CC BY
451
Профилактическая токсикология и гигиеническое нормирование
О КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2014 УДК 613.155:546.264-31]-074
Губернский Ю.Д., Калинина Н.В., Гапонова Е.Б., Банин И.М.
ОБОСНОВАНИЕ ДОПУСТИМОГО УРОВНЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА В ВОЗДУХЕ ПОМЕЩЕНИЙ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
ФГБУ «НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина» Минздрава России, 119121, г Москва
На основании анализа отечественных и зарубежных данных по вопросу нормирования диоксида углерода (CO2) в воздухе помещений жилых и общественных зданий и результатов собственных исследований обоснован допустимый уровень содержания CO2 в воздухе помещений жилых и общественных зданий с постоянным пребыванием людей. Установлено, что концентрация CO2 в воздухе помещений, не превышающая 1000 ррm (0,1%), не оказывает негативного влияния на самочувствие и работоспособность человека, при таком содержании CO2 не происходит накопления токсических химических веществ и регистрируемого приборами снижения уровня кислорода в воздухе помещений. Эта концентрация соответствует нормативным требованиям по содержанию CO2 в воздухе помещений, которые действуют в большинстве зарубежных стран.
Ключевые слова: воздух жилых и общественных зданий; диоксид углерода; кислород; химическое загрязнение; самочувствие и работоспособность человека.
Gubernskiy Yu. D., Kalinina N. V., Gaponova E. B., Banin I. M. - RATIONALE FOR THE PERMISSIBLE LEVEL OF CARBON DIOXIDE IN INDOOR AIR IN RESIDENTIAL AND PUBLIC BUILDINGS WITH THE PERMANENT HUMAN PRESENCE
A.N. Sysin Research Institute of Human Ecology and Environmental Health, Russian Federation, 119992
On the base of the analysis of domestic andforeign data on the issue of rating of carbon dioxide in the indoor air of residential and public buildings and results of own research there is justified an permissible level of carbon dioxide in the indoor air of residential and public buildings with a permanent human presence The concentration of carbon dioxide in the air space, not higher 1000 ppm (0,1%) was established to have no negative impact on the human health and performance, with this content of carbon dioxide there is no accumulation of toxic chemicals and registered by devices reducing of the oxygen content in the air of spaces, it meets the regulatory requirements for content dioxide carbon in the indoor air, applicable in most of foreign countries.
Key words: air in residential and public buildings; carbon dioxide; oxygen; chemical pollution; human health and performance.
Содержание диоксида углерода (СО2) в воздушной среде является одним из первых гигиенических показателей, характеризующих качество воздушной среды внутри помещений. Впервые измерение содержания С02 для оценки качества воздуха в помещениях предложил в XIX веке немецкий врач М. Петтенкофер [9]. Принято, что концентрация СО2 в воздухе не должна превышать 0,1% (1000 ррт). Этот показатель и сегодня используют при расчете необходимого объема подачи наружного воздуха в системы вентиляции и кондиционирования. Однако официально гигиенический норматив содержания СО2 в воздухе помещений в нашей стране не утвержден.
В настоящее время в связи с повышенной герметизацией помещений жилых и общественных зданий (установка стеклопакетов на окна, двойные двери, плохая работа или отсутствие вентиляции) содержание С02 и кислорода в воздушной среде помещений является весьма актуальным показателем качества и безопасности внутренней среды.
С02 образуется в результате окислительно-восстановительных процессов, протекающих в организме людей
Для корреспонденции: Калинина Наталия Валентиновна; zhilsreda@yandex.ru
For correspondence: Kalinina Natalya, zhilsreda@yandex.ru.
и животных, горения топлива, гниения органических веществ.
Известно, что один человек в спокойном состоянии за 1 ч потребляет 20-30 л кислорода с выделением 18-25 л углекислого газа. В выдыхаемом человеком воздухе углекислого газа содержится в 100 раз больше, чем в чистом атмосферном воздухе.
