CO2 - Dwutlenek węgla szkodzi zdrowiu

CO2 - Dwutlenek węgla w pomieszczeniach i atmosferze 

Ludzie podczas pogoni za obniżaniem energochłonności budynków, mającym wpłynąć na zmniejszenie emisji do atmosfery dwutlenku węgla, niestety często zapominają o konieczności zachowania właściwej jakości powietrza wewnątrz pomieszczeń. Nierozważne hermetyzowanie budynków, szczególnie starych, o wentylacji niedostosowanej do wprowadzanych zmian termomodernizacyjnych, jest przyczyną pogarszania się stanu higienicznego powietrza wewnętrznego w budynkach i mieszkaniach. Dnia 12 maja 2019 roku naukowcy w stacji pomiarowej Mauna Loa na Hawajach odnotowali rekordowy w historii ludzkości poziom stężenia CO2 w atmosferze – 415 ppm (1). Zdaniem klimatologów ostatni raz tyle dwutlenku węgla znajdowało się w ziemskiej atmosferze 3 miliony lat temu. Wówczas na Antarktydzie rosły drzewa, a poziom mórz i oceanów był o kilka metrów wyższy. A teraz po prostu coraz trudniej skutecznie wywietrzyć swoje mieszkanie czy biuro...

Niepokój, duszności, nadmierna potliwość, a w skrajnych przypadkach nawet obrzęk mózgu, to objawy, które nie muszą wynikać z poważnej choroby. Bardzo często przyczyna jest prozaiczna - dwutlenek węgla. Tlen jest niezbędny w życiu zwierząt i ludzi, jednak ten życiodajny pierwiastek nie bierze się znikąd, powstaje właśnie z dwutlenku węgla. Rośliny w wytwarzają tlen w procesie fotosyntezy, z pomocą światła słonecznego, a jego dostateczna ilośc w powietrzu jest do wysokości około 2 do 3 kilometrów nad poziom morza (16 procent tlenu na wysokościokoło 2 km, a potem coraz bardziej spada) . W obszarach miejskich, gdzie drzewa występują w małych ilościach, a samochody wydzielają ogromne ilości spalin, poziom tlenu może niebezpiecznie spadać, a poziom dwutlenku węgla rosnąć, co wpływa również na nasze pogarszające się samopoczucie.

W pomieszczeniu zamkniętym niewentylowanym lub wentylowanym niedostatecznie, w którym przebywają ludzie, wzrasta zawartość dwutlenku węgla. Należy pamiętać, że w takiej sytuacji zwiększają się również stężenia innych niepożądanych związków chemicznych, np. formaldehydu, a także akumuluje się wilgoć sprzyjająca rozwojowi zanieczyszczeń mikrobiologicznych. Ze względu na niekorzystny wpływ na zdrowie człowieka emitowanych i gromadzących się w budynkach związków chemicznych należy zadbać o czystość i właściwy, zbliżony do naturalnego, skład chemiczny powietrza. Nawet lekki wzrost poziomu dwutlenku węgla może powodować bóle głowy, przekrwienie spojówek i nadmierną potliwość czy uczucie niepokoju. W skrajnych przypadkach może dojść do zaburzenia postrzegania (omamy, halucynacje), tachykardii i obrzęku mózgu. Dlatego przede wszystkim należy zadbać o skuteczną i wydajną wentylację, szczególnie przy takich objawach (także u pacjentów z tzw. urojeniami etc). Częste wietrzenie pomieszczeń oraz wprowadzenie wymuszonego obiegu świeżego powietrza pozwala zredukować poziom dwutlenku węgla. Szpitale psychiatryczne także należy dokładnie wietrzyć zanim rozpozna się urojenia.


Dwutlenek (ditlenek) węgla towarzyszy człowiekowi od zawsze, gdyż jest jednym z gazów występujących w powietrzu, którym oddychamy. Jego obecność jest konieczna do zapewnienia fotosyntezy roślin, a bez dwutlenku (ditlenku) węgla na ziemi nie mogłoby istnieć życie w formie jaką znamy. Stężenie dwutlenku (ditlenku) węgla w powietrzu nie jest wartością stałą, chociaż było mniej więcej na stałym poziomie w okresie rozwoju człowieka rozumnego. W dalekij przeszłości występowały okresy o znacznie wyższym stężeniu niż obecnie, jak na przykład w okresie ordowiku w erze paleozoiku, kiedy Ziemia doświadczyła epoki lodowej z szacowanym ponad dziesięciokrotnie większym stężeniem niż dziś. Okresom wysokiego stężenia dwutlenku (ditlenku) węgla w atmosferze towarzyszył bujny rozkwit roślinności, gdyż intensywność fotosyntezy u roślin wzrasta wraz z ilością CO2 w atmosferze. To właśnie tym okresom zawdzięczamy dziś pokłady węgla kamiennego, ropy naftowej i innych nośników energii pochodzenia roślinnego.

