Ešte stále sa medzi ľudmi, ale aj na odborných seminároch prezentujú myšlienky, že vetranie je potrebné hlavne preto, že v zateplených domoch s tesnými oknami sa drží vysoká vlhkosť, vlhnú steny a nakoniec rastie pleseň atď. Nič proti tomu. Keď nie pohľad z okna, tak aspoň pohľad na kanceláriu nám hovorí, že je január, teda zima. Po vzore „tropickej” symboliky sa teda nachádzame uprostred obdobia zatvorených okien. Aj keď cieľom tohto článku nie je uľahčovanie hrozby, ktorú prinášajú vlhnúce steny a plesne, oveľa závažnejšia je hrozba dlhodobého pobytu vo vydýchanom vzduchu. Pritom zdravotne správna výmena vzduchu vetraním väčšinou ľudí ohromí svojou kvantitou, ktorú si čitateľ tohto článku môže sám stanoviť pomocou nasledujúceho jedinečného výpočtu:
Výpočet: Spočítajte si veľkosť vetrania v miestnosti.Vetranie je dôležitejšie než zateplenie
Prioritná úloha vetrania plynie priamo zo stavebného zákona, ktorý výslovne uprednostňuje zdravie pred tepelnou ochranou. Keď sa v budovách s novými oknami a dverami nevetrá, zvyšuje sa tu (okrem pary) predovšetkým množstvo CO2. Vydýchaný vzduch býva často stotožňovaný s nedostatkom kyslíku, čo však nie je presný popis problému.
Vydychovaný vzduch obsahuje asi 40 000 ppmv CO2, teda 40 objemových tisícin. Tento vzduch stále obsahuje dosť kyslíku (asi päťnásobok, 200 000 ppmv), problém je ale v tom, že ho telo už nevie spracovať. Dýchanie vydychovaného vzduchu vedie preto k uduseniu, ako by sme nedýchali.
Pri polovičnom obsahu, asi 20 000 ppmv CO2, už dýchame, aj napriek tomu hrozí smrť udusením – telo pracuje na kyslíkový dlh. To platí v podstate až do koncentrácie asi 5 tis. ppmv CO2, kedy americká zdravotná norma ASHRAE odporúča len obmedzený pobyt do 8 hodín. Akceptovateľná hranica podľa tejto normy je 1000 ppmv CO2, odporúčaná do 700 ppmv.
A aká býva prax? Nedávne meranie obsahu CO2 na našich zateplených ZŠ ukázalo miestami aj hodnoty 6 tis. ppmv CO2. Dlhodobý pobyt v takomto prostredí je už problém. Telo nespaľuje cukry, pomaly stráca samočistiace a samoliečebné schopnosti. To, ešte umocnené nedostatočným pitným a stravovacím režimom a lenivým životom na gauči, vedie k tzv. nevyliečiteľným a civilizačným chorobám.
V domácich podmienkach, v kanceláriách či v školách je možné koncentráciu CO2 merať napríklad Monitorom CO2 od spoločnosti Airflow. Na tomto prístroji je súčasne meraná a indikovaná aj hodnota relatívnej vlhkosti a teploty.
Vetranie podľa počtu osôb a ich aktivít
Aby mal človek pocit, že dýcha čerstvý vzduch, obsah oxidu uhličitého musí byť menší než 700 ppmv. K tomu ale musí adekvátne vetrať. Tento článok ukazuje, ako na základe počtu osôb a ich pohybových aktivít počítať stupeň vydýchanosti daného priestoru. Ďalej počíta intenzitu vetrania tak, aby osoby pociťovali čerstvý, svieži vzduch.
V konkrétnej praxi je vetranie samozrejme realizované tak, že reaguje na čidlo obsahu CO2. Pri návrhu vetracej sústavy je však dobré vopred poznať možné požiadavky na jeho výkon. Preto vznikol tento článok.
Tab. 1, ktorej hodnoty boli prevzaté z [2], uvádza 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.
| Energetický výdaj | E kJ/(kg.min) | E J/(kg.s) |
| Odpočinok alebo spánok | 0,071 | 1,183 |
| Sedenie v kľude | 0,090 | 1,500 |
| Písanie, sledovanie televízie | 0,125 | 2,083 |
| Varenie, umývanie, utieranie prachu | 0,170 | 2,833 |
| Tepovanie | 0,260 | 4,333 |
| Jazda na rotopede, pomalá | 0,334 | 5,567 |
| Umývanie (drhnutie) podlahy | 0,390 | 6,500 |
| Jazda na rotopede, rýchla | 0,550 | 9,167 |
Táto energia vzniká spálením glukózy v tele. Z každej jednej 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 spalovaniu s rýchlosťou 27,6 g/h glukózy, pričom sa uvoľní 40,5 g CO2 za hodinu, ktorý vydýchame.