Для человека углекислый газ не имеет запаха, поэтому повышение его уровня в помещении человек ощущает тогда, когда появляются такие симптомы отравления организма, как головная боль, слабость, сложность с концентрацией внимания, усталость, повышенная утомляемость. В результате исследований [2] выявлено, что с ростом уровня С02 в помещении резко возрастает число людей, не удовлетворенных качеством воздуха.
Однако, несмотря на давность существования проблемы, научная библиография по оценке гигиенической и физиологической значимости С02 весьма скромна, хотя влияние углекислого газа на работоспособность и состояние людей исследовали в ряде отечественных и зарубежных работ [1, 4-6, 10, 15].
О.В. Елисеева [1], одна из первых отечественных ученых, провела детальные исследования по обоснованию предельно допустимой концентрации СО2 в воздухе жилых и общественных зданий. Используя специальную методику исследования, автор пришла к выводу о том,
]^1гиена и санитария 6/2014
Содержание CO2 в воздушной среде помещений различных типов зданий и в окружающем атмосферном воздухе
Объект исследования Место, время и условия замеров Концентрация СО2, ррт
Атмосферный За городом; 300-400
воздух в спальных районах города; 450-500
вблизи автомагистралей; 800-900
на магистрали; 1000-1500
в салоне автомобиля До 4500
Жилые В дневное время; 600-800
квартиры после ночного сна; 1000-1200
после ночного сна в комнате со стеклопакетами; 1800-2000
кухни с электроплитами; 800-1000
кухни с газовыми плитами (через 1,5 ч работы одной конфорки) До 5500
Администра- В начале рабочего дня; 400-600
тивные здания в конце рабочего дня в помещении с работающей вентиляцией; 1000-1200
в конце рабочего дня в помещении с неработающей вентиляцией 1800-2500
Учебные До занятий; 400-500
учреждения в конце занятий 800-1500
Детские сады До прихода детей; 400-500
с детьми
что кратковременное вдыхание здоровыми людьми СО2 в концентрации 5000 и 1000 ррт вызывает определенные сдвиги в функции внешнего дыхания, кровообращении и электрической активности головного мозга. Полученные данные позволили ей заключить, что концентрация СО2 в воздухе жилых и общественных зданий не должна превышать 1000 ррт независимо от источника, среднее же содержание СО2 не должно превышать 500 ррт.
Таблица 2
Результаты замеров концентрации диоксида углерода и кислорода в воздухе классных помещений общеобразовательных школ
600-700
Концентрация СО2 и кислорода в воздухе учебных помещений
Время проведения классы с регулярным классы
исследований проветриванием без проветривания
СО2, ррт кислород, % СО2, ррт кислород, %
Окружающий атмосферный воздух 400 ± 20 20,8 400 ± 20 20,8
До начала уроков 470 ± 20 20,8 450 ± 20 20,8
В конце 1-го урока 680 ± 30 20,8 650 ± 20 20,8
Начало 2-го урока 550 ± 20 20,8 600 ± 30 20,8
В конце 2-го урока 740 ± 30 20,8 850 ± 40 20,8
Начало 3-го урока 610 ± 40 20,8 760 ± 40 20,8
В конце 3-го урока 830 ± 30 20,8 1050 ± 50 20,8
Начало 4-го урока 580 ± 40 20,8 870 ± 30 20,8
В конце 4-го урока 840 ± 20 20,8 1200 ± 40 20,7
Начало 5-го урока 620 ± 20 20,8 1100± 50 20,7
В конце 5-го урока 850 ± 30 20,8 1500±40 20,6
Таблица 1 В последние годы за рубежом отмечено определенное возрождение исследований по гигиенической оценке содержания СО2, что связано с ростом количества «больных зданий» (СБЗ; Sick Building Syndrome - SBS) [15].
Ряд зарубежных ученых считают, что именно повышенный уровень углекислого газа в помещении является одним из основных факторов, приводящих к СБЗ. Нахождение в таких зданиях может привести к такому распространенному в наше время заболеванию как синдром хронической усталости.