Stężenie dwutlenku węgla w pomieszczeniu zamkniętym może być nawet kilkukrotnie wyższe niż w powietrzu zewnętrznym. W powietrzu zewnętrznym na na początek XXI wieku wynosi ono około 300–350 ppm (1), w miastach i na obszarach przemysłowych 400 ppm. Z kolei w powietrzu wydychanym przez człowieka CO2 występuje w stężeniu 4–5,2% objetości wydychanego składu powietrza. Szacuje się, że dorosły człowiek podczas nieaktywnego odpoczynku wydziela w ciągu minuty około 200 ml dwutlenku węgla na minutę, czyli 12 l na godzinę. Podczas dużego wysiłku fizycznego ilość wydzielanego CO2 może wzrosnąć nawet 4–6-krotnie. Pośredni wpływ na emitowaną ilość dwutlenku węgla ma temperatura, gdyż w miarę jej wzrostu wzmaga się częstotliwość oddechów.

Stężenie CO2 w atmosferze czy powietrzu zewnętrznym niestety nadal rośnie w rekordowym tempie. Dane z obserwatorium Mauna Loa na Hawajach przerażają. W 2012 roku stężenie dwutlenku węgla w atmosferze osiągnęło średni poziom 391 części na milion. Już wtedy był to poziom nienotowany w historii badań nad atmosferą. Dwutlenku węgla było o 40% więcej niż w okresie sprzed rewolucji przemysłowej. Przed rewolucją przemysłową, zawartość dwutlenku węgla w atmosferze nigdy nie przekroczyła 300 ppm w ciągu ostatnich 800 tysięcy lat. Warto zwrócić uwagę, że steżenie CO2 obecnie jest porównywalne do tego jakie miało miejsce na Ziemi 3 do 5 milionów lat temu. Było to wtedy, gdy świat był średnio o 2-3 stopnie Celsjusza cieplejszy niż obecnie, a poziom mórz i oceanów znajdował się 10 do 20 m wyżej niż teraz. W ostatniej dekadzie stężenie to rosło z prędkością ponad 2 części na milion rocznie, a obecnie w ostatnich 2 latach wzrost roczny osiąga nawet 3 ppm! Długo od 2012 roku nie musieliśmy czekać na pobicie nowego rekordu, bowiem po raz pierwszy w historii ludzkości stężenie CO2 w powietrzu przekroczyło 400 części na milion w maju 2013 roku. Została wtedy przekroczona psychologiczna granica. Dane klimatyczne wskazują, że takiego stężenia CO2 nie było na Ziemi od 3 milionów lat! Wzrost stężenia CO2 w ciągu 5 lat od 2013 do 2018 zawiera się w stężeniu od 395 do 410 ppm.

Szczególnie intensywny wzrost obserwowany jest od początku Rewolucji Przemysłowej, czyli od końca XVIII wieku i pierwszej połowy XIX wieku. Jeszcze większe przyspieszenie rozpoczęło się w połowie XX wieku, od okresu masowych prób nuklearnych, toteż wielu naukowców wiąże wzrost stężenia CO2 z emisjami tego gazu przez człowieka. Na 2018 rok średni poziom rocznego stężenia CO2 przekracza 407 ppm, a jeszcze w 2013 roku utrzymywał się na poziomie 396 ppm! Przy obecnych emisjach, stężenie CO2 w powietrzu przekroczy granicę 450 części na milion już w latach 30-tych XXI wieku. Taka koncentracja oznacza wzrost globalnych temperatur o 2 stopnie Celsjusza (a to jest więcej destrukcyjnych wichur, cyklonów i huraganów). Właśnie 2 stopnie to granica uznawana przez ekspertów za względnie bezpieczną. Większy wzrost temperatur może mieć poważne, trudne do przewidzenia skutki. Na przełomie lat 50-tych i 60-tych XX wieku w tym samym obserwatorium Mauna Loa na Hawajach notowano około 315-320 ppm dwutlenku węgla w powietrzu. Dokładnie, kiedy w 1958 roku Charles D. Keeling rozpoczął regularne pomiary jego koncentracji CO2 w obserwatorium na górze Mauna Loa na Hawajach, koncentracja dwutlenku węgla wynosiła około 315 ppm.