Ak sedíme pritom v nevetranej miestnosti o objeme 60 m3, potom každú hodinu v každom m3 pribudne 675 mg CO2 (tzn. 374 ppmv – objemových miliontín za hodinu). K týmto hodnotám sa dostaneme dosadením do nasledujúcich vzťahov, pritom počítame s teplotou 20 °C:
resp.
kde:
ΔC je prírastok CO2 dýchaním v kg/(m3·s),ΔX je prírastok CO2 dýchaním v ppmv/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 Pa 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 ppmv/(m3·h); 1 ppmv/(m3·s) = 3600 ppmv/(m3·h)
- pre hmotn. koncentráciu C jednotku mg/(m3); 1 kg/m3 = 106 mg/m3.
Otázka znie, ako dlho môžu ľudia pobývať v nevetranej miestnosti, bez toho aby riskovali o svoje zdravie?
Výpočet: Spočítajte si veľkosť vetrania v miestnosti.Vzdušný obsah CO2 z pohľadu zdravia
Vo vydychovanom vzduchu je CO2 zastúpený približne podieľom 40 000 ppmv. Vo vonkajšom, čerstvom vzduchu je ho okolo 400 ppmv, to znamená približne 723 mg CO2/m3. To je zároveň normálna, zdravá hladina CO2 vo vzduchu pre dlhodobý pobyt podľa ASHRAE (American Society of Heating, Refridgerating and Air). Ďalšie stupne pre dlhodobý pobyt sú:
- do 1000 ppmv je zdravotne akceptovateľná koncentrácia CO2. Odporúča sa pobývať v prostredí do 700 ppmv, pri vyššom CO2 bývajú sťažnosti na pocit ťažkosti alebo je cítiť štipľavý zápach,
- od 1 000 ppmv sa začína dostavovať celková ospalosť,
- od 2 500 ppmv vznikajú trvalé zdravotné problémy,
- nad 5 000 ppmv (prípustný expozičný limit, PEL) predpisuje ASHRAE časovo obmedzený poby (< 8 hod.), ktorý sa kráti s rastúcou koncentráciou CO2, a
- nad 25 000 ppmv (najvyššia prípustná koncentrácia, NPK) hrozí smrť udusením.
Jediný človek (s váhou cca 80 kg, ktorý v kľude sedí alebo píše) vydýcha nevetranú miestnosť 60 m3 cca za hodinu. Tým sa myslí, že za hodinu stúpne obsah CO2o 374 ppmv na hodnotu prevyšujúcu 1 000 ppmv, kedy podľa ASHRAE začínajú vznikať problémy. Pokiaľ by sa v nevetranej miestnosti trávil celý deň, prekročil by PEL (5 000 ppmv), aj keby celý ten čas spal. Keby tento človek denne dve hodiny cvičil na rotopede a zvyšný čas odpočíval, za dva dni by prekročil NPK a mohol by sa teoreticky udusiť.
Človek väčšinou vydýchaný vzduch moc nevníma a aj keď sa cíti unavený, príčinu hľadá inde. Preto tiež zle odhaduje intenzitu vetrania. Tu je možné vypočítať podľa vzorca
Niektoré modelové príklady činností a im zodpovedajúce intenzity vetrania sme spočítali. Pritom sme uvažovali o miestnosti, ktorej objem je 60 m3 a požadovali sme, aby obsah CO2 neprekročil hodnotu 1000 ppmv, ktorá je podľa ASHRAE ešte akceptovateľná. Obsah CO2 u vonkajšieho, teda čerstvého vzduchu je 400 ppmv. Výsledky ukazuje tab. 2.
Čitateľ si môže sám zrátať intenzitu vetrania pre rôzne domáce činnosti, rôznu obsadenosť vetraného priestoru osobami s rôznou váhou na stránke viď [4].
Záver
Intenzity vetrania pre udržanie zdravého vzduchu v miestnosti rozhodne nie sú zanedbateľné. V noci, kedy v miestnosti spí jedna osoba, to znamená vymeniť 49 % objemu vzduchu miestnosti za hodinu. Pokiaľ nocujú v izbe 3 osoby, povedzme rodičia a dieťa, je požadované, aby sa vymenil celý objem vzduchu už za 55 minút. A pokiaľ sa napr. v miestnosti varí, tepuje a dieťa, povedzme cvičí na rotopede, je potrebné vymeniť všetok vzduch v miestnosti za cca 13 minút atď.
Jedno z bezpečných riešení je zveriť výmenu vzduchu samočinnej technike.
Výpočet: Spočítajte si veľkosť vetrania v miestnosti.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 ktorej oxidácií vzniká 6 kmol CO2 na jeden kilomol glukózy. Korekciu uvedeného spalného tepla glukózy na teplotu ľudského tela nepovažujeme pre účely článku za podstatnú.
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.
Literatura 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.
