Jste zde

Kvalita vzduchu v uzavřených místnostech - 7. CO2

Antonín Vojáček, 11. Květen 2020 - 16:25

Problematika plynu oxidu uhličitého se sice hlavně diskutuje z pohledu jeho skleníkového vlivu na planetu, ale hned "v závěsu" jsou i jeho účinky na člověka v uzavřených prostorách. A právě na tuto oblast se podrobně zaměříme v tomto článku.

Oxid uhličitý obecně patří mezi ty méně závadné plyny, který se v našich domovech a kancelářích nachází, což není s žádným podivem, když jej přímo jako lidé generujeme / vydechujeme. Ale paradoxně se v místnostech nejčastěji měří, i o něm nejvíce diskutuje a často v polemikách vyvolává i velké vášně.

Pojď me se tedy na problematiku oxidu uhličitého zkusit podívat z více stran, jak z pohledu "suchých" informací a čísel odborné literatury, tak i z pohledu pocitů lidí nacházejících se v místnostech.

Co obecně o CO₂říká odborná literatura?

Oxid uhličitý je stálý, bezbarvý, nehořlavý plyn, kyselé chuti s lehce štiplavým zápachem, 1,52× těžší než vzduch, skládající se z jednoho atomu uhlíku a dvou atomů kyslíku.

CO₂vzniká oxidací organických látek, spalováním a je produktem látkové výměny většiny organismů. Konkrétně například při spalování fosilních paliv, neboť při hoření uhlí, zemního plynu a ropných produktů nebo cementu a hlavně dýchání většiny živých organismů. Dále je uvolňován rozkladem biomasy, desorpcí z oceánů, při rozpadu organického materiálu, sopečné činnosti či alkoholovém kvašení.

Podle Henryho zákona roste za dané teploty a vzrůstajícím tlaku rozpustnost oxidu uhličitého ve vodě. Při návratu k normálnímu tlaku je CO₂ naopak uvolňován z kapaliny. Této vlastnosti se například využívá při výrobě perlivých nápojů (pan Remsen vyvinul první uměle CO₂ obohacenou sodovou vodu v roce 1899). Oxid uhličitý lze z vody odstranit varem.

Jaké jsou limity CO₂pro místnosti?

Na rozdíl od poměrně striktních limitů v normách pro jiné plyny kontrolované v uvařených místnostech (např. pro oxid uhelnatý CO nebo formaldehyd = VOC) , nejsou limity pro koncentraci oxidu uhličitého CO₂ z pohledu zdraví tak striktně posuzovány a definovány. Z toho lze již na první pohled odvodit, že více než životně kritický, je oxid uhličitý spíše kvalitu života ovlivňující plyn. Za mezní hodnoty z hlediska kvality vnitřního ovzduší se všeobecně považují koncentrace CO₂ do 1 500 ppm (0,15 % objemu). To definuje i v ČR vyhl. 20/2012 Sb. (o technických požadavcích na stavby) pro projektování staveb / pobytových místností.

Evropská direktiva 2006/15/EC uvádějící max. bezpečné limity koncentrací plynů pak uvádí 8 hodinový pobyt v prostředí o průměrné koncentraci do 5 000 ppm ještě stále jako zcela bezpečný. Krátkodobý limit však již neuvádí. Americké standardy uvádějí dokonce možnost pobývat až 10 hodin při 5 000 ppm bez žádných velkých omezujících vlivů na lidský organismus.

Nařízení vlády č. 361/2007 Sb. jednak definuje pro CO2 maximální expoziční limit PEL 9 000 mg/m3 ≈ 5 000 ppm (0,5 % obj.) a nejvyšší přípustnou koncentraci NPK-P 45 000 mg/m3 ≈ 25 000 ppm (2,5 % obj.)

Limity CO₂:

Zákon o ochraně ovzduší 201/2012 Sb. nestanovuje imisní limit pro CO₂.
Vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 6/2003 Sb. nestanovuje limit CO₂.
WHO neuvádí CO₂ jako složku, kterou je nutné v místnostech kontrolovat.
Nařízení vlády č. 361/2007 Sb. jsou 9 000 mg/m3 ≈ 5 000 ppm (0,5 % obj.) (limit PEL) a 45 000 mg/m3 ≈ 25 000 ppm (2,5 % obj.) (limit NPK-P).
Vyhl. 20/2012 Sb.(změna vyhl. 268/2009 Sb., o technických požadavcích na stavby) pak pro projektování staveb / pobytových místností stanovuje max. koncentraci CO₂ na 1500 ppm = 0,15% obj.