W ciągu setek tysięcy lat cykli epok lodowcowych koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze oscylowała w zakresie 180–300 ppm. W czasie epok lodowcowych było to zaledwie 185 ppm. Pomiary stężenia dwutlenku węgla w powietrzu od roku 1000 (uzyskane dzięki wykorzystaniu bąbelków powietrza zamkniętych w lodowcach) do chwili obecnej pokazuja, że do roku 1800 koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze utrzymywała się na praktycznie niezmienionym poziomie 280 ppm. Pomiędzy rokiem 1800 a 2000 wydarzyło się coś, co nie było procesem naturalnym, warunkującym klimat poprzedniego tysiąclecia. To coś nazywamy dzisiaj rewolucją przemysłową, a rok 1769, w którym James Watt opatentował maszynę parową wygląda na przełomowy. Owszem, pierwszy działający silnik parowy został wynaleziony w 1698 roku, jednak to znacznie wydajniejszy silnik Watta na dobre rozpoczął rewolucję przemysłową. Badania naukowe jasno pokazują, że koncentracje rzędu 400 ppm występowały ostatnio w pliocenie, czyli kilka milionów lat temu, a nawet aż kilkanaście milionów lat temu. Przyrody jest coraz mniej, lasy i puszcze są wycinane, coraz mniej jest wielkich starych drzew mających duże moce przerobowe spożywania CO2 i zamieniania go w tlen, maleje również ogólna ilość przyrody roślinnej (pustynnienie i stepowienie), cherlactwo lasów, co sprzyja niewydolności w metabolizowaniu CO2 przez samą przyrodę, niejako siłami naturalnymi.

Dwutlenek węgla może być również emitowany podczas innych procesów zachodzących wewnątrz pomieszczeń, m.in. podczas spalania paliw, np. gazu na potrzeby przygotowywania posiłków i ogrzewania pomieszczeń, lub palenia tytoniu. Dwutlenek węgla jest nieco cięższy od powietrza, nie ma zapachu ani smaku. Jest gazem bezbarwnym, niepalnym i niepodtrzymującym palenia, działa dusząco, ale w niskich stężeniach nie wykazuje właściwości toksycznych dla ludzi. Jednak w stężeniu wyższym niż 5000 ppm następuje jego wyraźne szkodliwe oddziaływanie na organizm. Jest to gaz agresywny chemicznie dla elementów konstrukcyjnych (większa awaryjność i korozja), a zwiększone stężenie dwutlenku węgla wpływa na wzrost stężenia innych niepożądanych związków (m.in. wilgotności, czy formaldehydu). Z uwagi na to przyjmuje się, że w pomieszczeniach stężenie dwutlenku węgla nie powinno być wyższe niż 0,5%.

Stężenie CO2 w atmosferze zależnie od pory roku i urbanizacji zawiera się w granicach 350-450 ppm (na obszarach mniej zurbanizowanych nawet poniżej 350 ppm), zaś w pomieszczeniach (wymagających wentylowania) jest z zwykle przedziału 500-2000 ppm. Ilość CO2 w pomieszczeniu uzależnione jest od ilości przebywających osób, ich aktywności, sposobu i intensywności prowadzenia wentylacji, realizowanych procesów spalania w układzie otwartym, itd. Najwyższe dopuszczalne stężenie NDS = 9000 mg/m3 (ok. 5000 ppm, czyli 0,5 %). Z kolei stężenie 10% uważane jest za śmiertelne. Wzrost stężenia CO2 (przyjmuje się że powyżej 1500 ppm) powoduje zauważalny dyskomfort przebywających w pomieszczeniu osób. Objawia się on m.in. przygnębieniem i spadkiem wydajności pracy.

Stężenie CO2 w pomieszczeniach, w których przebywają ludzie zmienia się dynamicznie, szczególnie zaobserwować to można „po wejściu do lokalu” – następuje wtedy systematyczny wzrost zawartości dwutlenku węgla. I tak poziom CO2 po intensywnym wietrzeniu pomieszczenia, w którym przebywają ludzie bardzo szybko rośnie, np. wzrost o 300 ppm zachodzi w ciągu 30 min, zaś nawet po krótkiej, ale intensywnej aktywności fizycznej następuje istotne zwiększenie poziomu CO2 (od 300 do 500 ppm). Zamykanie szczelne pomieszczeń podczas przebywania w nim osób w powoduje zdecydowane zwiększenie ilości CO2. Podniesiona temperatura wewnątrz pomieszczeń np. do ok. 27°C przyczynia się do dodatkowego zwiększenia ilości dwutlenku węgla o 200-300 ppm. Wydłużenie okresu między wietrzeniami powoduje dalszy wzrost ilości CO2.

