Есть прописные истины, знакомые любому человеку практически с рождения. Зимой холодно, а летом тепло. При дыхании потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Когда в помещении скапливается много углекислого газа, то становится душно, а чтобы в помещении стало находиться комфортнее — его нужно проветрить. Но при этом большинство людей склонно недооценивать влияние повышенной концентрации CO2 на здоровье и качество жизни. Об этом я и хочу поговорить в данной статье, а также показать, как влияет кондиционер на процесс очистки воздуха. И заодно представить обзор детектора уровня CO2, который помогает держать качество воздуха в помещении под контролем.
Содержание
• 1 Что нужно знать о CO2
• 2 Техническая информация
• 3 Внешний вид и принцип действия
• 4 Измерения
• 5 Домашняя автоматизация
• 6 Выводы
1. Что нужно знать о CO2
CO2 или углекислый газ — неотъемлемая часть любой воздушной смеси, содержание которого измеряется в миллионных долях (ppm — parts per million). Условно нормальный уровень CO2 в свежем уличном воздухе принято считать за 400ppm. Эта цифра непостоянна и зависит от конкретной локации — так, в экологически чистом районе с отсутствием промышленности и малой плотностью заселенности содержание углекислого газа в атмосфере может быть ниже среднего значения, а в густонаселенном мегаполисе, да еще с промышленными предприятиями практически наверняка будет выше среднего.
Воздух в помещении считается качественным, если содержание CO2 в нем колеблется в пределах 800ppm. При достижении концентрации углекислого газа 1000ppm у многих людей уже появляется ощущение духоты и вялости, а 1400ppm — предел нормы по рекомендациям Сан-Пина.
Опасным уровнем является 30000ppm — при достижении такой концентрации CO2 у человека учащается пульс, возникает ощущение тошноты и прочие симптомы кислородного голодания. Хорошая новость заключается в том, что «надышать» такую концентрацию углекислого газа практически невозможно в офисных и жилых помещениях даже очень низкого качества. Тем не менее, даже небольшие превышения допустимой концентрации CO2 способны существенно влиять на качество жизни. Уже при 1000ppm снижается концентрация внимания, появляется ощущение вялости, мозг начинает хуже обрабатывать информацию. При концентрации CO2 выше 1400ppm в офисе становится трудно концентрироваться на работе, а дома появятся проблемы со сном. Содержание СО2 зависит, в большей степени, от количества людей, находящихся в закрытом помещении.
«Управлять можно только тем, что можно измерить», писал основоположник современной теории управления Питер Друкер. И первый шаг к управлению микроклиматом помещения заключается в начале отслеживания его объективных показателей.
В этом-то нам и поможет детектор углекислого газа от компании Даджет.
2. Техническая информация
Название модели: Детектор СО2 (Mini Monitor СО2)
Диапазон измерения температуры: 0 — 50
Точность измерений: ±10% ppm, ±1,5°C
Вывод информации: ЖК-дисплей, светодиодные индикаторы
Потребление тока: до 200мА
Дополнительные функции: звуковой сигнал превышения концентрации CO2
3. Внешний вид и принцип действия
Детектор CO2 поставляется в картонной коробке, содержащей сведения о производителе и краткую памятку по влиянию повышенных концентраций углекислого газа на самочувствие человека.
Внутри находится сам прибор, инструкция на русском языке и USB-кабель. У детектора нет встроенного аккумулятора, поэтому работать он может только от внешнего источника питания: USB-порта компьютера или обычного зарядного устройства для смартфона.
Само устройство крупным планом. На передней панели находится экран и три индикационных светодиода, отображающих усреднённо результаты измерений: при концентрации CO2 ниже 800ppm светится зеленый светодиод, при 800-1200ppm — желтый, выше 1200ppm — красный. Значения интервалов действия индикаторов можно изменить в настройках.
Вообще, светодиодная индикация оказалась очень информативной вещью. Не нужно подходить к прибору и всматриваться в текущие значения показателей. Издалека видно, что если индикатор переключился с зеленого на желтый, то помещение можно уже и проветрить, а если он покраснел — проветривание желательно начать уже прямо сейчас.
На правом боку находится microUSB-порт и отверстие, через которое происходит забор воздуха для анализа.
Сзади отверстия для вентиляции, наклейка с технической информацией и две кнопки, которыми осуществляется настройка.
Сердцем устройства является датчик углекислого газа ZGm053UK, работающий по технологии NDIR (non-dispersive infrared radiation, недисперсионное инфракрасное излучение): в световодную трубку заходит поток воздуха и попадает под излучение инфракрасной лампы, а на другом конце трубки стоит инфракрасный детектор с соответствующим фильтром. Чем больше в воздушной смеси содержится CO2 — тем сильнее ослабевает инфракрасное свечение, что и позволяет датчику определить текущую концентрацию CO2.
Себестоимость NDIR-сенсоров выше, чем у аналогов с другим принципом работы (электрохимическим или электроакустическим), но при этом они имеют длительный срок службы и обеспечивают более точные результаты.
4. Измерения
Теперь испытаем детектор в работе. Место проведения измерений — Челябинск, двухкомнатная квартира в относительно тихом районе, окна выходят во двор.
Опыт №1. Знакомство с прибором
Первым делом я измерил концентрацию углекислого газа на улице, разместив детектор у открытого окна на 4 этаже.
Измерения показали 440ppm. Нормальный уровень содержания CO2 в атмосфере, напоминаю, составляет 400ppm. Ну что же, с поправкой на безветренную погоду и проживание в промышленном мегаполисе с традиционно проблемной экологией, 440ppm можно считать нормальным результатом.
Теперь измерим уровень CO2 в самой квартире, предварительно хорошо ее проветрив все комнаты.
Получилось 550ppm. Это отличный результат, воздух почти как на улице.
Но, забегая наперед, скажу: поддерживать такое качество воздуха на постоянной основе в квартире, не оснащенной продвинутыми системами вентиляции, практически невозможно.
Опыт №2. Длительные измерения
По ходу обзора я еще не упоминал, что детектор не только отображает моментальные значения концентрации CO2, но и способен работать в связке с компьютером.
Если установить специальную программу, то устройство будет фиксировать уровень концентрации CO2 и температуры в помещении с привязкой ко времени и строить график на основании этих показателей.
Дальнейшие измерения будем проводить при помощи этой программы.
Ночь с закрытыми окном и дверью. К утру концентрация CO2 в комнате подскакивает практически до 2000ppm.
Открываем створку окна на проветривание и смотрим на график. Примерно за 40 минут концентрация углекислого газа снижается с 2000ppm до здорового уровня 700ppm.
Вечер. Затихает естественный шум и становятся особенно слышны голоса отдыхающих во дворе компаний. Они мешают, поэтому закрываю окно.
За час концентрация CO2 повышается почти что вдвое, с 700ppm до 1300ppm.
Опыт №3. Суточный мониторинг
Теперь посмотрим, как меняется концентрация CO2 в помещении в течение одного полного дня.
Исходные данные: все та же двухкомнатная квартира, в которой одновременно находятся от одного до трех человек. Окно на кухне практически всегда открыто, окна и балконная дверь в комнатах открываются и закрываются в течение дня, межкомнатные двери закрываются на ночь.
Хорошо проветриваю комнату перед сном, закрываю окно и ложусь спать.
К полуночи концентрация CO2 уже превышена, но до пяти часов утра сохраняется на уровне, который с натяжкой можно назвать удовлетворительным. На временном промежутке с пяти до девяти утра концентрация CO2 повышается до 2000ppm. Кстати, это вполне коррелирует с личными ощущениями при сне с закрытым окном. Где-то в 5 утра я просыпаюсь в достаточно бодром состоянии, но поскольку еще слишком рано — остаюсь в кровати досыпать до звонка будильника. По звонку будильника в 7 утра просыпаюсь с тяжелой головой и в подавленном настроении, как будто и не спал всю ночь — к этому времени организм уже успевает надышаться «плохим» воздухом, что сказывается на самочувствии.
С 9 до 10 часов — проветривание. Открыты окна во всех комнатах, концентрация CO2 спадает с 2000ppm до 600ppm.
С 10 до 15 часов — окна в комнатах закрыты, на кухне открыта форточка. В квартире 1 человек. Концентрация CO2 в норме.
С 15 до 18 часов — открыты форточки во всех комнатах. В квартире 2 человека. Концентрация CO2 всё еще в норме.
С 18 до 21 часа — открыты форточки во всех комнатах. В квартире 3 человека. Концентрация CO2 начинает нарастать, форточки уже не спасают.
С 21 до 22-30 часов — проветривание с открытыми окнами. В квартире 3 человека. Концентрация CO2 приходит в норму, но начинает повышаться сразу же, стоит закрыть окна и оставить одни форточки для проветривания.
А теперь рассмотрим другой день с другим распорядком.
Ночью в комнате открыта форточка, концентрация CO2 немного превышена, но все же не растет до совсем диких величин.
С 8 до 14 часов — в квартире никого нет, межкомнатные двери открыты, во всех комнатах открыты окна. Концентрация CO2 спадает до уровня уличного воздуха.
С 14 до 18 часов — в квартире 2 человека, межкомнатные двери открыты, во всех комнатах открыты форточки. Концентрация CO2 уже не как на улице, но в пределах нормы.
С 18 часов и до утра — в квартире 3 человека, межкомнатные двери закрыты, форточки открыты. Концентрация CO2 немного превышена, но стабильна.
Вывод: если жить одному в двухкомнатной квартире, то о качестве воздуха можно практически не беспокоиться. Достаточно лишь иногда проветривать помещение. А вот при двух-трех обитателях на том же количестве квадратных метров для поддержания концентрации углекислого газа в нормальных пределах придется осуществлять проветривание практически круглосуточно.
Опыт №4. CO2 и кондиционер
Теперь посмотрим, что происходит в комнате при использовании кондиционера.
Исходные данные: проветренное помещение, но на улице жарко, а соответственно и в помещении тоже.
Закрываю окна чтобы воздух не уходил, включаю кондиционер.
В результате, за час работы кондиционера температура в комнате упала на несколько градусов, а концентрация CO2 возросла.
Подвох в том, что если не выходить из помещения на свежий воздух, то субъективно воздух в нем воспринимается как свежий и качественный просто за счет своей прохлады. И только цифры на приборе показывают реальную картину.
