 815 800 kJ/kmol [3] je možné vypočítať, že uvedených 432 kJ/h znamená, že v tele dochádza k spaľovaniu s rýchlosťou 27,6 g/h glukózy, pričom sa uvoľní 40,5 g CO2 za hodinu, ktorý vydýchame.
Ak pritom sedíme v nevetranej miestnosti v objeme objemu 60 m3, potom každú hodinu v každom m3 pribudne 675 mg CO2 (tzn. 374 ppm – objemových miliontín za hodinu). K týmto hodnotám dôjdeme dosadením do nasledujúcich vzťahov, pritom uvažujeme s teplotou 20 °C:
kde:
• ΔC je prírastok CO2 dýchaním v kg/(m3•s),
• ΔX je prírastok CO2 dýchaním v ppm/s,
• E je energetický výdaj v J/(kg.s) z tab. 1,
• ∑Mk je hmotnosť všetkých osôb,
• R = 8314 J/kmol je plynová konštanta,
• μ = 44 kg/kmol je molárna hmotnosť oxidu uhličitého CO2,
• Hsp = 2,8158•109 J/kmol je spalné teplo glukózy,
• p = 105 kPa je normálny tlak,
• T je termodynamická teplota v K a
• V je objem miestnosti.
Z dôvodov rozmerovej jednoty sa do vzťahov (1) a (2) dosadzujú veličiny vyjadrené v jednotkách sústavy SI. V našom prípade to sú m, s, kg, K, J, kmol a Pa a z nich odvodené jednotky. V ďalšom texte budeme používať aj nasledujúce názornejšie jednotky:
• pre prírastok ΔC jednotku mg/(m3•h); 1 kg/(m3•s) = 3,6•109 mg/(m3•h),
• pre prírastok ΔX jednotku ppm/(m3•h); 1 ppm/(m3•s) = 3600 ppm/(m3•h),
• pre hmotn. koncentráciu C jednotku mg/(m3); 1 kg/m3 = 106 mg/m3.
Otázka znie, ako dlho sa môžu ľudia zdržiavať v nevetranej miestnosti, bez toho aby riskovali svoje zdravie? Pre rýchle a praktické stanovenie tohto času pomôže tento výpočet: Spočítajte si veľkosť vetrania v miestnosti.
Riešením je riadené vetranie
Intenzita vetrania pre udržanie zdravého vzduchu v miestnosti rozhodne stojí za pozornosť. V noci, kedy v izbe spí jedna osoba, to znamená vymeniť každú hodinu 49% objemu vzduchu v miestnosti. Ak nocujú v miestnosti 3 osoby, povedzme rodičia a dieťa, je požadované vymeniť celý objem vzduchu už za 55 minút. A ak sa v inej miestnosti zároveň varí aj vysáva a jeden člen domácnosti, povedzme, cvičí na rotopede, je potrebné tu vymeniť vzduch už za cca 13 minút...
Medzi najbezpečnejšie riešenie popísaných situácií je zveriť výmenu vzduchu samočinnej technike. Na trhu je veľké množstvo variantov; v pasívnych domoch, ktorých výstavba sa v Česku stáva štandardom, patria takzvané rekuperačné jednotky už do obvyklého technologického vybavenia.
Investor by mal pri výbere dodávateľa dbať predovšetkým na preukázateľné predchádzajúce referencie výrobcu, schopnosť dodávateľa flexibilne reagovať na budúce prípadnú potrebu servisu zariadení a samozrejme na kvalitu samotnej jednotky. Z výrobcov je možné z týchto dôvodov smelo odporučiť napríklad tradičné nemecké výrobca špičkovej techniky v oblasti vykurovania a vzduchotechniky - firmy Viessmann a Stiebel Eltron alebo Východočeské spoločnosť s celosvetovou pôsobnosťou 2VV.
Záver
Naučme sa vetrať. Čerstvý vzduch je dôležitejší ako akákoľvek izolačná vrstva na fasáde. Investujme do správnych riešení a získajme životný priestor, ktorý nám pomôže k správnej regenerácii tela i duše. Súčasne využite ďalších výhod rekuperačných jednotiek ako je riadenie optimálnej vlhkosti v miestnostiach, filtrácia alergénov a zbavovanie interiéru nechceného zápachu.
Poznámky:
1. Energetické nároky vybraných pohybových činností boli prepočítané na vydychovaný oxid uhličitý CO2 pomocou spalného tepla glukózy o veľkosti 2 816 000 kJ/kmol pri 25 °C, viď [3], pri ktorých oxidácií vzniká 6 kmol CO2 na jeden kilomol glukózy. Korekcia uvedeného spalného tepla glukózy na teplotu ľudského tela nie je pre účely článku podstatná.
2. Výpočet zanedbáva zmeny tlaku a objemu v dôsledku zmien obsahu CO2. Pri obvyklých izbových teplotách a tlaku okolo 1000 hPa vedie toto zanedbanie k chybe pod 1 % vo výsledkoch.
3. 1 ppm predstavuje počet molekúl CO2 v objeme vzduchu, ktorý obsahuje 1 milión molekúl vrátane CO2. 1000 ppm je teda 1000 molekúl CO2 v 1 milióne molekúl vzduchu.
Literatúra a zdroje:
[1] Hejhálek Jiří:Aktivní domy, CO2 neutrální. Jaké jiné? , Stavebnictví a interiér č, 7/2009.
[2] Provazník Kamil a kol.: Manuál prevence v lékařské praxi – Tabulky energetických nároků pohybové činnosti. V rámci programu Národní program zdraví vydal Státní zdravotní ústav, 1998. Viz také internetový portál www.zdravcentra.cz od společnosti Zentiva, k.s.
[3] Julák Alois, Štulík Karel, Vohlídal Jiří: Chemické a analytické tabulky, Graga Publishing 1999.
[4] Kolektiv redakce:Větrání v bytě a domě , www.stavebnictvi3000.cz.
