Źródła zanieczyszczeń i poziom jakości powietrza wewnątrz pomieszczeń.

Radykalny wzrost szczelności przegród budowlanych i absurdalna tendencja do ograniczania - w celach oszczędnościowych - zorganizowanej wymiany powietrza w pomieszczeniach powoduje wyraźne pogorszenie warunków życia w nowych i remontowanych mieszkaniach i obiektach użyteczności publicznej.

• powszechne zastępowanie tradycyjnych materiałów izolacyjnych i wykończeniowych przez ich syntetyczne odpowiedniki powoduje pojawianie się nie branych kiedyś pod uwagę zanieczyszczeń chemicznych (np. formaldehyd) w postaci gazów, aerozoli, pyłów i mikrowłókien;
• szczelna konstrukcja przegród budowlanych sprzyja kumulowaniu się w pomieszczeniach radonu, przenikającego z podłoża i niektórych materiałów budowlanych;
• emisja produktów spalania, występująca podczas przygotowywania potraw, podgrzewania wody lub dogrzewania mieszkań przy użyciu wygodnych i względnie tanich urządzeń opalanych gazem lub naftą;
• ludzie przebywający w pomieszczeniach są źródłem zanieczyszczeń (dwutlenek węgla, para wodna, dym tytoniowy, zapachy);
• powietrze zewnętrzne w dużych aglomeracjach miejskich, a zwłaszcza w centrach miast, dalekie jest od powszechnie przyjętej "świeżości"; wnosi ono szereg zanieczyszczeń emitowanych przez pojazdy i przemysł.

Od czasu wprowadzenia zmian w technologii budowlanej i wyposażenia budynków, jakie miały miejsce w latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych XX w., szczególnego znaczenia nabrał problem jakości powietrza, szczególnie w budynkach mieszkalnych i biurowych.

Sytuacja stała się paradoksalna. Nowoczesne budynki, wyposażone według najnowszej mody, mające w założeniu chronić człowieka przed wpływem zagrożeń, wynikających z niekorzystnych zmian środowiska zewnętrznego, stały się same zagrożeniem dla zdrowia.

Dlaczego wentylować pomieszczenia?

Dlaczego pomieszczenia lub budynki wymagają wentylacji i w jakim stopniu jest to konieczne? Są to fundamentalne pytania, które zadają sobie inżynierowie, architekci i specjaliści zdrowia publicznego. Modele, które legły u podstaw opracowywanych obecnie norm dotyczą m. in. addytywności źródeł zanieczyszczeń odczuwalnych przez zmysły człowieka, weryfikacji materiałów budowlanych, emisji dymu tytoniowego, wpływu skuteczności filtracji, temperatury i wilgotności powietrza na pożądany poziom intensywności wentylacji.
W ostatnich latach dokonują się zmiany systemowe w technologii ciepłownictwa, wentylacji i klimatyzacji. Oczekiwać można kolejnej zmiany wzorców, w myśl których, jakość powietrza w danym pomieszczeniu będzie określana nie tylko jako minimalizacja odczuwalnego dyskomfortu związanego z przebywaniem w tym pomieszczeniu, lecz jako maksymalizacja poziomu komfortu użytkowników, którzy mają uczucie przyjemnej, świeżej, stymulującej atmosfery pomieszczenia.

Trochę historii

Przez niemal 200 ostatnich lat twierdzono, że jedynym źródłem zanieczyszczenia powietrza w pomieszczeniach zamkniętych jest człowiek. Jeszcze w końcu lat 80. XIX stulecia wyrażano powszechnie pogląd, że ludzie wydychają wysoce toksyczne substancje, których obecność w powietrzu jest szkodliwa dla zdrowia, i pomieszczenia, w których przebywali ludzie wymagają wentylacji. Początkowo uważano, że substancją toksyczną w wydychanym przez człowieka powietrzu jest dwutlenek węgla. Jednakże Pettenkofer udowodnił, że dwutlenek węgla w niewielkich stężeniach w pomieszczeniach zamkniętych jest nieszkodliwy dla zdrowia. W końcu XIX stulecia doświadczenia, przeprowadzone przez Brown-Sequarda, zdawały się wskazywać na obecność w wydychanym powietrzu pewnej substancji toksycznej, którą nazwano "antropotoksyną", a której składu chemicznego nigdy nie zdołano ustalić. Teorię tę zresztą wkrótce obalono.
Niemniej jednak przyjęło się uważać, że głównym zadaniem wentylacji było usunięcie lub też zmniejszenie stężenia toksyn, wydychanych przez człowieka.

Na przełomie wieków XIX i XX nastąpiła zmiana punktu odniesienia w teorii wentylacji. Zaczął dominować pogląd, że ludzie wydzielają "zarazki" i głównym zadaniem wentylacji jest zmniejszenie koncentracji mikroorganizmów w powietrzu, by zmniejszyć ryzyko przeniesienia choroby. Panował wielki strach przed bakteriami, które uważano za przyczynę wielu chorób. Człowieka nadal uważano za źródło zanieczyszczeń, a wentylację za panaceum chroniące przed chorobami.