Кондиционирование не заменяет проветривания, поэтому сидя целый день в уютной и прохладной комнате можно незаметно для себя «надышать» концентрацию CO2 в 2000ppm, а то и больше. Особенно это актуально для офисов, где в одном небольшом помещении находятся сразу несколько человек. Широко распространено заблуждение, что раз для кондиционера монтируется отдельный воздуховод прямо на улицу, то кондиционер забирает уличный воздух, охлаждает его внутри себя и выпускает в помещение. На самом же деле воздуховод служит для выброса горячего воздуха из помещения на улицу, то есть работает как вытяжка. Причём такие кондиционеры встречаются далеко не везде. Обычная сплит система «гоняет» воздух в помещении по кругу, а по трубкам поступает охлаждённых хладагент.
Пользуясь кондиционером следует помнить о необходимости насыщать помещение свежим воздухом.
5. Домашняя автоматизация
В завершение обзора хочу отметить, что сфера применения детектора CO2 не ограничивается одним лишь проведением измерений и построением графиком на компьютере.
Это устройство можно использовать в проектах домашней автоматизации, причём сделать это можно двумя различными способами.
Первый способ — подключение силового реле к одному из индикационных светодиодов.
Принцип действия очевиден: при повышении концентрации CO2 в воздухе зеленый индикатор сменяется на желтый, при этом автоматически замыкается электронный ключ в реле, что в свою очередь включает подключенное к реле устройство (например, вентилятор приточной системы).
Второй способ — программный.
Поскольку детектор поддерживает передачу данных с датчика на компьютер по USB-протоколу, его можно внедрить в любую самодельную систему «умного дома», считывая показатели с датчика на головное устройство. А уже с головного устройства, на основании получаемых показателей, управлять другой подключенной к системе электроникой.
6. Выводы
Было интересно увидеть реальное состояние воздуха в своей квартире. С использованием детектора CO2 стало наглядно видно, что имеющаяся пассивная вентиляция малоэффективна, и если в теплое время еще можно держать окна открытыми практически круглосуточно (хотя и летом это не всегда удобно из-за уличного шума), то зимой это неосуществимо по причине быстрого остывания помещений. Появился повод задуматься о модернизации домашней вентиляции, да и о поддержании здорового микроклимата в помещении в целом. Кроме того, в ассортименте магазина имеется продвинутый монитор качества воздуха, обладающий более крупным дисплеем и позволяющий измерять помимо концентрации CO2 и температуры еще и относительную влажность воздуха. Скидка 10% предоставляется по промокоду GT-CO2 в течение 14 дней.
В одной из следующих статей будет описано, как подружить детектор СО2 с микрокомпьютером Raspberry Pi.
Автор: Дмитрий Чебанько, г. Челябинск
Блогерам и авторам
Компания «Даджет» заинтересована в публикации независимых объективных обзоров наших даджетов. Мы с радостью предоставим даджеты авторам, желающим протестировать их, написать и опубликовать обзор в нашем блоге. Даджет после написания обзора остается у автора. Подробнее.
Углекислый газ — результат дыхательных процессов каждого живого существа на земле. Человек выдыхает его, растения используют для фотосинтеза. В замкнутых (не проветриваемых) помещениях наличие большого количества людей ускоряет процесс насыщения углекислотой. Высокий процент содержания углекислоты влияет на работоспособность и состояние организма.
Содержание страницы
Причины повышения в помещении
Причиной появления углекислоты в городах могут стать ТЭЦ и котельные. Кроме газов, поступающих через окна, большое количество диоксида углерода образуют курильщики и газовые плиты.
Такая проблема чаще встречается в домах, где находится много людей, а также в слабо проветриваемых комнатах. Школы, спортзалы, офисы — не исключение. Каждый человек в процессе дыхания образует двуокись углерода, именно поэтому воздух должен регулярно обновляться.
За 1 час взрослый человек образует около 20 л. диоксида углерода. За сутки через легкие проходит около 0,5 кубических метров CO2. При активных физических нагрузках показатель увеличивается до 35 л. в час.
Обьем выдыхаемой углекислоты:
- Сон ∼ 18 л./час
- Отдых и легкая работа ∼ 20 л./час
- Обычная работа ∼ 25 л./час
- Тяжелая работа ∼ 35 л./час
Чтобы избежать чрезмерного накопления CO2 в замкнутых пространствах, необходимы вытяжки и регулярное проветривание комнаты. Кто-то совсем не обращает внимания на вентиляцию в своей квартире, со временем решетка засоряется и не может обеспечить квартиру свежим воздухом.
Во время проведения регулярных проверок, значение на улицах России в среднем не опускалось ниже 450 ppm. Превышение углекислого газа в городах объясняется выхлопами транспорта, а также выбросами котельных и промышленности. В школах нормы превышены, и показатель составляет в среднем 1500ppm.
Неудивительно, ведь много детей в одном месте создают активный поток углекислоты. В офисах такая же ситуация, как и во многих школах, много работников в одном месте, отсутствие вытяжки и пренебрежение проветриванием.
Нормы в помещениях
Газ СО2 присутствует везде, где находятся люди. Концентрация характеризуется обозначением ppm (ppm — parts per million). Согласно документу «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях», ГОСТу 30494-2011, санитарная норма углекислого газа в помещении колеблется от 600 ppm до 1000 ppm (максимально допустимая отметка — 1500 ppm).
В школах придерживаются других норм, оптимальной отметкой считается 600. Однако, не во всех учебных заведениях соблюдают эти нормы. Недавние эксперименты по всей России показали, что в среднем показатель колеблется от 1500 до 2500 единиц измерений, что является недопустимым.
Рассмотрим пример, в закрытой аудитории сидят 25 студентов и преподаватель. За полтора часа (1 час 20 минут ± 10 минут на перемены) 26 человек выдохнут 0,78 м3 углекислоты в аудиторию (0,02 м3/ч на 1 человека). Объем аудитории возьмем, к примеру, равным 280 м3. В процентном соотношении вычислим объем занимаемый газом CO2 — 0,2786 %. Переведя в количество частей на миллион получим 2786 ppm.
Результатом таких пренебрежений может стать плохая успеваемость и упадок сил. Чтобы узнать, что в школе превышено содержание, обратите внимание на здоровье ребенка. Если он чихает и болеет чаще, чем обычно, то необходимо узнать о качестве воздуха в учебном заведении.
Для офисов существуют свои правила. Предельно допустимая концентрация углекислого газа в помещении — 1500ppm. В офисах проблема актуальна в течение всего года, но особенно опасна во время зимы. В это время окна открываются на проветривание редко, а концентрация не уменьшается.
Приведем нормы концентрации:
- 400ppm = 0,04 % — за городом;
- 600ppm= 0,06 % — дом, жилое помещение;
- 1000ppm = 0,1 % — в офисе, производственном зале.
Установлено, что качество воздуха в спальне влияет на сон прямым образом. Воздух важен для сна больше, чем продолжительность.
Последствия повышенного содержания в помещении
Обращать внимание на проблему стоит при первых признаках. Первый симптом — ощущение жары. Ощущение духоты говорит о том, что содержание диоксида углерода в воздухе уже превышено.
Когда концентрация двуокиси углерода в комнате превышена, человек чувствует себя уставшим. СО2 в доме может послужить причиной головных болей и слабости. При особо высоком содержании становится токсическим.
Высокая концентрация углекислого газа в воздухе может оказывать негативное действие на человека и стать причиной патогенеза. Первый признак, что содержание превышено — усталость и вялость. Симптоматические признаки приведены в соответствии с показателями приборов.
- < 600 — хорошие показатели, отличное самочувствие и бодрость;
- 600 — 1000 — средний показатель, возникают жалобы на несвежий воздух;
- 1000 — 2500 — ощущается вялость, духота;
- 2500 — 5000 — воздух низкого качества, повышенная вялость, понижение внимания;
- 30000 – небольшое отравление, повышается пульс и увеличивается частота дыхания;
- 50000 – добавляются сильные головные боли, рвотные рефлексы, понижение восприятия окружающей действительности;
- 100000 – потеря сознания и смерть.
Читайте также: К чему приводят выбросы углекислого газа.
Понижение и контроль над концентрацией в помещениях
Не стоит бороться с повышенной концентрацией диоксида углерода методами установки кондиционера. Кондиционеры и вентиляторы только охлаждают воздух, но не уменьшают концентрацию CO2. Если вы все же решите использовать кондиционер, то обязательно открывайте окна на проветривание.
Чтобы работники чувствовали себя хорошо, а работа приносила удовольствие, за показателями содержания углекислоты в воздухе нужно следить. Это в дальнейшем окажет положительное влияние на результаты работы. Для мониторинга концентрации используются измерители CO2.
Анализатор углекислого газа
Существуют датчики и газоанализаторы, которые помогут зафиксировать результаты с минимальной погрешностью. Их приобретение поможет вам с контролем над концентрацией двуокиси углерода.
Заключение
Важно следить за показателями углекислого газа. Большие концентрации углекислого газа в воздухе оказывают негативное влияние на здоровье. Высокие доли содержания диоксида углерода вредны. Вместе с повышенной концентрацией двуокиси углерода повышается давление, и ухудшается самочувствие. Старайтесь в помещении не превышать 1500 ppm, чтобы исключить проблемы со здоровьем и препятствовать возникновению аллергии.
Углекислый газ- нормативы у нас и в Европе
В журнале «АВОК», № 4, 2008, была опубликована статья Ю. Д. Губернского и Е. О. Шилькрота «Сколько воздуха нужно человеку для комфорта?», которая вызвала большой интерес у специалистов. Представленный в статье материал показывает, что хотя проблеме нормирования воздухообмена по СО2 уделяется много внимания, материала для решения этого вопроса пока не достаточно. Данная статья предлагает продолжить обсуждение этой проблеммы.
Еще несколько лет назад в отечественных нормативных документах при проектировании вентиляции в помещениях с пребыванием людей СО2 учитывался только косвенно в удельных нормах воздухообмена. В зарубежных стандартах его концентрация в воздухе помещений служит индикатором содержания других более вредных загрязняющих веществ и соответствующей интенсивности вентиляции. Высокие концентрации углекислого и других газов в наружном воздухе больших городов приводят к необходимости выбора: либо интенсифицировать воздухообмен, вызывая цепную реакцию увеличения потребления энергоресурсов путем сжигания органического топлива с дополнительным загрязнением атмосферы (в том числе СО2), либо производить очистку приточного воздуха от газов. Это соответствует последним исследованиям ученых о вреде двуокиси углерода для здоровья людей при повышении концентрации в два–три раза по сравнению с чистым атмосферным воздухом.