Термин СБЗ был введен учеными уже давно для описания симптомов, которые испытывают сотрудники некоторых офисных зданий. СБЗ, связанные с высоким уровнем СО2 в офисе, включает усталость, головную боль, воспаление глаз, носоглотки, верхних дыхательных путей. Человек, который страдает от СБЗ, испытывает эти симптомы тогда, когда он находится в помещении; обычно эти симптомы исчезают, когда он его покидает [14, 15].
Люди, находящиеся в помещениях с повышенным содержанием углекислого газа, имеют ослабленную носоглотку, часто болеют ринитом, фарингитом, трахеитом. Особенно негативно сказывается СО2 на людей, которые больны астмой и аллергией, так как при нахождении в помещении с повышенным уровнем СО2 приступы этих заболеваний учащаются [6, 7, 11-13].
Результаты анализа отечественной и зарубежной нормативно-методической базы по вопросу нормирования CO2 в воздухе помещений показали, что в отечественных нормативных документах (ГОСТ, СНиП, СанПиН, СН) содержание CO2 в воздухе помещений не регламентируется. Только в отраслевом нормативном акте «Санитарные правила по организации пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте» [2] указывается, что концентрация CO2 в воздухе помещений в зоне дыхания пассажиров и помещениях, где находятся билетные кассы, не должна превышать 0,1% (1000 ррт). В справочнике по теплоснабжению и вентиляции за 1959 г. приведены допустимые концентрации для помещений с постоянным и периодическим пребыванием людей - 0,1 и 0,125% соответственно [3].
В зарубежных странах приняты следующие нормативы содержания CO2 в воздухе помещений: в США -от 600 до 1000 ррт, 1000 ррт в школах; в Финляндии в зависимости от качества воздуха: высокое качество - 700 ррт, среднее - 900 ррт, удовлетворительное -1200 ррт; в Великобритании - 1500 ррт в учебных классах школ; в Голландии - 1000 ррт в детских садах, 1200 ррт в школах; в Эстонии - гигиеническая норма для школ 1000 ррт.
Как видно из вышеперечисленных данных, в России, странах ЕЭС и США рекомендации по допустимому уровню содержания углекислого газа близки между собой и в среднем составляют 1000 ррт (0,1%).
21 п
20,5-
20-
19,5-
18,5-
630
Материалы и методы
Проведены натурные исследования содержания СО2 и кислорода в атмосферном воздухе в разных районах города, воздушной среде помещений различных типов зданий, в том числе в жилых, административных, учебных и детских дошкольных учреждениях. Исследования проводили в весенне-летний и осенне-зимний сезоны. Замер концентрации СО2 осуществляли в динамике с учетом условий эксплуатации помещений, площади, объема, количества и времени пребывания людей в помещении.
Кроме того, провели замеры на улицах и магистралях с разной интенсивностью движения автотранспорта, за городом, в салонах автотранспорта. В ряде жилых помещений замеры проводили круглосуточно, в служебных и учебных помещениях - в течение рабочего (учебного) дня.
Параллельно с определением содержания СО2 в воздухе помещений проводили замеры микроклиматических параметров; уровня химического загрязнения воздуха; общего бактериального загрязнения воздушной среды; содержания кислорода в воздухе; замеры воздухообмена.
Комплекс химических веществ, загрязняющих воздушную среду помещений, определяли с помощью методов хроматомасс-спектрометрии и фотоколориметрии. (Хроматомасс-спектрометрические исследования воздуха проводили в лаборатории физико-химических исследований ФГБУ «НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина» Минздрава России.)
Для обоснования допустимого уровня содержания СО2 в воздухе помещений оценили изменение качества и безопасности воздуха помещений по химическим и микробиологическим показателям при накоплении разного уровня СО2 в нем. Исследования проводили в экспериментальном помещении и кухнях, оборудованных газовыми плитами. При этом изучали динамику накопления СО2, снижение содержания кислорода в воздухе, изменение микроклиматических параметров, уровень химического загрязнения воздуха летучими органическими веществами, содержание в воздухе оксида углерода и оксидов азота, общую бактериальную обсемененность воздуха. Для оценки самочувствия и работоспособности использовали метод анкетирования и метод корректурных проб. Содержание СО2 регулировали вентиляционными установками.