Ten sposób myślenia stracił na popularności w latach 20 i 30 poprzedniego stulecia, gdy stało się jasne, że inne czynniki odgrywają ważniejszą rolę w przenoszeniu zarazków między ludźmi niż wentylacja. Jednak ostatnio obserwuje się powrót zainteresowania problematyką wentylacji i filtracji powietrza w celu zmniejszenia ryzyka chorób zakaźnych.

W połowie lat 30 minionego stulecia nastąpiła kolejna zmiana punktu widzenia, wywołana wnioskami wypływającymi z badań przeprowadzonych przez Yaglou. Urządzenia wentylacyjne zaczęto produkować z myślą o samopoczuciu użytkownika. Rozpowszechniło się przekonanie, że człowiek wchodząc do pomieszczenia powinien akceptować powietrze wewnątrz. Uwaga skupiła się na odpadowych produktach metabolizmu oraz emisji dymu tytoniowego.
W wyniku badań określono intensywność wentylacji, przy której stężenie tych zanieczyszczeń pochodzenia ludzkiego jest akceptowane przez użytkowników.

Człowiek nadal był uważany za jedyne źródło zanieczyszczenia powietrza w pomieszczeniach zamkniętych i intensywność wentylacji wyrażona była jako objętość powietrza świeżego (zewnętrznego) przypadająca na jedną osobę.
Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Chłodnictwa, Ciepłownictwa i Klimatyzacji (ASHRAE) ustaliło, jako normę, minimalny strumień objętości powietrza w wentylacji pomieszczeń na wysokim poziomie 50 m3/(h,osobę) zalecając jednocześnie stosowanie strumienia objętości powietrza rzędu 100 m3/(h,osobę). Wyniki najnowszych badań wykazują zadziwiającą zgodność, co do percepcji emisji produktów przemiany materii przez ludzi w różnych częściach świata. Yaglou, a wcześniej Pettenkofer, nie uwzględniali w swoich badaniach wpływu innych źródeł zanieczyszczenia powietrza, niż ludzkie. Być może źródła te w ubiegłym stuleciu nie odgrywały jeszcze istotnej roli, gdy powszechnie stosowano tradycyjne materiały budowlane.

Obecnie jednak stosuje się tysiące nowych materiałów budowlanych, które są istotnym źródłem emisji zanieczyszczeń znacząco wpływających na jakość powietrza w pomieszczeniach zamkniętych. Fakt ten zaczął być stopniowo uwzględniany w ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci w badaniach przeprowadzonych w tysiącach budynków.
Okazało się, że w wielu przypadkach zgodność intensywności wentylacji z obowiązującymi normami nie wykluczała licznych skarg na złą jakość powietrza w tych budynkach. W badaniach monitorujących jakość powietrza w 56 budynkach biurowych w 9 krajach europejskich, aż 30% użytkowników uznało powietrze w pomieszczeniach jako nie do przyjęcia, chociaż intensywność wentylacji wynosiła często ok. 90 m3/(h,osobę) tj. powyżej obowiązujących obecnie norm wentylacji.
Powodem często wyrażanego niezadowolenia jest fakt, że same budynki (łącznie z zainstalowanym w nich systemem grzewczym, wentylacyjnym i klimatyzacyjnym) są istotnym źródłem zanieczyszczenia powietrza. Zgodnie z zaleceniami Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) budynki, w których ponad 30% użytkowników jest niezadowolonych z warunków mikroklimatu wewnętrznego, uznaje się za "budynki chore".
Szeroko zakrojone badania nad "syndromem chorych budynków" (SBS- Sick Buildings Syndrome) pozwoliły zidentyfikować szereg czynników, mogących mieć negatywny wpływ na samopoczucie ludzi.
Są to, poza tak oczywistymi jak temperatura i wilgotność powietrza, podwyższone stężenie zanieczyszczeń gazowych, pyłowych i mikrobiologicznych, podwyższony poziom hałasu również pozycja w hierarchii przedsiębiorstwa, stosunki międzyludzkie w miejscu pracy czy rodzaj zajęcia a nawet kolor ścian w pomieszczeniu.

• wyższa temperatura powietrza w pomieszczeniu niż na zewnątrz oraz
• możliwość napływu i odpływu powietrza z pomieszczenia.

Odpowiednie przepisy budowlane nakazują wykonanie w pomieszczeniach węzłów sanitarnych i w kuchniach kanałów wentylacyjnych wyciągowych z otworami (kratkami) wywiewnymi, umieszczonymi pod sufitem.
Jest to droga odpływu powietrza z pomieszczenia.

Mikroklimat pomieszczeń

• temperatura powietrza w pomieszczeniu;
• temperatura przegród budowlanych;
• prędkość ruchu powietrza w strefie przebywania ludzi;
• wilgotność względna powietrza.

