Czym jest mikroklimat

Andrzej Łobzowski Wojciech Szkolnikowski
LAB-EL Elektronika Laboratoryjna S.J.

Artykuł publikowany w piśmie POMIAR nr 05/2015

Dobry (mikro)klimat sprzyja

Tytułem wstępu

W zamieszczonym w numerze 05/2013 magazynu Pomiar artykule pt. „Otwórz okno, trzeba przewietrzyć”, pisaliśmy o konieczności wentylacji pomieszczeń, w których pracują ludzie, z uwagi na zwiększone stężenie ditlenku węgla w powietrzu, wynikające z naturalnego procesu oddychania.

W przypadkach, kiedy w budynku mamy otwierające się okna, sprawa jest prosta ponieważ powietrze zewnętrzne jest zawsze „świeższe” niż wewnętrzne i zawsze można pomieszczenie przewietrzyć (gorzej w przypadku ostrych mrozów lub lokalnych zanieczyszczeń, np. pobliska spalarnia śmieci lub oczyszczalnia ścieków).

Nowoczesne biurowce posiadają systemy wentylacyjne wymuszające cykliczną wymianę powietrza w pomieszczeniach, gdzie okna są nie otwieralne.

Co to jest komfort czy dyskomfort cieplny?

Przyjmuje się, że dla danego człowieka istnieją dwa warunki komfortu cieplnego. Pierwszy zakłada, że kombinacja wartości temperatury skóry θ_sk i głębokiej ciepłoty tj. temperatury θ_cr ciała (ang. core  temperature) zapewni odczuwanie środowiska  termicznego jako neutralnego.

Drugim warunkiem jest spełnienie cieplnego bilansu ciała człowieka co oznacza, że ciepło wytworzone  przez  metabolizm  HM,  powinno  być  równe  ilości  ciepła  oddawanej  przez  człowieka w różnych strumieniach.

Polskie normy określają, że temperatura w pomieszczeniu powinna wynosić latem 20-23 ^oC przy założeniu średniej aktywności fizycznej użytkowników oraz 18-20 ^oC zimą. Jednocześnie prędkość ruchu powietrza nie powinna być większa niż 0,4 m/s latem i 0,2m/s zimą. Nie mniej ważna jest także wilgotność względna powietrza w pomieszczeniu. Zalecany zakres wilgotności zimą to 40-60% (przy założonej temperaturze 18-20 stopni) jednak nie mniej niż 30%. Latem zaś wilgotność nie powinna przekraczać 70%. Wilgotność wychodząca poza zalecane granice (w górę i w dół) powoduje dyskomfort.

  Rys. 1 Strefa komfortu cieplnego
we współrzędnych temperatury ścian q _s
i wilgotności względnej powietrza U_a

A co z oddychaniem?

Ważny dla komfortu oddychania jest skład powietrza, czyli głównie zawartość w nim tlenu, a również jego czystość. Powietrze zewnętrzne jest coraz trudniej uznać za czyste, jednak i tak stężenie zanieczyszczeń jest w nim zawsze nawet kilkunastokrotnie mniejsze niż wewnątrz budynku. Dlatego zwykło się określać powietrze na zewnątrz, świeżym.

Określenie składu i czystości powietrza wewnętrznego nie jest proste. Dlatego przy uproszczonym badaniu jakości powietrza, przyjmuje się za punkt odniesienia zawartość w nim najczęściej dwutlenku węglaCO₂, a również tlenu O₂.

Czy są jakieś przepisy, akty normatywne?

Są dwie Polskie Normy: PN-ISO 6242-1:1999 - Budownictwo - Wyrażanie wymagań użytkownika - Wymagania termiczne. W normie ustalono sposób wyrażania, określania i identyfikowania wymagań termicznych użytkowników budynków. Opisano wymagania użytkownika i parametry stosowane do ich wyrażania. Określono jednostki pomiarowe i sposób oszacowania.

Oraz PN-ISO 6242-2:1999 - Budownictwo - Wyrażanie wymagań użytkownika - Wymagania dotyczące czystości powietrza. W normie ustalono sposób określania, wyrażania i wartościowania wymagań użytkowników. Opisano wymagania użytkownika i parametry stosowane do ich wyrażania. Określono jednostki pomiarowe i sposób oszacowania.

Kolejnym, ważnym aktem jest Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 29 listopada 2002 roku w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy Dz.U. 2002 nr 217 poz. 1833). W rozporządzeniu tym podane są dwa progi dopuszczalnego stężenia : NDS 0,5% i NDSCh 1,5% CO₂, oraz podane są ich definicje:

• najwyższe dopuszczalne stężenie NDS – wartość średnia ważona stężenia, którego oddziaływanie na pracownika w ciągu 8-godzinnego dobowego i przeciętnego tygodniowego wymiaru czasu pracy, określonego w kodeksie pracy, przez okres jego aktywności zawodowej nie powinno spowodować ujemnych zmian w jego stanie zdrowia oraz w stanie zdrowia jego przyszłych pokoleń;
• najwyższe dopuszczalne stężenie chwilowe NDSCh – wartość średnia stężenia, które nie powinno spowodować ujemnych zmian w stanie zdrowia pracownika, jeżeli występuje w środowisku pracy nie dłużej niż 15 minut i nie częściej niż 2 razy w czasie zmiany roboczej, w odstępie czasu nie krótszym niż 1 godzina.