Результаты и обсуждение
В настоящее время основным источником загрязнения городского атмосферного воздуха является авто-
транспорт. Результаты наших исследований показали (табл. 1), что содержание СО2 в городском атмосферном воздухе находится на уровне 450-900 ррт в зависимости от места проведения замеров. В настоящее время основным источником загрязнения городского атмосферного воздуха является автотранспорт. Так, в спальных районах вдали от крупных магистралей концентрация СО2 в среднем не превышала 500 ррт (0,05%), вблизи крупных городских автомагистралей регистрировалась
830
1000 1300 1500 2500 3500 4500
5500
Рис. 1. Динамика снижения содержания кислорода в воздухе кухни при работе газовой плиты. Здесь и на рис. 2, 3: по оси абсцисс - концентрация (в ррт) С02 в воздухе кухни. По оси ординат - концентрация (в %) кислорода в воздухе кухни. Здесь и на рис. 2-5: пунктирная линия - концентрация С02 на уровне 1000 ррт.
630 830 1000 1300 1500 2500 3500 4500 5500
Рис. 2. Динамика повышения концентрации (в мг/м3) оксида углерода в воздухе кухни при работе газовой плиты.
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0
630
830
1000
1300
1500 2500
3500
4500
5500
Рис. 3. Динамика повышения содержания (в мг/м3) оксидов азота в воздухе кухни при работе газовой плиты.
]^1гиена и санитария 6/2014
500
750
1000
1500
2000
Рис. 4. Динамика изменения суммарного уровня химического загрязнения воздушной среды в зависимости от накопления СО2 в воздухе экспериментальной камеры.
По оси абсцисс - концентрация (в ррт) СО2 в воздухе экспериментального помещения; по оси ординат - изменение суммарного содержания (в мг/м3) летучих органических соединений в воздухе помещений.
2500
2000
1500
1000
500
0:00
0:30
1:00
1:30
2:00
3:00
4:00
5:00
жанию в окружающем атмосферном воздухе. В конце учебного дня концентрация СО2 повышалась до 8001500 ррт в зависимости от наличия вентиляционной системы и режима проветривания помещений. В табл. 2 представлены результаты замеров концентрации СО2 и кислорода в воздухе учебных классов в течение учебного дня. Мониторинг проводили в классах, в которых было организовано регулярное проветривание помещения после каждого урока и классах без проветривания.
В результате проведенных исследований установили, что в классах, в которых организовано регулярное проветривание помещений, накопление С02 в воздухе не превышало 1000 ррт. В классах без проветривания к концу 5-го урока концентрация С02 в воздухе достигала 1500 ррт (см. табл. 2).
В групповых помещениях и спальнях обследованных детских садов за время пребывания детей концентрация С02 в среднем повышалась на 200 ррт и не превышала 800 ррт.
Наиболее высокую концентрацию СО2 обнаружили в учебных аудиториях обследованного института и служебных помещениях без естественной и искусственной вентиляции (0,18-0,25%) в конце рабочего дня.
Результаты экспериментальных исследований по изучению динамики изменения газового состава воздушной среды в невентилируемом помещении при постоянном присутствии людей показали, что за 3 ч наблюдений концентрация кислорода снижалась на 0,3%, концентрация 20 2 СО2 повышалась с 0,04 до 0,24%.
г 21,1
- 21
- 20,9
- 20,8
- 20,7
- 20,6
- 20,5
- 20,4
- 20,3
Рис. 5. Динамика изменения концентрации СО2 и кислорода в воздухе экспериментальной камеры.
По оси абсцисс - время (продолжительность; в часах) проведения эксперимента; по левой оси ординат - концентрация (в ррт) СО2 в воздухе помещений; по правой оси ординат - концентрация (в %) кислорода в воздухе помещений.
на уровне свыше 800 ррт. На крупных городских магистралях при стоянии в пробке концентрация СО2 возрастала до 1000-1500 ррт, При этом концентрация С02 в воздушной среде автомобиля составила 4300-4700 ррт.