По данным современной медицины, в составе метаболических (жизнедеятельностных) выделений организма человека выявлено несколько сотен химических соединений, из которых более двухсот веществ – с поверхности кожи и свыше ста – с выдыхаемым воздухом. Одним из наиболее интересных веществ является углекислый газ. Это относительно безвредный газ по ГОСТ 12.1.007-76 относится к 4 классу опасности, он содержится в небольших количествах в составе чистого атмосферного воздуха. По данным большинства источников, его концентрация составляет примерно 0,03 % от объема (об.), то есть в 1 м3 содержится 0,3 л, или 0,3/22,4 = 0,01339 моль (по данным БСЭ – 0,0314 % об.). Зная молекулярную массу диоксида азота 44 г/моль, легко определить его массу в 1 м3, а именно: 44 х 0,01339 = 0,589 г. Концентрация, соответственно, равна 589 мг/м3. В таких количествах углекислый газ необходим для жизнедеятельности человека. По ГОСТ 8050-85 «Двуокись углерода газообразная и жидкая. Технические условия» [1] плотность газообразной двуокиси углерода составляет 1,839 кг/м3, то есть примерно в 1,5 раза больше воздуха. В таблице 1 приведены формулы перевода величин из одних единиц в другие. Как в отечественных нормативных документах, так и в зарубежных отсутствует норматив предельно допустимой концентрации углекислого газа в атмосферном воздухе. Очевидно, что содержание в воздухе СО2 будет различным в сельской местности, небольших и крупных городах. Фоновые концентрации определяются выбросами автотранспорта, сжиганием топлива на предприятиях теплоэнергетики и работой промышленных предприятий. Затруднение заключается в том, что мониторинг за уровнем СО2 службами Центра по гидрометеорологии не ведется. За рубежом углекислый газ, наряду с окислами азота, оксидом углерода, диоксидом серы и летучими органическими соединениями, является типичным загрязняющим веществом, которое подлежит учету при оценке наружного воздуха для проектирования систем вентиляции и кондиционирования. Европейский стандарт ЕН 13779 «Ventilation for non-residential buildings – Performance requirements for ventilation and room-conditioning systems» [2] в качестве общего базового руководства предлагает принимать концентрацию углекислого газа в сельской местности 350 ppm, в небольших городах 400 ppm, в центрах городов 450 ppm. На самом деле она может быть существенно выше. Например, измерения в центре Москвы в безветренную погоду в конце лета в районе Садового кольца показали, что при достаточно интенсивном движении транспорта уровень СО2 поднимался до 900 ppm (0,09 % об.). Погуляв несколько часов эту концентрацию и без приборов ощутит на себе каждый в виде головной боли.Таблица 1
Единицы измерения концентраций газов и их
взаимный пересчет
Сх мг/м3 % (об.) ppm,
см3/м3
(частей на миллион)
Са
мг/м3 1 8312,6•10-4СаТ / М Р 8312,6 СаТ / М Р
% (об.) 0,12•101Са
М Р/Т 1 104 Са
ppm, см3/м3
(частей на миллион) 0,12•10-3Са М Р / Т 10-4
Са 1
Примечание:
Са
– числовое значение концентрации в заданных единицах;
Сх
– числовое значение концентрации в искомых единицах;
М
– молекулярная масса газа;
Р
– общее давление газовой смеси, Па;
Т
– температура, °К.
Одним из способов, широко применяемых на Западе, для определения требуемой интенсивности воздухообмена в общественных зданиях, является использование углекислого газа в качестве индикатора качества воздуха. По его концентрации судят о содержании других веществ, выделяемых человеком, которых в относительных концентрациях (отношение фактической концентрации к ПДК) образуется меньше. При снижении уровня СО2 разбавлением приточным воздухом одновременно снижается уровень концентрации других веществ. Углекислый газ выбран из-за того, что его концентрацию легко измерить с достаточно высокой точностью и его массовое выделение значительно больше других вредных веществ.
Общеизвестно, что один человек в спокойном состоянии, например работник офиса, за один час потребляет 20–30 л кислорода с выделением 18–25 л углекислого газа, а при занятиях в фитнес- и тренажерных залах – до 36 л и более. Если во вдыхаемом воздухе содержится 0,03 % (об.) СО2, то в выдыхаемом – 3,6 % (об.), то есть возрастает более чем в 100 раз. Интенсивно выделяется углекислый газ от газовой плиты при приготовлении пищи. При возрастании содержания в воздухе значения CO2 выше определенной величины человек начинает чувствовать себя дискомфортно, может впадать в дремотное состояние, возникают головные боли, тошнота, чувство удушья. Его влияние настолько постепенное и слабое, что его трудно сразу обнаружить. Этот предел индивидуален для различных людей – мужчин и женщин, детей. Однако до недавнего времени в отечественных документах отсутствовал норматив качества воздуха помещений для углекислого газа. Лишь гигиеническими нормативами [3] в 2006 году введена максимально разовая ПДК равная 13 790 ppm (27 000 мг/м3) и среднесменная 4 597 ppm (9 000 мг/м3) для воздуха рабочей зоны производственных помещений. Для сравнения: в США эти цифры составляют 30 000 ppm (58 740 мг/м3) и 5 000 ppm (9 790 мг/м3), соответственно. В шахтах [4, 5] на рабочих местах допускается концентрация 0,5 % (об.) или 5 000 ppm. В соответствии с ГОСТ 8050-85 [1] «При концентрациях более 5 % двуокись углерода оказывает вредное влияние на здоровье человека… При этом снижается объемная доля кислорода в воздухе, что может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья». Напомним, что максимально разовая и среднесменная концентрация ПДК воздуха рабочей зоны определяются ГОСТ 12.1.005-88 и гигиеническими нормативами ГН 2.2.5.1313-03, ГН 2.2.5.1314-03.
Для помещений жилых и общественных зданий этот норматив по-прежнему отсутствует. Коллизия возникает в связи с тем, что в соответствии со СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» [6], СанПиН 2.1.2.1002-00 «Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям» [7] и др. для этих помещений норматив качества принимается равным для воздуха населенных мест (ГН 2.1.6.1338-03; ГН 2.1.6.1339-03), который, как отмечалось выше, отсутствует. Однако, в отличие от многих других загрязняющих веществ, практически не выделяющихся в помещениях, содержание двуокиси углерода интенсивно увеличивается. Интересно, что еще в справочнике Р. В. Щекина 1976 года [8, с. 37] приводится расчет требуемого воздухообмена на разбавление СО2 одним человеком.
Европейский стандарт 2004 года [2] предлагает разделять воздух в помещениях с пребыванием людей на категории качества от IDA 4 – низкое, IDA 2 и 3 – среднее, до IDA 1 – высокое. Предполагается несколько способов определения категории качества. Один из них оценивает превышение уровня СО2, как индикатора, в воздухе помещений над наружным воздухом (табл. 2).Таблица 2
Категория помещения Превышение уровня СО2 в помещении
над его
содержанием в наружном воздухе, ppm
Типичный диапазон Задаваемое значение
IDA 1
IDA 2 400–600 500
IDA 3 600–1
000 800
IDA 4 ?1000 1 200
Зная местонахождение здания (сельская местность, город) и уровень концентрации СО2 в наружном воздухе легко определить его расчетное содержание в воздухе помещения. Далее приводятся рекомендации по установке определенных классов фильтров, как правило, не менее двух ступеней, для достижения необходимой чистоты воздуха в соответствии с требуемой категорией качества IDA. Это касается не только твердых пылевых частиц, но и основных газов: NOx, SO2, полициклических ароматических углеводородов и летучих органических соединений. Стандарт гласит: «В городской среде рекомендуется использование молекулярных (газовых) фильтров». Отметим, что по представлению ассоциации АСИНКОМ европейский стандарт [2] принят без изменений как отечественный ГОСТ Р ЕН 13779-2007 «Вентиляция в нежилых зданиях. Технические требования к вентиляции и кондиционированию». ФГУП СТАНДАРТИНФОРМ объявило о том, что он вводится в действие с 1 октября 2008 года.
Допустимое приемлемое значение содержания углекислого газа в помещениях с пребыванием людей было установлено гигиенистами и принято, например, стандартом ASHRAE 62-1989 на уровне 1 000 ppm (1 958 мг/м3) или 0,1 % (об.). На эту величину опираются многие авторы при расчетах воздухообмена. Это значение фигурирует в СП 2.5.1198-03 «Санитарные правила по организации пассажирских перевозок» [9] для железнодорожных вокзалов и СанПиН 2.5.1.051-96 «Условия труда и отдыха для летного состава гражданской авиации» [10] для кабин воздушных судов. Зная выделение СО2 одним человеком в офисе – 18 л/ч (0,005 л/с) или 35 200 мг/ч по формуле (Л.2) СНиП 41-01-2003 [6] требуемый расход приточного воздуха для одного человека равен
L = 35 200 / (1 958 – 589) = 25,7 м3/ч.
В единицах л/с и ppm L = [0,005 / (1000 –
300)] х 106 = 7,14 л/с.
Первым отечественным документом, в котором предпринята попытка регламентировать содержание СО2 в наружном и внутреннем воздухе, является стандарт АВОК «Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена» [11]. В качестве рекомендуемой справочной предлагается предельно допустимая концентрация в наружном воздухе: сельская местность – 332 ppm (650 мг/м3), малые города – 409 ppm (800 мг/м3), большие города – 511 ppm (1 000 мг/м3). Верхний допустимый предел концентрации СО2 в помещениях жилых и общественных зданий не должен превышать концентрацию в наружном воздухе на 638 ppm (1 250 мг/м3). В этом случае требуемый воздухообмен на 1 человека составит 28 м3/ч.