Obniżanie poziomu CO2 następować może na drodze odprowadzenia zużytego powietrza przez kanały wentylacji grawitacyjnej (przy braku obecności osób) w ciągu godziny od 100 do 250 ppm przy zamkniętym oknie (przy początkowej wysokiej wartości CO2 – około 2000 ppm). Przy niższym poziomie CO2 szybkość samoistnego obniżania zawartości dwutlenku węgla ulega obniżeniu, spadek o 250 ppm (od wartości 1500 ppm trwa 3 godziny). Obniżanie się zawartości CO2 ma charakter liniowy (dla określonych zakresów stężeń). Rzeczywista szybkość obniżenia dwutlenku węgla uzależniona jest od: kubatury i kształtu pomieszczenia, stopnia szczelności okien, sposobów funkcjonowania kanałów wentylacji grawitacyjnej, a przede wszystkim od warunków zewnętrznych (głównie temperatury). Wyjście domowników na spacer powoduje zatem także polepszenie jakości powietrza w zajmowanym przez nich mieszkaniu.

Brak intensywnego ruchu w mieszkaniu (mniejsze wydzielenie CO2) – nawet przy rozszczelnieniu okna – może powodować obniżenie poziomu CO2. Obniżenie stężenia CO2 o 200-300 ppm jest możliwe nawet przy krótkim i nieintensywnym wietrzeniu (uchylone okno przez 10 minut). Poziom CO2 ulegnie jednak zdecydowanemu obniżeniu podczas intensywnego wietrzenia. Pozwala ono obniżyć poziom CO2 do poziomu nawet 500 ppm, odpowiadającemu stężeniu CO2 dla obszarów miejskich. Wychłodzenie pomieszczeń podczas wietrzenia (nawet dłuższego) jest minimalne, np. dla temperatury na zewnątrz 8°C po 20 minutach intensywnego wietrzenia pomieszczenia następuje obniżenie temperatury maksymalnie o 1,5 K. Powrót jednak do stężenia CO2 na poziomie 1000 ppm może nastąpić w ciągu 1 godziny normalnego użytkowania pomieszczeń mieszkalnych. Okno uchylone w ciągu dłuższego czasu może także obniżyć poziom CO2 do około 500 ppm. Okno może być uchylone także w innym pomieszczeniu, trzeba tylko otworzyć drzwi sąsiednich pomieszczeń.

Podczas nocy w pomieszczeniach sypialnych następuje zdecydowany wzrost stężenia CO2. Dla lokali o powierzchni ponad 20 m2 na osobę, stężenie dwutlenku węgla wzrasta do 1700-2000 ppm (mieszkanie niewietrzone w nocy przez 6-7 godzin). Przy czym nie ma większego znaczenia z jakiego poziomu następuje wzrost stężenia CO2 (od 800, czy 1200 ppm) i czy pomieszczenia w mieszkaniu są otwarte, czy są przewiewy przez nieszczelności. W przypadku ograniczenia wielkości dostępnej powierzchni do 10-15 m2 na osobę (brak wietrzenia w nocy przez 6-7 godzin) wartość stężenia CO2 może przekraczać 4000 ppm i w skrajnych przypadkach dochodzić do 5000 ppm, czyli poziomu uznanego za toksyczny dla człowieka. Ludzie niestety nader często podtruwają się i zatruwają brakiem odpowiednio wydajnej cyrkulacji powietrza w czasie snu, co jest przyczyną migren, bólów głowy, a także nasilenia astmy alergii oraz bezsenności i podobnych problemów ze zdrowiem.

Wzrost stężenia CO2 nie następuje równomiernie, jest dynamiczny. Uzależniony jest o liczby osób w pomieszczeniu, „stężenia tła”, kubatury pomieszczenia, sposobu wentylacji i „godziny”. Można wyróżnić okresy intensywnego wzrostu, stabilizacji, oraz okresy wzrostu umiarkowanego. Intensywne wzrosty obserwuje się w pierwszych kilkudziesięciu minutach od pójścia na spoczynek, potem są okresy stabilizacji poziomu dwutlenku węgla i umiarkowanego wzrostu. Po opuszczeniu sypialni następuje intensywny spadek poziomu dwutlenku węgla. Na stężenie dwutlenku węgla może mieć wpływ także obecność roślin w pomieszczeniu. Większość z nich w okresie nocy pobiera potrzebny tlen, wydzielając CO2, a za dnia konsumuje CO2 produkując tlen w procesie fotosyntezy. Występują jednak rośliny, które cykl mają odwrotny – w nocy pobierają CO2 i należą do nich m.in.: storczyk, skrzydłokwiat, aloes, wężownica, kaktus wielkanocny, drzewko szczęścia, gerbera.