Přepočet mezi různými jednotkami koncentrací CO₂: 1000 ppm = 1800 mg/m3 = 0,1 %.

Praktický vliv CO₂ na člověka

Škodlivost oxidu uhličitého závisí na koncentraci CO₂ a na délce expozice. Oxid uhličitý je 20 × lépe rozpustitelný ve tkáňových tekutinách než kyslík, proto rychle ovlivňuje respirační a centrální nervový systém. U dětí se navíc projevují závažnější příznaky otravy.

Normální venkovní koncentrace CO₂ je okolo 400 ppm. Koncentraci do 700 ppm obvykle stále ještě vnímáme jako čerstvý vzduch a koncetrace do 1000 ppm je doporučená hodnota pro velmi kvalitní vzduch v uzavřených prostorách, kdy lidé ještě nepociťují žádné negativní pocitové vjemy a dosahují tak maximálního výkonu, koncetrace a pohodlí. Koncentrace nad hodnotou 1 000 ppm (0,1% obj.) již mohou být individuálně vnímány jako tzv. „těžký vzduch“, což již může mít vliv na dlouhodobou pozornost, například při učení.

Koncentrace 1500 ppm proto byla ustanovena za maximální hodnotu pro pohodlné obývání obytných prostorů. Hodnoty nad 2000 ppm už obvykle všeobecně způsobují únavu (u někoho až bolesti hlavy), ztrátu lidské koncentrace a výkonu. Při hodnotách koncetrace nad 5 000 ppm již může přicházet pocit nevolnosti a zrychlený tep.

U dlouhodobého vystavení hodnotám nad 15 000 ppm se obvykle již dostavují dýchací potíže. Nicméně stále koncentrace CO₂ do 30 000 ppm (3,0 % obj.) při vystavení účinkům do 15 minut se stále ještě považuje jako životní funkce nepoškozující výskyt, byť se již výrazně zrychluje dechová frekvence a vyskytují se bolesti hlavy. Od koncentrací 40 000 ppm (4,0 % obj.) se již však mohou dostavovat ztráty vědomí. Nutné je ale poznamenat, že uvedené hranice jsou dost individuální.

Vysoké koncentrace CO₂ nad 60 000 ppm (tj. 6 % objemu vzduchu v místnosti) však při delší expozici již u většiny lidí vedou k silným bolestem hlavy, zvýšení krevního tlaku, hučení v uších a výrazným pocitům nevolnosti. Při koncentracích nad 100 000 ppm (10 % obj. vzduchu) se již obvykle vyskytují svalové poruchy a bezvědomí s nebezpečím udušení. Koncentrace nad 18 % obj. již mohou způsobovat krátkodobá ochrnutí a poruchy vědomí, které již mohou mít nepřímé smrtelné následky. Hodnota cca 40% obj. má již za následek téměř okamžitě bezvědomí a během několika minut i smrt.

Zajímavé také je, že dýcháním musíme udržovat v plicních sklípcích koncentraci CO₂ na úrovni 50 000 ppm. Pokud tedy je ve vzduchu například koncentrace 5 000 ppm místo 500 ppm, musím tělo zvýšit ventilaci plic o asi 10 %, což je se uvádí, že představuje podobný efekt, jako když člověk dýchá v nadmořské výšce o 600 m výše. Tělo je však stavěno na navýšení ventilace plic až o řád, takže to pro něj zase nepředstavuje existenční problém.

CO₂a člověk v uzavřeném prostoru

Zatímco u jiných nežádoucích plynů v uzavřených místnostech lze jednoduše jejich přítomnost omezit tím, že omezíme v daném prostředí látky a předměty, které je generují, v případě člověkem produkovaného CO₂ to jaksi nejde, přesněji řečeno postrádá smysl. To je více méně důvod proč se CO₂ primárně v místnostech měří, protože jeho koncetrace se velmi dynamicky mění v závislosti na počtu osob v místnosti, intenzitě jejich pohybu či úsilí a utěsnění místnosti proti venkovnímu okolí.

Člověk produkuje CO₂ při dýchání v množství, které je závislé na charakteru fyzické činnosti. Vydechovaný vzduch obsahuje cca 4 % obj. CO₂ . Za rok vyprodukuje dospělý jedinec průměrně 350 kg CO₂. Vzhledem k tomu, že běžná venkovní koncentrace je do 0,5% obj., tak bez větrání ve zcela utěsněné místnost s přítomností člověka je postupně přirozeně dýcháním množství CO₂ poměrně rychle zvyšuje. Sedící nebo volně chodící člověk po místnost obvykle spotřebuje 5 - 10 litrů vzduchu za hodinu. Z těchto hodnot a objemu místnost lze tak teoreticky snadno vynést v času změnu koncentrace CO₂.