В результате последних исследований, проведенных индийскими учеными в городе Калькутта [12], было выяснено, что так же, как NO2, СО2 является потенциально токсичным для человека даже в низких концентрациях, принимая во внимание его воздействие на клеточную мембрану и биохимические изменения, такие, как увеличение напряжения CO2 в крови, увеличение концентрации ионов бикарбоната в крови и моче, ацидоз и т. д. Для выявления того, как влияет уровень СО2 в воздухе на процессы в организме человека, были проведены замеры уровня бикарбоната в крови и в моче человека. Всего было исследовано 593 человек из жилого, коммерческого и промышленного районов города и контрольной зоны, находящейся в экологически чистой сельской местности. Уровень бикарбоната в сыворотке крови – биологический показатель влияния СО2 – оказался в среднем на 60 % выше у жителей Калькутты, чем у жителей сельских районов, причем самым высоким он был у жителей промышленной зоны. В городе Калькутта СО2 присутствовал в воздухе в концентрациях от 0,03 до 0,06 %. Уровень вентиляции в помещениях был адекватным почти в 75 % жилых и рабочих помещений. Принимая во внимание то, что увеличение уровня СО2 в атмосфере ведет к увеличению его концентрации в воздухе помещения, можно сказать, что он может явиться причиной увеличение уровня бикарбоната в крови.
В своих работах [13, 14], английский ученый D. S. Robertson пишет, что уровень углекислого газа в атмосфере, при котором человечество может выжить, значительно ниже, чем предполагалось, поэтому безопасный для человека уровень углекислого газа требует пересмотра. Он рассчитал максимальный безопасный для человека уровень углекислого газа в атмосфере, составляющий 426 ррm. Ученый также считает, что под влиянием углекислого газа, уровень которого выше указанной цифры, происходит снижение величины pH в сыворотке крови, что ведет к ацидозу. Симптомы начальной степени ацидоза следующие: состояние перевозбуждения и умеренная гипертензия. Далее к ним добавляются сонливость и состояние беспокойства и как следствие уменьшение желания проявлять физическую активность. Существует вероятность того, что когда концентрация углекислого газа в атмосфере достигнет 426 ppm, а это может случиться раньше, чем через два поколения, здоровье, по крайней мере, некоторой части населения Земли, ухудшится.
Финские ученые под руководством Olli Seppanen [15] провели 21 эксперимент на основе более 30 000 испытуемых по исследованию влияния концентрации углекислого газа. Если уровень углекислого газа в офисном помещении был ниже 800 ppm (0,08 % об.), такие симптомы, как воспаление глаз, заложенность носа, воспаление носоглотки, проблемы, связанные с дыхательной системой, головная боль, усталость и сложность с концентрацией внимания, которые возникали у сотрудников при более высокой концентрации СО2, значительно снижались.
В пресс-релизе ежегодной конференции Европейского респираторного общества в 2006 году были опубликованы результаты исследований, проведенных в пяти странах ЕЭС группой итальянских ученых. Исследования показали, что 68 % детей испытывают на себе негативное влияние СО2 выше уровня 1 000 ppm. У них наблюдалось тяжелое дыхание, одышка, сухой кашель и ринит чаще, чем у других детей. Были сделаны следующие выводы: у детей, находящихся в помещении с высоким уровнем СО2, в 3,5 раза выше риск возникновения сухого кашля и в 2 раза – развитие ринита. Они имеют более уязвимую носоглотку, чем их ровесники.
В исследовании корейских ученых о влиянии концентрации СО2 в помещении на приступы астмы у детей, в домах и квартирах, где живут дети больные астмой, замерялся уровень содержания веществ, которые считаются основными загрязнителями воздуха в помещении, таких как СО, NO2, аллергены и СО2. В результате данных исследований были сделаны выводы о том, что самым важным фактором, влияющим на возникновение приступов астмы у детей, является только уровень концентрации СО2.
Принимая допустимую концентрацию СО2 в наружном воздухе мегаполиса 450 ppm, а оптимальную во внутреннем воздухе 800 ppm требуемый воздухообмен на 1 человека составит
L = [0,005 / (800 – 450)] • 106 = 14,29
л/с = 51,4 м3/ч.
Реально концентрация в наружном воздухе может быть еще выше, а внутри помещения могут быть другие источники выделения СО2, например при приготовлении пищи. При разности содержания СО2 в наружном и внутреннем воздухе 100 ppm требуемый воздухообмен составит 180 м3/чел., что превышает разумные пределы.
В качестве одной из мер новый американский стандарт ANSI/ASHRAE Standard 62.1-2004 предусматривает динамическое изменение режимов работы вентиляции жилых и общественных зданий. Это реализуется средствами DCV (Demand-Controlled Ventilation, DCV), путем регулирования количества подаваемого свежего воздуха сверх минимально необходимого по мере изменения реально складывающейся обстановки, определяемой количеством людей, присутствующих внутри вентилируемого объема. Объективной предпосылкой к использованию в отечественной практике является значительное удешевление за последние годы инверторных схем управления скоростью вентилятора путем использования все более доступных частотно-регулируемых приводов. Технология DCV доступно рассмотрена в статье [16]. Однако такой мерой не всегда можно добиться эффективного результата.
О другой мере по снижению содержания вредных газов в воздухе помещений П. Оле Фангер писал в своей статье [17]: «Очистка внутреннего воздуха от газообразных загрязняющих веществ представляет собой многообещающий метод повышения качества воздуха и частичного замещения вентиляции. Разрабатываются различные методы очистки воздуха, включая сорбцию и фотокатализ. Было показано, что последний метод обладает значительной эффективностью фильтрации, которая была зафиксирована при фильтрации отдельных химических веществ, присутствующих в воздухе. Для типичной смеси из сотен химических веществ, присутствующих внутри здания в очень малых концентрациях, при использовании указанных двух методов может быть реально достижимой эффективность очистки более 80 %, то есть очистка может снизить концентрацию загрязняющих веществ и повысить качество внутреннего воздуха в пять раз. При этом очевидно, что для повышения эффективности очистки для типичных источников загрязнения внутреннего воздуха необходимы дополнительные разработки технологии очистки и проведение дальнейших исследований».
Фотокаталитическое окисление (ФКО) является очень многообещающей технологией для уменьшения летучих органических соединений (ЛОС) в воздухе помещения. Однако исследования, проведенные Национальной лабораторией Л. Беркли в 2005 и 2007 годах, показали, что метод фотокаталитического окисления уменьшает количество ЛОС в воздухе помещения, но производит формальдегид как побочный продукт. Ученые считают, что для применения данного метода необходимо провести дальнейшее изучение, с тем чтобы либо уменьшить количество формальдегидов и ацетальдегидов, получаемых в результате реакции, либо соединить эту технологию с применением газоочистителей, для того чтобы улавливать токсичные побочные продукты до того, как они попадут в помещение. К этому необходимо добавить, что ФКО не удаляет углекислый газ, а наоборот – добавляет его в помещение, так как конечными продуктами реакции должны быть СО2 и вода.
В настоящее время наиболее безопасными для очистки воздуха от газов в помещениях, где находятся люди, можно считать фильтры, основанные на методе адсорбции загрязняющих веществ в составе приточных вентиляционных установок. В качестве фильтрующего элемента используют активированный уголь и высокоэффективные материалы. Такие фильтры уже предлагаются на климатическом рынке.
Если возможность поддержания качества воздуха на высоком уровне при помощи вентиляционных систем не представляется возможным, можно удалять его избыток бытовыми адсорберами углекислого газа.
Выводы
1.
Углекислый газ является токсичным для человека даже в относительно низких концентрациях. Его нельзя рассматривать только как индикатор эффективности вентиляции. Наилучшим для человека в помещении является уровень углекислого газа, максимально приближенный к атмосферному.
2. Концентрация СО2 требует постоянного контроля в помещениях с пребыванием людей в промышленных городах и крупных мегаполисах, где промышленность и транспорт постоянно загрязняют атмосферный воздух углекислым и другими газами. Особенно это касается детских учреждений и других общественных зданий.
3.
Рост углекислого газа в атмосфере, особенно в крупных городах из-за выбросов автотранспорта, предприятий энергетики и промышленности, вызывает необходимость в увеличении воздухообмена в помещениях с пребыванием людей. Это приводит к повышенным затратам энергии и увеличению выбросов СО2 при ее выработке. Выход из ситуации заключается в достижении разумного оптимума между количеством приточного наружного воздуха и требуемой очисткой от углекислого и других газов.
Оцените статью:
[Всего голосов: 1 Средний: 5/5]На улице, в общественном транспорте, офисе, однушке, включая кухню, и в салоне автомобиля с закрытой заслонкой. В последнем случае шанс умереть отнюдь не призрачный, а вполне реальный, и его можно легко вычислить.
В чем проблема
Вдыхаем кислород, выдыхаем углекислый газ. В выдохе его примерно 4,5%, в то время как в окружающем пространстве должно быть около 0,04%. Исследованиями доказано, что даже при достаточном количестве кислорода увеличение доли углекислого газа приводит к появлению головной боли, сонливости, сложности с концентрацией внимания, а при высоком содержании (5-7% и выше) к потере сознания.
В чем измеряется и сколько должно быть
Из-за малых величин концентрацию CO2 обычно выражают в количестве частей на миллион (ppm), что эквивалентно десятитысячным долям процента.
Ниже наименее пугающая картинка из интернета, которая расскажет как повышенная концентрация углекислого газа сказывается на самочувствии. Цифры на шкале — те самые ppm.
Важный вопрос – сколько может “надышать” человек? В интернете мне удалось найти такую цифру: за один час в закрытом помещении 20 м2 один человек поднимет уровень СО2 на 50 ppm. По моим собственным наблюдениям это вполне похоже не правду.
Ну а теперь к методике и замерам.
Чем измерялось
Все измерения проводились недорогим комнатным прибором HT-501, обзор которого я постил вот тут.
В нем установлен датчик CO2 шведской компании SenseAir. Приборчик может сохранять статистику с заданным интервалом и потом выгружать ее в специальную прогу на ПК. Делая замеры я просто носил прибор в руке или открытой сумке и потом изучал полученные данные.
Сами замеры производились в феврале.
Замеры на улице
В мегаполисе (Москве), если не подходить к дорогам с интенсивным движением, прибор показывает значения в пределах 400-450 ppm. В центре города на тротуарах оживленных улиц показатели могут подняться до 620 ppm.