Gotowanie posiłków na kuchence gazowej przyczynia się do wzrostu stężenia CO2. Da się zaobserwować gwałtowny wzrost ilości CO2 o 1000 ppm podczas 50-minutowego gotowania jednopalnikowego. Tak wysokie wzrosty przekreślają sensowność wykorzystania kuchni gazowej w mieszkaniach o niewielkich metrażach i wątpliwej wentylacji. Należy zatem używać kuchenki gazowej jedynie wtedy, gdy okno może być otwarte albo zapewniona jest odpowiednia wentylacja. Szczególnie newralgiczne są dla wzrostu CO2 okresy „po nocy” i przed „pójściem spać”, kiedy to przy nieskutecznej wentylacji stężenie CO2 może zbliżać się do wartości NDS. Oprócz procesów życiowych na zdecydowany wzrost stężenia CO2 przyczynia się gotowanie posiłków na palniku gazowym. Z tego też względu należy się zastanowić nad sensem montażu kuchni gazowej w małych lokalach do około 30-40 m2. Intensywne wietrzenie, jednak zbyt krótkie przyczynia się do szybkiego obniżenia poziomu CO2, ale jednocześnie jest to często „spadek pozorny” i już po kilku minutach od zamknięcia okna następuje podniesienie poziomu CO2.

Eksperci z Instytutu Medycyny Pracy w Łodzi zajęli się kwestią jakości powietrza, którym oddychają uczniowie w szkolnych budynkach. - W dwunastu szkołach w Łodzi stężenia dwutlenku węgla szybowały nawet powyżej 4,0 tysiące ppm, a przeciętnie było to 2,5 tysiąca. To jest poziom, przy którym dzieci nie są w stanie pracować, orzekli eksperci w roku 2018. Szkoła zapomniała o wietrzeniu sal lekcyjnych i dbaniu o świeże powietrze w szkole tak, aby dzieci mogły się uczyć i pracować w szkole. Stężenia substancji chemicznych w powietrzu w budynkach potrafią być wielokrotnie wyższe, niż na zewnątrz, gdyż we wnętrzach pojawiają się dodatkowe źródła zanieczyszczeń. W ostatnich latach bardzo dużo mówi się o jakości powietrze zewnętrznego, natomiast temat jakości powietrza wewnętrznego jest całkowicie pomijany w mediach i w regulacjach prawnych. Tymczasem od lat obserwuje się rosnącą tendencję do przebywania dzieci w pomieszczeniach zamkniętych. "Jeszcze dwie-trzy dekady temu dzieci większość czasu spędzały na powietrzu, natomiast w tej chwili prawie cały dzień spędzają w pomieszczeniach: szkoła, po szkole w domu, przy komputerze, odrabiając bardzo dużo lekcji. I ta jakość powietrza wewnątrz jest naprawdę ważna" - oceniają eksperci z Instytutu Pracy w Łodzi. Przekroczenie pewnego poziomu stężenia CO2 uniemożliwia prawidłową pracę dzieci: powoduje dekoncentrację, zmęczenie, senność, bóle głowy. "Trudno mówić o efektywnej nauce, kiedy w powietrzu mamy wysokie stężenie dwutlenku węgla" - dodają eksperci Instytutu Pracy.

Ludzie wydychają dwutlenek węgla i jeśli pomieszczenie jest małe i słabo wentylowane, a osób wiele, stężenie CO2 w powietrzu znacząco rośnie. Kiedy wdychamy takie powietrze, zawarty w nim dwutlenek węgla rozpuszcza się we krwi i reagując z wodą tworzy kwas węglowy [H2CO2]. Ten zaś rozkłada się na jony wodorowy [H+] i wodorowęglanowy [HCO3-]. Wzrost ilości jonów wodorowych prowadzi z kolei do zakwaszania się krwi i zaburzenia równowagi elektrolitów, a w rezultacie do pogorszenia naszego samopoczucia i spadku wydajności intelektualnej. Stajemy się zmęczeni, otępiali i mniej skłonni do wysiłku intelektualnego i fizycznego (osowiali, nieruchawi, apatyczni, acedyczni, depersyjni). Narzekania na jakość powietrza z reguły pojawiają się w sytuacji w której stężenie CO2 przekracza 600-800 ppm, a nasilają powyżej 1000 ppm. Badania pokazują, że o ile przy podwyższonym stężeniu dwutlenku węgla możemy skutecznie wykonywać proste czynności, o tyle nasza zdolność rozwiązywania złożonych problemów, myślenia strategicznego i inicjatywy szybko spadają (ogłupienie i niewydolność wzrasta). Nie ma niestety danych o wentylacji pomieszczeń pracy ważnych urzędów państwowych, w tym Sejmu i Senatu.