В большинстве обследованных жилых помещений концентрация СО2 не превышала уровня 0,1%. Накопление его концентрации до 0,2% и выше наблюдали в конце ночного сна и только в непроветриваемых помещениях. Отметили достоверно более высокую концентрацию СО2 в воздухе помещений с установленными на окна стеклопакетами по сравнению с таковой при обычных деревянных рамах.
В школьных классах концентрация С02 до начала учебного дня практически соответствовала его содер-
При этом к концу эксперимента более 70% находящихся в помещениях людей предъявляли жалобы на духоту, нехватку воздуха, утомление, головную боль.
Таким образом, результаты проведенных исследований подтверждают, что основным источником углекислого газа в помещении является человек, который выдыхает 18-23 л углекислого газа в 1 ч, при активной умственной и физической деятельности это значение увеличивается.
Вторым по значимости источником загрязнения воздуха помещений С02 являются продукты сгорания бытового газа. Так, при горении одной газовой конфорки в течение 1,5 ч концентрация углекислого газа в воздухе кухни объемом 20 м3 возрастала в среднем в 9 раз и могла достичь 5500 + 100 ррт. Концентрация кислорода при этом снижалась в среднем на 1,7%, достигая 19,1 + 0,1% (рис. 1). Температура воздуха увеличивается в среднем на 5,7°С, концентрация оксида углерода возрастает до 16,4 + 1,07мг/м3 (рис. 2), концентрация С02 достигает 0,24 мг/м3
Таблица 3
Влияние содержания CO2 в воздухе помещений на самочувствие и работоспособность обследованных лиц
Концентрация CO2, ррт
Жалобы на плохое самочувствие и духоту, %
Процент ошибок в корректурных пробах
500-600 900-1100 1400-1600 2000-2100 2500 и выше
5,9 ± 1,4 6,5 ± 1,9 17,3 ± 2,4 (р < 0,02*) 24,5 ± 3,3 (р < 0,01*)
7,3 ± 2,4 6,9 ± 1,5 8,9 ± 1,4 15,0 ± 3,4 (р < 0,05*)
31,2 ± 4,5 (р < 0,01*) 27,5 ± 5,3 (р < 0,01*)
Примечание. * - полученные результаты исследования статистически достоверны.
(рис. 3). При этом статистически достоверное повышение концентрации оксида углерода и оксидов азота, а также снижение содержания кислорода в воздухе отметили при накоплении С02 свыше 1000 ррт.
Курение повышает концентрацию С02 в воздухе на 8-10% по сравнению с исходным уровнем.
Основными факторами, влияющими на уровень содержания С02 в воздухе закрытых помещений, являются работа вентиляционной системы и достаточный объем помещения.
Результаты исследований показали, что при неработающей вентиляции за 5 ч концентрация С02 в воздухе экспериментальной камеры повышалась в среднем в 4 раза (с 520 + 20 до 2500 + 30 ррт). Содержание кислорода снижалось на 0,5 + 0,03%. Температура воздуха в помещении за время эксперимента повышалась в среднем на 2,7°С, относительная влажность - на 9 + 2%. Общая бактериальная обсемененность возросла в среднем на 30%.
Результаты химических исследований показали, что суммарное содержание органических летучих веществ возросло за время эксперимента на 0,29 + 0,05мг/м3 в основном за счет повышения концентрации ацетона, спиртов и сложных эфиров.
Динамика изменения суммарного уровня химического загрязнения воздушной среды в зависимости от накопления С02 в воздухе представлена на рис. 4. Как видно из представленных на рис. 4 данных, достоверное изменение суммарного уровня химического загрязнения воздуха отметили только при повышении концентрации С02 до 1500 ррт.
На рис. 5 представлено изменение концентрации кислорода в воздухе экспериментальной камеры по мере повышения концентрации С02. Из полученных данных видно, что достоверное снижение уровня кислорода в воздухе наблюдается при повышении концентрации С02 свыше 1000 ррт.