Замеры в офисе
В нашем просторном опенспейсе с хорошей вентиляцией воздух был примерно как на улице — 450-500 ppm. Но в какой-то из дней вентиляция дала сбой, и типичным значением CO2 стало 950 ppm. Причем к вечеру оно поднималось до 1200 ppm.
Из личных ощущений: как только показатели уходили за 1100 ppm, у окружающих возникало коллективное желание проветрить. После короткого проветривания показатели опускались до 850 ppm.
Замеры в однушке
Если регулярно не проветривать, типичный уровень углекислого газа в квартире 28 м2 и потолками 2,5 м при нахождении в ней двух взрослых колеблется от 800 до 1300 ppm в зависимости от забортной температуры. И чем холоднее на улице, тем лучше начинает работать вентиляция (это в моем доме так, в других может быть по-другому).
Кухня 5,5 м2 с газовой плитой
Кухня — самое интересное место в плане замеров. При закрытой двери одна включенная в полсилы конфорка (на фото ниже) за 15 минут нагоняет более 2300 ppm (вентиляция при этом тянет исправно).
Тот же самый эксперимент, но с открытой дверью и выставленным на зимнее проветривание окном, дает за этот же промежуток времени цифру в 1600 ppm. Ну а если с закрытой дверью и две конфорки — через 15 минут будет 2700 ppm на столе и 3300 ppm на уровне головы в центре помещения.
Комната 15 м2
С закрытой дверью и закрытыми пластиковыми окнами двое взрослых и один ребенок за восемь часов сна поднимают уровень CO2 с 1000 до 2100 ppm. Если оставить окно на зимнее проветривание (щель), то уровень будет стабилизироваться примерно на 1350 ppm. Все то же, но с открытой дверью — 900-1200 ppm.
Почему открытие на зимнее проветривание дает такой заметный эффект? Просто воздух начинает протягиваться из щели окна через комнату и в вентиляцию. Если закрыть щель, комната становится полностью изолированным помещением.
Просто для справки: как себя чувствуешь, когда проснулся, а на датчике 2800 ppm? Духота, жара, тяжелая голова как с похмелья, хочется поскорее выйти на улицу или постоять, подышать у открытого окна.
Замеры в московском метро
Вообще в метро душновато. На станциях и переходах показатели колебались в пределах 750-1250 ppm. Причем день ото дня показатели менялись. В полупустом вагоне “Оки” (все сидячие заняты и немного стоячих) датчик фиксировал примерно 1300 ppm. А в час пик там начинался ад.
Когда люди набивались как селедка в бочку, датчик на уровне пояса стабильно фиксировал 1850 ppm. Поднять его на уровень головы и сделать замеры было уже невозможно. Думаю, он бы зашкаливал, поскольку все вокруг выдыхают именно в верхнее пространство.
Ощущение от нахождения в таких условиях: легкое головокружение, учащенное дыхание и огромное желание выйти и подышать немного. Как люди так катаются каждый день — не представляю.
В подмосковной электричке
В забитом тамбуре гуляют сквозняки, однако уровень CO2 находится примерно на отметке 1400 ppm. В самом вагоне ситуация хуже. При полностью занятых сидячих местах, но в отсутствии стоячих пассажиров, уровень углекислоты составил 2200 ppm.
В автомобиле
В качестве “тестовой площадки” выступал салон старенького Тигуана. В обычных городских поездках с одним водителем в салоне уровень CO2 колебался в пределах 400-600 ppm. В пробках можно было наблюдать примерно 650 ppm. Но самое интересное, разумеется, при включенной рециркуляции воздуха. Ровно за 15 минут CO2 подскакивал с 620 до 1780 единиц! Т.е. рост идет примерно по 80 ppm в минуту и, например, за час он мог бы скакнуть до 4800 единиц. В общем, теперь вы знаете, почему в машине нельзя спать с закрытыми окнами и оставлять в салоне детей или животных. Причем, таких смертельных случаев регистрируется достаточно много. Погуглите…
Выводы: кто виноват и что делать
Эта часть специально для тех, кто начал читать отсюда.
Начнем с общественного транспорта. В нем практически везде душновато, за исключением, пожалуй, маршруток с высокими потолками, где еще можно увидеть приемлемый уровень в 700 ppm.
Очень туго в метро в час пик и ничуть не лучше в электричках. Там зашкаливает даже когда есть сидячие места.
В офисах раз на раз не приходится. И примерно у половины населения опенспейсов возникает желание проветрить, когда уровень начинает превышать 1100 ppm.
В квартире этот уровень воспринимается по-другому, и проветрить хочется когда на датчике более 1300-1400 ppm. И главный совет всем владельцам пластиковых окон — проветривайте почаще, а лучше всегда оставляйте открытой щель зимнего проветривания (это когда ручка повернута градусов на 40 от вертикали).
Это зимой. А летом окна лучше держать открытыми.
Из прочего, самый ад — на кухне с газовыми плитами. Если включена вполсилы пара конфорок и закрыты окна и двери, то через 15 минут на уровне головы будет 3500 ppm. И это при хорошо работающей вентиляции.
Отдельный привет любителям поспать в машине с закрытыми окнами. Очень велик шанс не проснуться. То же можно сказать и про ситуацию, когда вы забыли открыть заслонку забортного воздуха после обгона чадящего грузовика. Показатели в салоне начинают шкалить очень быстро.
Пожалуй, это пока все. Единственное, где я еще хотел бы провести замеры, так это летом в лесу. Надеюсь доживу и проапдейчу данный материал.
P.S. Знаю, что измерители CO2 сейчас есть у многих. Напишите в каментах где и сколько намеряли вы. Но, по возможности, постите не только страшилки.
P.P.S. Тот измеритель CO2, каким пользуюсь я, можно найти на Ali за сумму чуть менее 6 тыс. руб (его обзор тут). Также есть чуть более интересная модель, ее можно найти тут.
Почему СО2?
Подавляющее большинство специалистов в области вентиляции сходятся во мнении: углекислый газ является индикатором состояния воздуха (авторитетный пруф из АВОК). Много СО2 — значит, много и более вредных веществ (формальдегиды и прочая ядовитая органика, PM2.5 и т.д.). Это логично: ведь если вентиляция не справляется с воздухообменом, то в помещении накапливается и выдыхаемый нами СО2, и весь остальной «воздушный коктейль». Так что вполне резонно измерять концентрацию СО2 в воздухе, чтобы оценить качество этого самого воздуха.
Является ли углекислый газ таким же загрязнителем воздуха, как автомобильные выхлопы или промышленные выбросы? Исследования на эту тему противоречивы. Есть много статей про вред СО2 (пример раз, пример два). Меньше исследований, согласно которым углекислый газ практически безвреден, но и такие есть (пример). Если вам интересна эта тема, пишите в комментариях. В будущем мы можем сделать подробный литобзор о влиянии СО2 на здоровье человека.
Наше мнение — углекислый газ однозначно влияет на самочувствие человека (вялость, утомляемость, сонливость). Вспомните, как вы чувствуете себя в душном офисе или квартире с закрытыми окнами. Усредненное влияние СО2 на человека выглядит примерно так:
Как измерить количество СО2 в воздухе?
Уровень углекислого газа в воздухе измеряется в ppm: 1 ppm = 0.0001%, то есть одна миллионная доля. Для России 1400 ppm углекислого газа в воздухе — это уже недопустимое количество (согласно ГОСТу 30494—2011). В Америке общие стандарты ASHRAE (американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха) гласят: жалобы на головную боль начинаются с 2000 ppm.
В среднем по больнице получается такая картина:
- 300 ppm – норма на улице на природе
- 500 ppm – норма на улице в современном городе
- 700-1500 ppm – норма в помещении, причем ближе к 1500 ppm уже начинаются жалобы на духоту, головную боль, вялость и т.д.
Последнее из вступительной части — название использованного датчика СО2. Это был Testo 480.
Все, заканчиваем с введением. Приступаем непосредственно к измерением. Слово Михаилу Амелькину.
Транспорт
Трип начался с самолёта. Перелет Новосибирск-Москва, около 4 часов. Самолёт полный, аэробус А316. Весь полёт концентрация СО2 около 2000 ppm! Добавьте сюда слишком высокую температуру на борту (около 28°С) и пониженное давление (786 гПа против 1007 гПа на земле), и поймете, почему нас так «колбасит» после перелетов. Для сравнения, в аэропорту прилета около 700 ppm, то есть норма. На обратном пути летел в полупустом самолёте и ситуация была гораздо лучше – весь полёт до 1000 ppm, что приемлемо.
Далее был аэроэкспресс. Оказалось, что при полном вагоне вентиляция тоже не справляется – более 1800 ppm! А вот на пути обратно вагон был пустой и вентиляция справлялась – около 500 ppm.
В метро все гораздо лучше. На самой станции под землёй 600 ppm. В старых, «дырявых» вагонах около 700 ppm. Вот в новых вагонах метро, где кондиционеры гоняют воздух по кругу, уже хуже – при неполной загрузке 1200 ppm. В набитом вагоне следует ожидать больше 2000 ppm. Но здесь стоит иметь в виду, что обычно в таких вагонах мы проводим мало времени, 10-20 минут, так что это не очень критично.
Улица
Сделал замер прямо на Красной Площади. Уровень около 450 ppm. Это выше, чем за городом, что, скорее всего, объясняется обилием транспорта, котельных и промышленности, которые активно выделяют в воздух СО2, создавая над городом «пузырь» углекислого газа. Но это не страшно. Пока.
Дом и отель
Мне повезло, и в моём номере всю ночь концентрация СО2 была меньше 600 ppm. Отлично! Я спал не в духоте. Это потому, что попросил номер с окном во двор и смог держать окно на микропроветривании, не просыпаясь от шума машин. Но вентиляции в номере нет, поэтому плата за свежий воздух тоже не малая — московский смог. Была бы вентиляшка с профессиональными фильтрами — было бы на пятерочку!
Надо сказать, что замеры в квартирах с закрытыми окнами часто показывают очень плохие результаты, пара человек в комнате запросто могут «надышать» 2000 ppm минут за 40-60. А окна обычно закрыты, чтобы не было сквозняков и шума с улицы. Вывод тот же, что и в случае с отелем – дома вентиляция must have. При этом проще и дешевле поставить компактные бризеры, чем заморачиваться с полноценной вентиляцией.