W 2013 roku badacze z Uniwersytetu Berkeley (Fisk i in., 2013, opis eksperymentu) przeprowadzili eksperyment, którego uczestnicy brali udział w teście decyzyjnym – komputerowej grze symulującej zarządzanie organizacją przechodzącą serię problemów i kryzysów. Test składał się z trzech części, trwających po 2,5 godziny, przeprowadzanych w losowej kolejności w identycznych warunkach – poza stężeniem CO2, które w różnych częściach było ustawiane na 600 ppm, 1000 ppm i 2500 ppm. Okazało się, że już przy oddychaniu powietrzem o stężeniu CO2 równym 1000 ppm obserwuje się mierzalny spadek zdolności intelektualnych. Przy stężeniu CO2 na poziomie 2500 ppm inicjatywa i myślenie strategiczne uczestników obniżały się do poziomu dysfunkcjonalnego. Podobnie spadały też zdolności wykorzystywania dostępnych informacji i szerokość spojrzenia na problem.

Należy zatem wietrzyć dobrze biura dysfukyjnych urzędników oraz dycydentów, także inżynierów i dyrektorów w prywatnych firmach i koncernach. W zasadzie to nic dziwnego, że powyżej stężenia 600-800 ppm obserwujemy spadek naszych zdolności intelektualnych. Wyewoluowaliśmy w klimacie, w którym stężenie CO2 w atmosferze od czasów Australopiteków wahało się w przedziale 180-300 ppm. Znane nam gatunki ssaków, ptaków, a także my sami – Homo Sapiens – nigdy nie mieliśmy do czynienia z tak wysokimi stężeniami CO2, co jest jedną z przyczyn wymierania ssaków i ptaków nasilającą od poczatku tak zwanej rewolucji przemysłowej. Spadek inteligencji całej populacji o kilka czy kilkanaście procent i utrata większości geniuszu tych najbardziej inteligentnych może kosztować całą ludzkość zbiorową utratą rozumu i cofnięciem się nauki do stanu z bardziej dawnych czasów...

W wyniku oddziaływania dwutlenku węgla na organizm zwiększa się szybkość oddychania, tzw. efekt hiperwentylacji. Na podstawie wielu badań naukowych przyjmuje się następujący wpływ stężenia CO2 na organizm ludzki:

+ Do 0,06 % / 600 ppm - Akceptowalne warunki świeżości powietrza w pomieszczeniach.
+ Do 0,1 % / 1000 ppm - Górny próg w pomieszczeniach stałego przebywania ludzi według WHO
- 0,15% - 1500 ppm – powietrze odczuwane jest jako nieświeże i duszne;
- 0,2% - 2000 ppm – u osób osłabionych, z chorobami układu oddechowego pojawia się kasłanie, a niekiedy występują zasłabnięcia lub omdlenia;
- 1% - 10 tysięcy ppm – wzrasta częstotliwość oddechów;
- 1,5% – wdychanie powietrza przez dłuższy czas powoduje łagodny stres metaboliczny, objawiający się przyspieszeniem oddechu i zaburzeniami równowagi kwasowo-zasadowej krwi. Jest to maksymalne tolerowane stężenie w specyficznych warunkach pracy, takich jak np. praca na okrętach podwodnych i statkach kosmicznych. W tym wypadku zalecane jest wykonywanie prac pod stałym nadzorem medycznym;
- 2% – wzrasta jeszcze bardziej częstotliwość oddechów, a zbyt długa ekspozycja powoduje występowanie m.in. bólów głowy. Długie przebywanie powoduje uczucie zatrucia. Przebywanie w atmosferze zawierającej 2% CO2 jest krótkotrwale tolerowane przez organizm;
- 2,5% – występują stany zamroczenia u nurków;
- 3–4% – zwiększają się trudności w oddychaniu, występują efekty podobne do działania narkotyków, np. osłabienie słuchu, bóle głowy, wzrost ciśnienia tętniczego krwi i przyspieszenie akcji serca;
- 5% - 50 tysięcy ppm – występują objawy takie, jak: brak swobody w oddychaniu, dzwonienie w uszach, zaburzenia widzenia, a dwutlenek węgla przybiera ostry zapach podobny do woni wody sodowej;
- 7–10% – zaburzenia widzenia, halucynacje, w ciągu kilku minut następuje utrata przytomności;
- Ponad 10% - 100 tysięcy ppm – szybka utrata przytomności, stężenie to jest uważane za śmiertelne.