Результаты оценки самочувствия и работоспособности обследуемых лиц (табл. 3) также показали, что первое статистически достоверное увеличение количества жалоб на духоту и плохое самочувствие выявлено при повышении концентрации С02 свыше 1500 ррт. Достоверное снижение концентрации внимания отметили при концентрации С02 свыше 2000 ррт.
Заключение
В результате проведенных исследований установили, что содержание С02 в воздухе помещений на уровне
1000 ррт (0,1%) может рассматриваться как критерий безопасного качества воздушной среды жилых и общественных зданий. Такая концентрация CO2 в воздухе помещений не оказывает негативного влияния на самочувствие и работоспособность человека; при таком содержании СО2 не происходит накопления токсических химических веществ и регистрируемого приборами снижения содержания кислорода в воздухе помещений. Эта концентрация соответствует нормативным требованиям по содержанию CO2 в воздухе помещений, действующим в большинстве зарубежных стран.
ЛИТЕРАТУРА (пп. 4-15 см. References)
1. Елисеева О. В. К обоснованию ПДК двуокиси углерода в воздухе. Гигиена и санитария. 1964; 8.
2. СП 2.5.1198-03. Санитарные правила по организации пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте.
3. Справочник по теплоснабжению и вентиляции в гражданском строительстве. Киев: Госстройиздат УССР; 1959.
References
1. Eliseeva O.V. K obosnovaniyu PDK dioksidа ugleroda v vozdukhe. Gigiena i sanitariya. 1964; 8. (in Russian)
2. SP 2.5.1198-03. Sanitarnye pravila po organizatsii passazhirskikh perevozok na zheleznodorozhnom transporte. (in Russian)
3. Spravochnik po teplosnabzheniyu i ventilyatsii v grazhdanskom stroitel'stve. Kiev: Gosstroyizdat YSSR; 1959. (in Russian)
4. Chung-Yen Lua, Yee-Chung Maa, Jia-Min Lina, ChunYu Chuangc, Fung-Chang Sunga. Oxidative DNA damage estimated by urinary 8-hydroxydeoxyguanosine and indoor air pollution among nonsmoking office employees. Institute of Environmental Health, National Taiwan University College of Public Health; 2008.
5. Chaudhuri R.N., Sengupta D. Report of the research project on evaluation of environmental NO2, CO2, benzene and lead exposures of Kolkata population by biological monitoring techniques; 2004
6. Kajtar L. et al. Influence of carbon dioxide pollutant on human well being and work intensity. Healthy Buildings. Lisbon, Portugal; 2006.
7. Kim C.S., Lim Y.W., Yang J.Y, Hong C.S., Shin D.C. Effect of indoor СО2 concentrations on wheezing attacks in children. Indoor Air. Seoul, Korea; Proceedings: Indoor Air; 2002 (6) :492-7.
8. Lindell D.G.S., Prill R., Fisk W. J. Association between classroom СО2 concentration and student attendance in Washington and Idaho.; Proceedings: Indoor Air; 2004 (10) :265-7.
9.Pethencofer M. Handbuch der hygiene und der geverbekzanrhankyeiten. Leipzig; 1886.
10. Olli Seppаnen. Tuottava toimisto 2005 . Raportti b77. Loppuraportti, 2005.
11. Robertson D.S. Health effects of increase in concentration of carbon dioxide in the atmosphere. Curr. Sci. 2006; 90 (12).
12. Robertson D.S. The rise in the atmospheric concentration of carbon dioxide and the effects on human health. Med. Hypothes. 2001, 56: 513-8.
13. Schaefer K.E. Effect of increased ambient CO2 levels on human and animals. Experientia. 1982; 38.
14. Seppanen O.A., Fisk W.J., Mendell M.J. Association of ventilation rates and СО2 concentrations with health and other responses in commercial and institutional buildings. Indoor Air. 1999; 9: 226-52.
15. Van der Luijt A. Management СО2 levels cause office staff to switch off. Director of Finance online. 11.19.2007.
Поступила 23.02.14 Received 23.02.14