Рестораны и кинотеатры
Тут картина сильно разная, но одно очевидно (кто-то скажет, что это ясно и без приборов) – любят наши рестораторы экономить на вентиляшке! Например, у меня была деловая встреча в кофейне «Хлеб насущный» на Никольской. Место хорошее, но вот с воздухом беда – 2000 ppm! В такой атмосфере очень сложно думать и решать деловые вопросы. В «Чайхоне №1» на Пушкинской было чуть лучше, до 1500 ppm.
Но есть и хорошие места: в «Старбакс» на Площади революции и в «Пять звёзд» на Павелецкой 700 ppm и 800 ppm соответственно. А вот в самом кинозале этого замечательного кинотеатра было «не айс» — до 1500 ppm весь сеанс. При этом администрация не поскупилась на кондиционеры – в залах было прохладно и это «скрашивало» ситуацию. Но кондеи не заменяют вентиляцию! Температура – температурой, а кислород – кислородом, должно быть и то, и другое.
Пока это вся информация по Москве. Обязуюсь сделать обзорный трип в Новосибирске. Что можно сказать по итогу?
Выводы
По полученным данным однозначно можно констатировать низкое качество воздуха в транспорте, особенно когда в нем много пассажиров. Пара советов, что делать в душном самолёте.
- Используйте обдув, он есть в каждом самолёте на потолке или «в спинке впереди стоящего кресла». Оттуда воздух идет тоже с превышением по СО2 (проверено), но он хотя бы раздувает тот «пузырь» углекислого газа, который вы вокруг себя «надышали».
- Если в салоне жарко, раздевайтесь. Пусть будет чуть прохладно. Чем ниже температура тела, тем лучше кровь насыщается кислородом и выводится углекислота.
- Сведите активность к минимуму. Лучше спать или «медитировать». Постарайтесь не нервничать, не брать в уме тройные интегралы. Помните, мозг потребляет около 20% всего кислорода в крови!
- Если курите, лучше не курить за несколько часов до полёта. Это позволит очистить кровь от угарного газа и улучшит снабжение мозга кислородом. Лучше используйте никотиновые жвачки/таблетки/пластыри.
- После прилета проведите часок на улице, продышитесь, сделайте дыхательную гимнастику, нормализуйте биохимию в крови. Дайте мозгу прийти в себя!
Что касается мест отдыха, то там самое коварство — в кондиционерах. Опыт показывает, что в прохладном воздухе создается ощущение комфорта, в то время как уровень СО2 достигает критических значений. Интерьер, комфорт, «атмосфера» есть, а настоящей здоровой атмосферы может не быть. Далеко не во всех заведениях состояние воздуха бывает удовлетворительным. Воздух не видно – значит, на нём можно сэкономить. Если бы все посетители имели портативные датчики и регулярно жаловались на превышение уровня СО2, возможно, тогда владельцы заведений внимательнее относились бы к вопросам вентиляции.
В этот раз не получилось «поохотиться» на СО2 в школах, детсадах и офисах, но есть основания считать, что и там регулярно наблюдаются превышенные концентрации углекислого газа. Немного заспойлерю: уже сделали замеры СО2 в классе одной из новосибирских школ – больше 2000 ppm! А дети же там должны учиться и работать головой. А как требовать от ребенка концентрации и успеваемости, когда голова не варит просто физиологически?
Примечание Tion: скоро будет материал про наше мини-исследование в школе.
Короче, я хочу выбирать места работы и отдыха еще и по качеству воздуха. Верю, что это существенно улучшит «среднюю температуру по палате» — самочувствие моё и моей семьи.
Михаил Амелькин
Обеспечение требуемого состава шахтного воздуха
Качественный состав шахтного воздуха определяется объемной долей кислорода, которая не должна быть ниже 20%, объемной долей вредных и ядовитых (токсичных) газов и запыленностью воздуха – содержанием угольно-породной пыли в воздухе горных выработок.
Снижение содержание кислорода в воздухе приводит к уменьшению степени насыщения крови кислородом, что при содержании кислорода ниже 17% уже не компенсируется частотой дыхания и вызывает гипоксию – выраженное кислородное голодания клеток коры головного мозга, приводящее при содержании кислорода ниже 12% к необратимым изменениям в коре головного мозга или смертельному исходу. Причинами уменьшения содержания кислорода в шахтном воздуха являются окислительные процессы, растворение кислорода шахтными водами, дыхание людей, поступление в воздух добавочных количеств азота, замещение кислорода выделяющемся метаном СН4 или диоксидом углерода СО2 (в дальнейшем также углекислого газа), в том числе аварийное при газодинамических явлениях, приводящее к гипоксии[1], а также снижение кислорода при взрывах метана и угольной пыли и в процессе пожара в результатате протекания экзотермических реакций окисления[2].
На газовых шахтах требование к максимально допустимым концентрациям метана обусловлено предотвращению создания взрывоопасных метановоздушных смесей[3].
Углекислый газ в небольших количествах необходим для стимуляции дыхания. Вдыхание воздуха, содержащего 6% углекислого газа, вызывает одышку и слабость, при 10% возможно обморочное состояние и только при 20-25% – смертельное отравление и (или) удушающее действие – проявление гипоксии. Содержание углекислового газа не должно превышать: на рабочих местах и в исходящих струях участков и тупиковых выработках – 0,5%, в выработках с исходящей струей крыла, горизонта и шахты в целом – 0,75%, а при проведении выработки по завалу – 1%.
В шахтном воздухе могут содержаться следующие ядовитые газы: оксид углерода СО, образующийся при взрывных работах, работе дизельных двигателей, взрывах и пожарах, окислы азота NO, NO2, N2O4 и N2O5, образующиеся при взрывных работах; сернистый ангидрид SO2, выделяется из горных пород, образуется при взрывных работах и пожарах; сероводород H2S, выделяется из горных пород и минеральных источников, образуется при гниении, пожарах и взрывных работах; аммиак NH3, образуется при взрывных работах и тушении горящего угля водой; пары мышьяка As, ртути Hg, цианистого водорода HCN, могут образовываться при взрывных работах; акролеин и альдегиды, образуются при работе дизельных двигателей, а также компрессорные газы пневмосети.
Содержание основных ядовитых газов в действующих выработках шахт не должно превышать предельно допустимых концентаций (ПДК), приведенных в таблице 4.1.
Таблица 4.1 – Предельно допустимая концентрация ядовитых газов
Вредные газа | Предельно допустимая концентрация газа в действующих выработках | |
|---|---|---|
По объему, % | мг/м3 | |
Оксид углерода (СО) | 0,00170 | 20 |
Оксиды азота (в перерасчете на NО2) | 0,00025 | 5 |
Диоксид азота (NO2) | 0,00010 | 2 |
Сернистый ангидрид (SO2) | 0,00038 | 10 |
Сероводород (H2S) | 0,00071 | 10 |
При ведении взрывных работ для пересчета ядовитых газов на условный оксид углерода 1 л диоксида азота принимается эквивалентным 6,5 л оксида углерода и каждый 1 л сернистого ангидрида или сероводорода – 2,5 л оксида углерода. Перед допуском людей в забой после взрывных работ объемная доля ядовитых газов не должна превышать 0,008% при пересчете на условный оксид углерода. Такое разрежение ядовитых газов должно достигаться не более чем за 30 мин после взрывания.
В химически зараженных районах, в особенности на шахтах Центрального района Донбасса, возможно проникновение в горные выработки сильнодействующих ядовитых веществ. Заражение горных выработок обусловлено, главным образом, двумя процессами природного и техногенного происхождения: накоплением токсичных веществ в геологических структурах шахтного поля и переносом свободно содержащихся в трещинах и порах и сорбированных на поверхности пор токсичных веществ подземными водами, приток которых обычно возрастает при образовании трещин сдвижения пород после подработки и надработки. В местах выхода зараженных вод в горные выработки возможно испарение ряда токсичных веществ. Как показывает негативный опыт работы некоторых шахт Центрального района, это может вызвать насыщение рудничного воздуха до концентраций, превышающих ПДК.
Главным способом обеспечения нормального качества воздуха является проветривание горных выработок, обеспечивающее снижение концентрации газов и вынос их из рабочих мест в общеисходящие струи и на поверхность. Необходимый расход воздуха для проветривания определяется в соответствии с Руководством по проектированию вентиляции угольных шахт (ДНАОП 1.1.30-6.09.-93).
Контроль за содержанием вредных и опасных газов осуществляется службой ВТБ, инженерно техническим персоналом и ГВГСС в соответствии с Инструкцией по контролю состава рудничного воздуха, определению газообильности и установлению категорий шахт по метану (ДНАОП 1.1.30-5.19.-96).
Для измерения наличия и объемной доли метана и диоксида углерода применяются шахтные интерферометры ШИ-10, ШИ-11 и ШИ-12.
Экспресс анализ газового состава атмосферы на СО, СО2, NO+NO2, SO2, H2S выполняется при помощи химических трубок-газоопределителей типа ГХ-4. Для определения содержания кислорода применяют трубку ГХ-М, влажности воздуха трубку ГХ (Н2О), а для концентрации токсичных веществ органического ряда (бензола, метанола и др.) трубки ГХ-О. Определение осуществляется путем калибровочного протягивания воздуха сильфонным аспиратором АМ-5.
Для непрерывного контроля за микроконцентрациями оксида углерода с записью на ленте самописца применяется стационарная автоматическая аппаратура «Сигма СО».
Более точное определение состава воздуха, в том числе на другие газы и вредные вещества производится ГВГСС при плановом контроле и в аварийном режиме с помощью портативных приборов непосредственно в горных выработках или по отбираемым пробам воздуха в лабораторных условиях.
Борьба с пылью на шахтах ведется в двух направлениях: комплексного обеспыливания воздуха с целью предупреждения заболеваниями пылевой этиологии, а на шахтах опасных по взрывчатости угольной пыли также для предупреждения взрывов метана и угольной пыли.
Нормируются предельно допустимые концентрации (ПДК) угольно-породной пыли в зависимости от содержания свободного диоксида кремния SO2 (таблица 4.2).