Například, když máte pokoj o objemu cca 25 m³, tak je vydýchaný velmi rychle. Zvláště pak ve školách to může být problém, protože například 25 studentů ve třídě za 45 minut vyučovací hodiny spotřebuje cca 11 250 litrů vzduchu a u něhož zvýší koncentraci CO₂ z cca 500 ppm na 40 000 ppm. Aby se tedy udržela koncentrace CO₂ do 1 500 ppm, je nutné mít místnost o ploše cca 900 000 litrů = 900 m³, což je plocha místnosti cca 300 m² při výšce stropu 3,0 m. A to je problém.

To také ukazuje u dlouhodobého měření Státního zdravotního ústavu, že se ve školách málo větrá a koncentrace při vyučování dokonce v některých školách násobně převyšují povolené limity. Konkrétně například v roce 2015 sledoval vnitřní mikroklima ve 14 základních školách, kdy z každého kraje si vybral jednu. Maximální doporučená hodnota 1 500 ppm byla překročena ve 34% učeben. Navíc oxid uhličitý má větší hmotnost než vzduch, a proto je vyšší koncentrace přítomná v nižších polohách. Z toho vyplívá, že vyšší koncentrací CO₂ jsou nejdříve zasažené děti nebo sedící (či ležící).

Proto například vyhláška č. 410/2005 Sb. o hygienických požadavcích na prostory a provoz zařízení a provozoven pro výchovu a vzdělávání dětí a mladistvých udává požadavky na přívod vzduchu v jednotlivých prostorech školních zařízení.

Jak důležité je větrání místností?

Pro eliminaci důsledků koncentrací CO₂, tedy dodržení výše uvedeného limitu do 1 500 ppm, je třeba v budovách s výskytem osob jako rodinné domy, bytové a panelové domy, kanceláře apod. větrat s intenzitou cca 25 m³/hod na osobu, což není zrovna málo.

U bytových prostor s pobytem osob v místnosti je takovým obecným prvním základním pravidlem, že by mělo být důkladně vyvětráno alespoň jednou za dvě hodiny. V zimních měsících je doporučováno krátké intenzivní provětrávání po dobu 3 – 5 minut, na jaře a na podzim 10 – 15 minut. Při správném projektu funkční vzduchotechniky v bytových domech musí dojít během 24 hodin k několikeré obměně vzduchu v celém prostoru bytu. Problém může být s moderními dokonale utěsněnými a moderními plastovými okny. Pak takový typický pokoj o objemu cca 25 m³ je vydýchaný velmi rychle.

Z pohledu "čerstvého" vzduchu v pracovní místnosti je zajímavé si přečíst i nařízení vlády č. 361/2007 Sb. definující podmínky ochrany zdraví při práci. V něm je uvedeno minimální množství přiváděného čerstvého vzduchu na pracoviště. Pro každého zaměstnance vykonávajícího práci vsedě s minimální pohybovou aktivitou, nebo práci spojenou s lehkým pohybem rukou či paží bez přítomnosti chemických látek, prachů a jiných zdrojů znečištění je stanoveno minimální množství přiváděného vzduchu na 25 m³/h. 70 m³ čerstvého vzduchu za hodinu musí být zajištěno pro zaměstnance, u kterých převažuje práce vestoje s trvalým zapojením paží, rukou, nohou, chůze po zvlněném terénu bez zátěže, práce v předklonu nebo vkleče. Zaměstnanec těžce fyzicky pracující potřebuje ke svému výkonu 90 m³ čerstvého vzduchu za hodinu.

Závěr - hodnocení kvality vzduchu bez senzorů je obtížné

Protože koncentraci CO₂ nejsme našimi smysly schopni přesně posoudit, je osobní hodnocení kvality vzduchu je velice nespolehlivé. Lidský organismus přestává koncentraci pachů po určité chvíli vnímat a naše čichové orgány se přizpůsobují prostředí, v němž se vyskytujeme.

Určitě všichni známe situaci, když přijdeme do malé místnosti, kde se již nachází několik osob. Při příchodu z venkovního prostředí pociťujeme těžký vydýchaný vzduch, ale po chvíli to přestáváme vnímat jako nepříjemnost. Naše čichové orgány se přizpůsobují, přestáváme vnímat koncentraci pachů.

Proto může být zajímavé koncentraci CO₂ měřit a monitorovat. V příštím 8. díle se podíváme "na zoubek" principům senzorů, které se pro měření CO₂ používají.