Aby zapewnić utrzymanie w pomieszczeniu stężenia CO2 na poziomie 0,5%, niezbędne jest doprowadzenie wymaganych ilości strumienia powietrza zewnętrznego. Po prostu należy pomieszczenia dobrze wietrzyć.

Zaleca się, by w pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt ludzi, także w budynkach użyteczności publicznej, strumień powietrza był nie mniejszy niż 20 m3/h w przypadku osoby dorosłej, 15 m3/h dla dziecka i 30 m3/h dla osoby palącej papierosy. W pomieszczeniach wentylowanych mechanicznie, w których nie otwiera się okien, strumień powietrza wentylacyjnego powinien być zwiększony do 30 m3/h dla każdej osoby, a do 50 m3/h w przypadku, gdy w pomieszczeniu dozwolone jest palenie tytoniu.

W budynkach mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego strumień objętości powietrza powinien wynosić:

+ w kuchni z oknem zewnętrznym: wyposażonej w kuchnię elektryczną w mieszkaniu 3-osobowym – 30 m3/h, w mieszkaniu o liczbie mieszkańców większej niż troje – 50 m3/h, a w kuchni wyposażonej w kuchnię gazową lub węglową – 70 m3/h;
+ w kuchni bez okna zewnętrznego wyposażonej w kuchnię elektryczną: 50 m3/h, a w kuchnię gazową (z wentylacją mechaniczną) – 70 m3/h;
+ w pomieszczeniach kuchni w trakcie ich użytkowania zaleca się okresowe zwiększanie strumienia powietrza do 120 m3/h;
+ w łazience z WC lub bez niego – 50 m3/h, a w oddzielnym WC – 30 m3/h;
+ w pokojach mieszkalnych – 20 m3/h na osobę, jednak krotność wymiany powietrza w pomieszczeniu nie powinna być mniejsza niż 1/h, a w pokojach z nieotwieranymi oknami wyposażonymi w instalację wentylacji mechanicznej – 30 m3/h;
+ w pokoju mieszkalnym oddzielonym od pomieszczeń kuchni, łazienki i toalety więcej niż dwojgiem drzwi lub + w pokoju znajdującym się na wyższym poziomie w wielopoziomowym domu jednorodzinnym lub mieszkaniu w budynku wielorodzinnym – 30 m3/h;
+ w pomieszczeniach pomocniczych bez okien – 15 m3/h.

Jeśli w pomieszczeniach (fabryki, zakłady produkcyjne) zachodzą procesy technologiczne będące przyczyną pogarszania się jakości powietrza, należy niezbędną ilość dostarczanego strumienia rozpatrzyć indywidualnie dla każdego z tych pomieszczeń.

W polskich aktach prawnych niestety nie określa się dopuszczalnych stężeń dwutlenku węgla w powietrzu atmosferycznym i w pomieszczeniach przeznaczonych do stałego przebywania ludzi, tj. mieszkania i budynki użyteczności publicznej (budynki mieszkalne często mają fatalną wentylację, nawet jak są apartamentami). Z tego względu w celu ustalenia dopuszczalnych stężeń dla tych obiektów korzysta się najczęściej z norm i zaleceń innych krajów europejskich oraz Stanów Zjednoczonych (ASHRAE) i Światowej Organizacji Zdrowia.

Istnieje jednak rozporządzenie dotyczące dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych w środowisku pracy, które określa następujące pojęcia:

+ najwyższe dopuszczalne stężenie NDS – wartość średnia ważona stężenia, którego oddziaływanie na pracownika w ciągu 8-godzinnego dobowego i przeciętnego tygodniowego wymiaru czasu pracy przez okres jego aktywności zawodowej nie powinno spowodować ujemnych zmian w jego stanie zdrowia i 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.

Zgodnie z tym rozporządzeniem NDS ditlenku węgla CO2 wynosi 9000 mg/m3, a NDSCh – 27 000 mg/m3 (jednak parametry te nie dotyczą środowiska pracy w podziemnych wyrobiskach zakładów górniczych).

Na ogół jednak w wentylacji pomieszczeń, w których przebywają ludzie, dla zachowania prawidłowych warunków środowiskowych stosuje się wymaganie tzw. spełnienia minimum higienicznego, określające górną granicę stężenia dwutlenku węgla na poziomie 1000 ppm (0,1%). Stężenie to określane jest również mianem liczby Pettenkoffera. Aby utrzymać stężenie CO2 na poziomie niższym, niezbędne jest doprowadzanie odpowiedniej ilości świeżego powietrza w miejsce powietrza zużytego. Uproszczony sposób doboru wydajności wentylacji opiera się na założeniu, że zapotrzebowanie na świeże powietrze dla osoby dorosłej wynosi około 32 m3/h, a dla dziecka – 15 m3/h. Według ASHRAE ilość powietrza niezbędna do utrzymania nieprzekraczalnej wartości 1000 ppm CO2 w pomieszczeniu, w którym przebywają osoby niepalące, wynosi 25 m3/h na osobę.