Dla różnych rodzajów pomieszczeń (biurowe, przemysłowe, szkolne, i td.) istnieją zalecenia lub normy, podające wartości poszczególnych parametrów. Jako temperaturę komfortu dla ludzi w pozycji siedzącej, normalnie ubranych, przyjmuje się zazwyczaj 22°C w zimie i 22...24°C w lecie.

1. Przy niskiej wilgotności względnej szybko wysychają odzież, dywany i meble. Powoduje to powstawanie i łatwe unoszenie się pyłu.
2. Niska wilgotność względna powoduje wysuszanie błon śluzowych organizmu człowieka, zmniejszając ich naturalną odporność na infekcję i wpływ czynników alergizujących.
3. W niskiej wilgotności względnej przedmioty z tworzyw sztucznych łatwo się elektryzują statycznie, w związku z czym przyciągają i magazynują na swej powierzchni pył z powietrza.

Te zjawiska najsilniej występują w okresie zimnym.

Związane to jest z niską zawartością wilgoci w powietrzu atmosferycznym. Np. powietrze zewnętrzne całkowicie nasycone (o wilgotności względnej 100%), o temperaturze +5°C ogrzane do temperatury +22°C będzie miało wilgotność względną 23%, a o temperaturze początkowej -12°C, ogrzane do temperatury +22°C zaledwie 8%.

Wynika stąd konieczność nawilżania zimą powietrza w pomieszczeniach. W pomieszczeniach mieszkalnych jest to mniejszy problem, ponieważ istotnym źródłem wilgoci są ludzie, rośliny doniczkowe i kuchnia.
W budynkach użyteczności publicznej, zwłaszcza duże pomieszczenia biurowe wymagają klimatyzacji.

1. Wysoka wilgotność względna, zwłaszcza w zimie, może powodować wykraplanie się wody na powierzchni szyb w oknach i na ścianach zewnętrznych, zwłaszcza w narożnikach, za meblami, gdzie ruch powietrza jest utrudniony. Zjawisko to może powodować pojawianie się grzybów i pleśni na powierzchni i w strukturze ściany oraz na meblach i podłodze. Efektem jest emisja przykrych zapachów i zarodników, powodujących zmiany chorobowe organizmu człowieka.
2. Problem nadmiernej wilgotności względnej pojawił się wraz z wprowadzeniem nowej generacji bardzo szczelnych okien, bez możliwości kontrolowanego doprowadzania powietrza zewnętrznego.

Jak określić intensywność wentylacji?

W powietrzu znajdującym się w pomieszczeniach zamkniętych można wykryć nierzadko ponad sto kilkadziesiąt różnych związków chemicznych.
Stężenie większości z nich jest tak małe, że pojedynczo nie wpływają na poziom komfortu, odczuwanego przez użytkowników. Ponieważ jednak stwierdzono, że ocena stanu mikroklimatu w tych przypadkach, jest negatywna dla znacznej części użytkowników, rozpoczęto badania łącznego oddziaływania rozmaitych mieszanin związków chemicznych na samopoczucie ludzi. W początku lat 90. ubiegłego stulecia zaproponowano zastosowanie, jako wskaźnika jakości powietrza w pomieszczeniach, całkowitej ilości lotnych związków organicznych (TVOC - Total Volatile Organic Compounds).

Takie podejście pozwalało na oszacowanie, przy wykonaniu jednego pomiaru, poziomu komfortu w pomieszczeniu. Jednak metoda pomiaru TVOC i jej interpretacja spotkały się z licznymi zastrzeżeniami dotyczącymi głównie interpretacji wyników.

Według Fangera, wskaźnik jakości powietrza zewnętrznego wynosi:

• w miastach o dużym zanieczyszczeniu powietrza, w niekorzystnych warunkach meteorologicznych co > 1 decypol
• w miastach o umiarkowanym zanieczyszczeniu powietrza co = 0,05...0,3 decypol
• na terenach wiejskich, w górach, nad morzem co = 0,01 decypol

Efektywność wentylacji ea zależy od wielu czynników, z których podstawowymi są sposób organizacji wymiany powietrza oraz różnica temperatur powietrza nawiewanego i w strefie przebywania ludzi. Wartość tego współczynnika, pomijając systemy błędnie zaprojektowane i wykonane, w większości przypadków można przyjmować w zakresie ea = 0,8...1,0.

Jeżeli przyjąć kryteria kwalifikujące jakość środowiska pomieszczeń, w których przebywają ludzie, podane w Raporcie CEN, 1998, przedstawione w tabeli 3, można obliczyć niezbędny strumień powietrza zewnętrznego, zapewniający żądany poziom jakości powietrza w pomieszczeniach wentylowanych.

• zadowalającą jakość powietrza w pomieszczeniu, o średnim zagęszczeniu osób w nim przebywających, można uzyskać stosując strumień powietrza zewnętrznego powyżej 30 m3/h.os. (jako składnik mieszaniny lub jako strumień powietrza wentylującego), pod warunkiem względnej czystości powietrza czerpanego z zewnątrz;
• wentylacja naturalna nie jest w stanie zapewnić odpowiedniej jakości powietrza w pomieszczeniu w każdych warunkach zewnętrznych;