Таблица 4.2 – Предельно допустимые концентрации пыли угольных шахт
Качественная характеристика пыли | Содержание свободного диоксида кремния в пыли, % | Предельно допустимая концентрация, мг/м3 по общей массе) |
|---|---|---|
Породная, углепородная | От 10 до 70 | 2 |
Углепородная, угольная | От 5 до 10 | 4 |
Антрацитовая | До 5 | 6 |
Пыль каменных углей | До 5 | 10 |
Для отбора проб воздуха при определении его запыленности весовым методом применяется аспиратор АЭРА. Отбираемая проба воздуха, фиксируемого количества, просасывается через стеклянную пылевую трубку-алонж, заполненную гигроскопичной ватой с последующим взвешиванием трубки для определения массы пыли. По массе пыли и количеству просасываемого воздуха производится расчет его запыленности.
[1] Более подробно об аварийном снижении содержание кислорода при ГДЯ и особенностях проявления гипоксии рассмотрено в подразделе 22.2.
[2] Некоторые аспекты взрывного горения пылеметановоздушных смесей рассматриваются в подразделах 19.1 и 19.2.
[3] Основные требования к газовому режиму изложены в подразделе 19.3.
Часть компонентов (СО, НгЗ), входящих в состав полз чаемых газогенераторных и полукоксовых газов, токсична. Особенно ядовиты окись углерода, относимая к группе ядов, действующих на кровь, сероводород — яд, действующий на нервную систему. Предельно допустимые концентрации этих компонентов газа в воздухе (в жг на 1 л воздуха) составляют СО 0,03 НгЗ 0,01 углеводородов 0,1. [c.320]
Окись углерода ядовита Предельно допустимая концентрация ее в воздухе 0,03 мг/л. Токсическая концентрация 0,23 мг/л. [c.241]
Угарный газ, или окись углерода, — ядовитый газ без запаха и цвета. Появление его возможно в печных отделениях. Предельно допустимая концентрация окиси углерода в воздухе составляет 0,08—0,12 мг л. Длительное пребывание в атмосфере угарного газа вызывает головную боль, головокружение, потерю сознания, а при больших концентрациях может наступить смерть. [c.110]
При работе в атмосфере, содержащей окись углерода, не более 1 ч предельно допустимая концентрация окиси углерода может быть повышена до 50 мг/м при работе не более 30 мин — до 100 мг/м при работе не более 15 мин — до 200 мг/м . Повторные работы в условиях повышенного содержания окиси углерода в воздухе рабочей зоны могут производиться с перерывом не менее чем в 2 ч. [c.19]
Аналитики должны уметь быстро, надежно, с низким пределом обнаружения определять в городском воздухе окись углерода, двуокись серы, окислы азота, свинец, ртуть. Но это только самые ходовые примеси. В отдельных местах нужно систематически определять и другие вещества, например фториды около заводов по производству алюминия. Нормируются очень многие вредные компоненты, на них установлены предельно допустимые концентрации (ПДК). Предел обнаружения аналитических методов должен быть ниже ПДК или, по крайней мере, на уровне ПДК. [c.115]
Окись углерода при температуре ниже 150 реагирует с восстановленным никелем, содержаш,имся в катализаторах, с образованием очень токсичного карбонила никеля его предельно допустимая концентрация в воздухе установлена равной 1 10″ % [3,4]. Поэтому в случае остановки установки необходимо начинать продувку катализаторов инертным газом при достаточно высокой температуре. [c.194]
Окись углерода чрезвычайно ядовитый газ без запаха. Предельно допустимая концентрация окиси углерода в воздухе рабочих помещений — 30 мг/м . Плотность ее при нормальных условиях по отношению к воздуху — 0,967, вес 1 л при этих условиях—1,25 г. Окись углерода хорошо растворима в жидком аммиаке и в ряде органических растворителей. Растворимость в воде при 25° — 20,8 см /л. Она почти не поглощается активированным углем. В связи с этим обычно применяемые противогазы от окиси углерода не защищают. Смеси окиси углерода с воздухом взрывоопасны при концентрациях ее от 12,5 до 74,2 об. %. Температура воспламенения окиси углерода в смеси с воздухом 650°. Смесь двух объемов окиси углерода и одного объема кислорода взрывается. Окись углерода служит исходным продуктом для получения ацетона, фосгена, метилового спирта, муравьиной и щавелевой кислот, а также многих других органических соединений. [c.80]
Ввиду способности вступать в химические соединения с гемоглобином крови окись углерода обладает высокой токсичностью. Предельно допустимая концентрация СО в воздухе составляет 0,0024% об., или 0,03 мг/л. Пребывание в помещении, содержащем 0,4% об. СО, в течение 5— 6 мин опасно для жизни человека. Такая высокая токсичность окиси углерода вызывает повышенные требования к эксплуатации установок, в которых осуществляется сжигание газов, содержащих СО. Контроль эа отсутствием утечек из газопроводов и газовых приборов, наличие аппаратуры для определения содержания со в воздухе производственных помещений, а также строгое соблюдение правил техники безопасности — таковы средства борьбы с отравлениями окисью углерода. [c.9]
Окись углерода СО, образующаяся при получении порошков карбонильного железа, также является токсичным газом, приводящим к отравлению, главными симптомами которого является головокружение, одышка, потеря сознания и судороги. Предельно допустимая концентрация СО в воздухе производственных помещений равна 0,02 мг/л. Опасность отравления окисью углерода усугубляется еще тем обстоятельством, что ее плотность близка к плотности воздуха и она может скапливаться в нижних частях рабочих помещений. [c.164]
В химических лабораториях двуокись и окись углерода часто находятся в более повышенных концентрациях, чем в других помещениях. Основным источником поступления их в воздух является процесс сгорания горючего газа, которым в лаборатории пользуются для нагревания. Предельно допустимые концентрации окиси углерода в воздухе —20 мг1м . ПДК на двуокись углерода в химических лабораториях не устанавливается. При концентрациях до 30 г м двуокись углерода опасности не представляет. [c.135]
Стационарное производственное оборудование (машины, агрегаты, механизмы и т. п.) следует монтировать на прочных основаниях в соответствии с проектом или установочными чертежами. При установке оборудования в цехах должны быть предусмотрены проходы для людей, а также проезды для цехового транспорта, обеспечивающие безопасность работающих. Ширина цеховых проходов в свету должна быть не менее 1,5, а всех остальных проходов — не менее 0,8 м. Ширина проездов для грузового автотранспорта должна быть не менее 3,5 м. Производство цемента связано с выделением пыли. Необходимо применять меры по очистке воздуха от газов и пыли и предотвращению поступления пыли в цех. К таким мерам относятся установление на всех агрегатах пылеулавливающих устройств (электрофильтров, рукавных фильтров и др.) и очистка воздуха от пыли в помещении. Величина предельно допустимой концентрации токсических газов и пыли в воздухе производственных помещений не должна превышать пыль, содержащая от 10 до 70% свободной 5102,—2 мг м пыль цемента, содержащая до 10% свободной ЗЮг,—5 мг1м пыль цемента глин, материалов и их смесей, не содержащая свободной 5102,—6 жг/лг пыль угольная, не содержащая свободной 8102,—10 мг м окись углерода — 0,02 мг сероводород — [c.268]
Среди используемых в данном производстве газов особой токсичностью обладает окись углерода, предельно допустимая концентрация которой в воздухе рабочих помещений составляет 30 мг/м , а в атмосфере около цехов — 1 мг/м (максимальная разовая концентрация не более 3 мг/м ). [c.96]
Поливинилхлорид при температуре выше 150° С выделяет хлористый водород, хлорорганические соединения и окись углерода. Эти вещества раздражают слизистые оболочки глаз и носа. Одновременно при получении поливинилхлоридных покрытий в воздух ис
Среднегодовое значение двуокиси углерода в атмосфере в мире составило 407,4 частей на миллион (кратко ppm, ), с диапазоном неопределенности плюс или минус 0,1 ppm. Уровень диоксида углерода сегодня выше, чем когда-либо за последние 800 000 лет.
Фактически, последний раз, когда атмосферные количества CO 2 были такими высокими, было более 3 миллионов лет назад, когда температура была на 2–3 ° C (3,6–5,4 ° F) выше, чем в доиндустриальную эпоху и уровень моря был на 15–25 метров (50–80 футов) выше, чем сегодня.
Концентрация углекислого газа растет в основном из-за ископаемого топлива, которое люди сжигают для получения энергии. Ископаемые виды топлива, такие как уголь и нефть, содержат углерод, который растения вытаскивали из атмосферы посредством фотосинтеза на протяжении многих миллионов лет; мы возвращаем этот углерод в атмосферу всего за несколько сотен лет.
Сожмите или растяните график в любом направлении, удерживая клавишу Shift при нажатии и перетаскивании. Яркая красная линия (исходные данные) показывает среднемесячное содержание углекислого газа в обсерватории Мауна-Лоа на Гавайях в NOAA в частях на миллион (ppm): количество молекул углекислого газа на миллион молекул сухого воздуха.В течение года значения выше в северном полушарии зимой и ниже летом. Темно-красная линия показывает годовой тренд, рассчитанный как скользящее среднее за 12 месяцев.
Согласно отчету «Состояние климата» в 2018 году от от NOAA и Американского метеорологического общества, глобальная концентрация двуокиси углерода в атмосфере в 2018 году составила 407,4 ± 0,1 ч / млн, что является новым рекордным максимумом. Это увеличение на 2,5 ± 0,1 промилле по сравнению с 2017 годом, аналогично увеличению на 2,2 ± 0,1 промилле в период с 2016 по 2017 год.
В 1960-х годах глобальные темпы роста содержания углекислого газа в атмосфере составляли примерно 0,6 ± 0,1 ч / млн в год. Однако за последнее десятилетие темпы роста были ближе к 2,3 промилле в год. Ежегодные темпы увеличения содержания углекислого газа в атмосфере за последние 60 лет примерно в 100 раз превышают предыдущие естественные приросты, например, те, которые произошли в конце последнего ледникового периода 11 000–17 000 лет назад.
Почему углекислый газ имеет значение
Углекислый газ – это парниковый газ: газ, который поглощает и излучает тепло.Нагретые солнечным светом поверхности Земли и океана непрерывно излучают тепловую инфракрасную энергию (тепло). В отличие от кислорода или азота (которые составляют большую часть нашей атмосферы), парниковые газы поглощают это тепло и постепенно выделяют его, как кирпичи в камине после того, как огонь погас. Без этого естественного парникового эффекта среднегодовая температура Земли была бы ниже нуля, а не около 60 ° F. Но увеличение парниковых газов вывело энергетический баланс Земли из равновесия, улавливая дополнительное тепло и повышая среднюю температуру Земли.