Ilość świeżego powietrza doprowadzanego do pomieszczenia może być regulowana płynnie, w zależności od zużycia powietrza w pomieszczeniu. Rozwiązania z płynną regulacją wydajności wentylacji w zależności od stężenia dwutlenku węgla w pomieszczeniach mają zastosowanie wszędzie tam, gdzie zanieczyszczeniem dominującym i najbardziej niepożądanym jest CO2 czyli dwutlenek węgla. Są to instalacje wentylacyjne takich obiektów, jak np.: kościoły, sale konferencyjne i wykładowe, kina i teatry, restauracje, sklepy, sale zabaw i gimnastyczne oraz schrony. W schronach stężenie tlenu nie powinno być niższe niż 19%, maksymalne stężenie dwutlenku węgla może wynieść 2%. Jednak ze względów bezpieczeństwa osób przebywających przez dłuższy czas w tego rodzaju obiektach należy zapewnić równowagę składu chemicznego powietrza wewnętrznego odpowiadającą powietrzu atmosferycznemu, najlepiej na poziomie morza (im większa wysokość jak wiadomo maleje stężenie tlenu). Prostszym, ale bardziej energochłonnym rozwiązaniem mającym na celu utrzymanie właściwej jakości powietrza w pomieszczeniu jest utrzymywanie stałej, wymaganej krotności wymian powietrza. Jest ona zazwyczaj określona w odpowiednich przepisach prawnych, normach i zaleceniach branżowych.

Zawsze konieczna staje się wiec wentylacja pomieszczeń, w których przebywają ludzie. Najprostszym, najstarszym i najpopularniejszym sposobem wentylowania pomieszczeń jest wentylacja grawitacyjna. Polega ona na stosowaniu w budynkach odpowiedniej wielkości pionowych kanałów wentylacyjnych wyprowadzających ciepłe powietrze z górnych części pomieszczenia poza budynek kominem wentylacyjnym na dachu. Świeże, zimne powietrze dostaje się do wnętrza budynku przez odpowiednio wykonane otwory (kratki nawiewowe) lub przez liczne nieszczelności budynku. Ten sposób daje zwykle małe możliwości kontroli intensywności wentylacji,a le w starym dobrym budownictwie bywał doprowadzony do skutecznej perfekcji. Skuteczność wentylacji grawitacyjnej we współczesnym budownictwie wielkopłytowym jest zazwyczaj niewystarczająca latem ze względu na brak odpowiedniego gradientu temperatur koniecznego do wymuszenia przepływu gorącego powietrza z wnętrza budynku na zewnątrz i błędy w założeniech konstrukcyjnych budynków. Zimą różnica temperatur w ogrzewanych pomieszczeniach w stosunku do temperatury panującej na zewnątrz jest na tyle duża, że intensywność wentylacji może stać się zbyt wysoka, co wiąże się ze sporą utratą energii, która ucieka wraz z ciepłym, z trudem ogrzanym powietrzem przez komin na zewnątrz budynku. Dodatkowo skuteczność wentylacji grawitacyjnej uległa znacznemu ograniczeniu wraz z powszechnym od wielu lat stosowaniem szczelnej stolarki okiennej i drzwiowej, która zasadniczo utrudnia dopływ świeżego powietrza do wnętrza budynku. Wentylacja grawitacyjna musi być dobrze wyliczona dla danego typu lokalu i niejako wbudowana jako wzorzec stawiania budynku mieszkalnego lub gospodarczego, co wymaga dobrego doświadczenia architektów i budowlańców. Także otoczenie budynku musi zawierać odpowiednią ilość drzew i innej roślinności, która zapewni stosowny dopływ świeżego powietrza pozbawionego nadmiaru dwutlenku węgla oraz zanieczyszczeń przemysłowych. Jest to zwykle od 8 do 20 dorosłych drzew (zależnie od gatunku) na jednego mieszkańca budynku.

Zmniejszenie zatruwania powietrza atmosferycznego dwutlenkiem węgla i innymi zanieczyszczeniami to zapewne tylko jedno z wyzwań technologicznych jakie stoją przed współczesną ludzkością.

Przypisy 

(1) ppm (parts per milion) – części na milion, czyli liczba części wagowych składnika przypadająca na milion części wagowych roztworu.