  Rys. 2 Narastanie odsetka niezadowolonych
ze wzrostem stężenia CO₂ (dane z dokumentu
CEN CR 1752:1998 i dane z projektu
prEN 15251:2005 powiązanego z dyrektywą
z 2002 r. nt. jakości energetycznej budynków)

Określone są graniczne progi zawartości dwutlenku węgla, które uznaje się za miernik jakości powietrza. Zawartość dwutlenku węgla w powietrzu określa się jednostką ppm określającą liczbę cząstek pierwiastka chemicznego (w tym wypadku CO₂) na milion cząstek roztworu (w tym wypadku powietrza).

Choć w Polsce, a także w wielu innych krajach nie ma jasno postawionych wymagań w zakresie zawartości CO₂ w powietrzu wewnętrznym, przyjmuje się, że nie powinna ona wynosić więcej niż 1000 ppm. Dla porównania zawartość CO₂ w czystym powietrzu atmosferycznym wynosi około 350-450 ppm. Stężenie CO₂ w pomieszczeniu zależy w znacznym stopniu od ilości powietrza świeżego doprowadzanego z zewnątrz.

Za próg bezpieczeństwa podczas 8 godzinnego dnia pracy przyjmuje się stężenie CO₂ równe 5000 ppm (cząsteczek CO₂ na milion cząsteczek powietrza, 5000 ppm = 0,5%). Jest to jednak próg bezpieczeństwa, a nie komfortu i wpływu na zdrowie. Narzekania na jakość powietrza z reguły pojawiają się w sytuacji w której stężenie CO₂ przekracza 600-800 ppm, a nasilają powyżej 1000 ppm. Według różnych standardów międzynarodowych zalecane stężenie CO₂ dla bardzo dobrej jakości powietrza to poniżej 600 ppm, dla dobrej jakości powietrza jest rzędu 600-1000 ppm, a akceptowalne 1000-1400 ppm ( EN 13779, CDC, IDPH, IAQUK, OSHA, EngineeringToolBox), przy czym stężenie CO₂ przekraczające 1000 ppm często interpretuje się (np. OSHA) jako powód konieczności poprawy wentylacji w budynku.

Równie niebezpieczny jest ubytek tlenu w powietrzu. Niedobór tlenu jest przyczyną największej ilości zgonów wśród pracowników narażonych na kontakt z różnymi gazami.

Normalne stężenie tlenu w powietrzu atmosferycznym wynosi około 20,9%  (objętościowo). Już przy spadku stężenia o kilka procent, do około 17%, człowiek staje się ospały, ma poczucie duszności, zaburzony jest proces myślenia i następują zaburzenia koordynacji ruchowej.

Przebywanie w atmosferze zawierającej tylko 14 ... 15% tlenu w krótkim czasie prowadzi do śmierci przez uduszenie. Podobnie niebezpieczny może być wzrost stężenia tlenu w powietrzu. Człowiek może go odczuwać jako stan euforii, podniecenia emocjonalnego. Dodatkowo, po przekroczeniu stężenia około 24% gwałtownie wzrasta palność większości materiałów. Wszystkie palne stają się skrajnie łatwopalnymi. Nawet normalnie trudno zapalne ubrania mogą stać się źródłem pożaru.

Samoistny wzrost czy spadek stężenia tlenu O₂ w powietrzu, nie nastąpi, jednakże w pomieszczeniach np. laboratoriach gazowych, czy w pomieszczeniach uprawowych, magazynowych, przechowalniczych, gdzie tlen jest gazem „roboczym”, kontrola jego stężenia w powietrzu jest ze wszech miar wskazana i wymagana.

Czy firma LAB-EL może zaoferować przyrządy do monitoringu stężenia CO₂ i O₂?

Jesteśmy przygotowani na okoliczność monitoringu parametrów środowiska pracy w zakresie komfortu cieplnego i oddechowego. Na Rys. 3 prezentujemy układ takiego systemu. Oferowany zestaw przyrządów pomiarowych do ciągłego monitorowania mikroklimatu pomieszczeń składa się z miernika stężenia dwutlenku węgla LB-856, do którego dołączone są elementy zewnętrzne: czujnik tlenu LB-856-O2, termohigrometr LB-710AL oraz opcjonalnie dodatkowy czujnik temperatury dowolnego medium. Zestaw zapewnia pomiar:

• temperatury powietrza;
• wilgotności względnej powietrza;
• stężenia dwutlenku węgla CO₂;
• stężenia tlenu O₂;
• temperatury dowolnego medium (np. temperatury grzejników).

Kompletacja zewnętrznych czujników może być dowolnie modyfikowana.

Czy dane pomiarowe są rejestrowane?

Miernik stężenia LB-856 posiada wbudowaną pamięć rejestracji umożliwiającą automatyczny zapis wszystkich wyników pomiarów: stężenia CO₂, O₂, temperatury i wilgotności. Wyniki pomiarów są udostępniane prze interfejs Ethernet, co pozwala na łatwą integrację przyrządu z infrastrukturą sieciową i systemem klimatyzacji i wentylacji, w które wyposażony jest każdy współczesny budynek.

Rys. 3 Zestaw rejestratora parametrów środowiskowych

I na koniec

Zapraszamy na stronę internetową www.label.pl, gdzie oprócz kompletnej oferty firmy LAB-EL, prezentujemy artykuły tematyczne, opracowania specjalistyczne, wyniki badań, prace dyplomowe i wiele innych.