Двуокись углерода является наиболее важным из долгоживущих парниковых газов Земли. Он поглощает меньше тепла на молекулу, чем парниковые газы – метан или закись азота, но он в изобилии и остается в атмосфере гораздо дольше. И хотя двуокись углерода менее распространена и менее мощна, чем водяной пар, в расчете на молекулу в расчете на молекулу, она поглощает длины волн тепловой энергии, чего нет у водяного пара, что означает, что она уникальным образом добавляет парниковый эффект. Увеличение содержания углекислого газа в атмосфере является причиной примерно двух третей общего энергетического дисбаланса, который вызывает повышение температуры Земли.
Еще одна причина, по которой диоксид углерода важен в системе Земли, заключается в том, что он растворяется в океане, как шипение в банке с газировкой. Это реагирует с молекулами воды, производя углекислоту и понижая pH океана. С начала промышленной революции pH поверхностных вод океана упал с 8,21 до 8,10. Это падение рН называется подкисления океана .
Падение 0,1 может показаться небольшим, но шкала рН логарифмическая; снижение pH на 1 единицу означает десятикратное увеличение кислотности.Изменение на 0,1 означает увеличение кислотности примерно на 30%. Повышение кислотности препятствует способности морской флоры и фауны извлекать кальций из воды, чтобы строить свои раковины и скелеты.
прошлого и будущего углекислого газа
Естественное увеличение концентрации углекислого газа периодически нагревало температуру Земли во время циклов ледникового периода в течение последних миллионов лет или более. Теплые эпизоды (межледниковья) начались с небольшого увеличения солнечного света из-за крошечного колебания оси вращения Земли или на пути ее орбиты вокруг Солнца.
Это немного лишнего солнечного света вызвало небольшое потепление. По мере того как океаны нагревались, они выделяли углекислый газ – подобно банке содовой, которая сгорала в разгар летнего дня. Избыток углекислого газа в атмосфере усиливал первоначальное потепление.
Основываясь на пузырьках воздуха, захваченных в кернах льда толщиной в милю (и других свидетельствах палеоклимата), мы знаем, что в течение циклов ледникового периода последних миллионов лет содержание углекислого газа никогда не превышало 300 частей на миллион. До начала промышленной революции в середине 1700-х годов среднее глобальное количество углекислого газа составляло около 280 частей на миллион.
К тому времени, когда в 1958 году в Вулканической обсерватории Мауна-Лоа начались постоянные наблюдения, содержание двуокиси углерода в атмосфере в мире уже составляло 315 частей на миллион. 9 мая 2013 года среднесуточная двуокись углерода, измеренная в Мауна-Лоа, впервые за всю историю превысила 400 ppm. Менее чем через два года, в 2015 году, глобальное количество впервые превысило 400 промилле. Если глобальный спрос на энергию продолжит расти и будет удовлетворяться в основном за счет ископаемых видов топлива, прогнозируется, что к концу этого столетия содержание углекислого газа в атмосфере превысит 900 ppm.
Подробнее о диоксиде углерода
NOAA наблюдения диоксида углерода
Бюллетень углеродного цикла
Выбросы углекислого газа по странам с течением времени
Сравнение парниковых газов по их потенциалу глобального потепления
Рекомендации
Collins, M., R. Knutti, J. Arblaster, J.-L. Dufresne, T. Fichefet, P. Friedlingstein, X. Gao, W.J. Gutowski, T. Johns, G. Krinner, M. Shongwe, C. Tebaldi, A.J. Уивер и М. Венер, 2013 г .: Долгосрочное изменение климата: прогнозы, обязательства и необратимость.В кн .: Изменение климата 2013: Основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Стокер Т.Ф., Цинь Д., Г.-К. Платтнер, М. Тиньор, С.К. Аллен, Дж. Бошунг, А. Науэльс, Ю. Ся, В. Бекс и П.М. Мидгли (ред.). Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, Нью-Йорк, США.
Dlugokencky, E.J., Hall, B.D., Montzka, S.A., Dutton, G., Mühle, J., Elkins, J.W. (2019). Состав атмосферы [в Состояние климата в 2018 году, Глава 2: Глобальный климат]. Бюллетень Американского метеорологического общества , 100 (9), S48 – S50.
Lüthi, D., М. Le Floch, B. Bereiter, T. Blunier, J.-M. Barnola, U. Siegenthaler, D. Raynaud, J. Jouzel, H. Fischer, K. Kawamura и T.F. Стокер. (2008). Концентрация углекислого газа с высоким разрешением рекордная 650 000-800 000 лет до настоящего времени. Nature , Vol. 453, с. 379-382. DOI: 10.1038 / nature06949.
Океанографическое учреждение Вудс-Хоул. (2015). Введение в подкисление океана.По состоянию на 4 октября 2017 г.Линдси Р. (2009). Климат и энергетический баланс Земли. По состоянию на 4 октября 2017 г.
,Улавливая тепло от солнца, парниковые газы поддерживают климат Земли пригодным для жизни людей и миллионов других видов. Но эти газы сейчас вышли из равновесия и угрожают радикально изменить то, какие живые существа могут выжить на этой планете и где.
Атмосферные уровни углекислого газа – самого опасного и распространенного парникового газа – находятся на самом высоком уровне, когда-либо зарегистрированном.Уровень парниковых газов настолько высок, прежде всего потому, что люди выбросили их в воздух, сжигая ископаемое топливо. Газы поглощают солнечную энергию и сохраняют тепло близко к поверхности Земли, а не позволяют ей уйти в космос. Этот захват тепла известен как парниковый эффект.
Корни концепции парникового эффекта лежат в 19 веке, когда французский математик Жозеф Фурье рассчитал в 1824 году, что Земля будет намного холоднее, если в ней не будет атмосферы. В 1896 году шведский ученый Сванте Аррениус был первым, кто связал увеличение выбросов углекислого газа от сжигания ископаемого топлива с эффектом потепления.Спустя почти столетие американский климатолог Джеймс Э. Хансен заявил Конгрессу, что «парниковый эффект был обнаружен и теперь меняет наш климат».
Сегодня изменение климата – это термин, который ученые используют для описания сложных изменений, вызванных концентрациями парниковых газов, которые в настоящее время влияют на погодные и климатические системы нашей планеты. Изменение климата включает в себя не только повышение средних температур, которые мы называем глобальным потеплением, но также экстремальные погодные явления, изменение популяций и мест обитания диких животных, повышение уровня моря и ряд других воздействий.
Климат 101: причины и следствия Климат, безусловно, меняется.Но что вызывает это изменение? И как повышение температуры влияет на окружающую среду и нашу жизнь?
Правительства и организации во всем мире, такие как Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК), орган Организации Объединенных Наций, который отслеживает последние достижения науки об изменении климата, измеряет парниковые газы, отслеживает их воздействие и внедряет решения.
Основные парниковые газы и источники
Двуокись углерода (CO 2 ): Двуокись углерода является основным парниковым газом, на долю которого приходится около трех четвертей выбросов. Он может задерживаться в атмосфере тысячи лет. В 2018 году уровень содержания углекислого газа в атмосферной базовой обсерватории Мауна-Лоа на Гавайях достиг 411 частей на миллион, что является самым высоким среднемесячным значением за всю историю наблюдений. Выбросы углекислого газа в основном происходят от сжигания органических материалов: угля, нефти, газа, древесины и твердых отходов.
Метан (CH 4 ): Основным компонентом природного газа, метана, выделяется со свалок, газовой и нефтяной промышленности, а также сельского хозяйства (особенно из пищеварительных систем выпаса животных). Молекула метана не остается в атмосфере до тех пор, пока молекула углекислого газа – около 12 лет, – но она по меньшей мере в 84 раза более активна в течение двух десятилетий. На его долю приходится около 16 процентов всех выбросов парниковых газов.
Закись азота (N 2 O): Закись азота занимает относительно небольшую долю глобальных выбросов парниковых газов – около шести процентов, но в 264 раз мощнее, чем двуокись углерода за 20 лет, и его срок службы в атмосфере превышает столетие, согласно МГЭИК.Сельское хозяйство и животноводство, включая удобрения, навоз и сжигание сельскохозяйственных отходов, а также сжигание топлива, являются крупнейшими источниками выбросов закиси азота.
Промышленные газы: Фторированные газы, такие как гидрофторуглероды, перфторуглероды, хлорфторуглероды, гексафторид серы (SF 6 ) и трифторид азота (NF 3 ) имеют потенциал улавливания тепла в тысячи раз больше, чем CO 2 , и остаются в атмосфере от сотен до тысяч лет.Принимая во внимание около 2 процентов всех выбросов, они используются в качестве хладагентов, растворителей и в производстве, иногда встречаясь в качестве побочных продуктов.
Другие парниковые газы включают водяной пар и озон (O 3 ). Водяной пар на самом деле является самым распространенным парниковым газом в мире, но он не отслеживается так же, как другие парниковые газы, потому что он не выделяется непосредственно человеческой деятельностью и его последствия не совсем понятны. Аналогичным образом, приземный или тропосферный озон (не путать с защитным стратосферным озоновым слоем выше) не излучается напрямую, а возникает в результате сложных реакций среди загрязнителей в воздухе.
Воздействие парниковых газов
Парниковые газы оказывают серьезное воздействие на окружающую среду и здоровье человека. Они вызывают изменение климата, задерживая тепло, а также способствуют развитию респираторных заболеваний, вызванных смогом и загрязнением воздуха. Экстремальные погодные условия, перебои с питанием и увеличение количества лесных пожаров – это другие последствия изменения климата, вызванного парниковыми газами. Типичные погодные условия, на которые мы рассчитывали, изменятся; некоторые виды исчезнут; другие будут мигрировать или расти.( Подробнее об эффектах парниковых газов в результате изменения климата здесь. )
Климат 101: Загрязнение воздуха Что такое загрязнение воздуха? Узнайте, как парниковые газы, смог и токсичные загрязнители влияют на изменение климата и здоровье человека.Выберите кадры любезно предоставленные НАСА
Как сократить выбросы парниковых газов
Практически каждый сектор мировой экономики, от производства до сельского хозяйства, транспорта и производства энергии, выделяет парниковые газы в атмосферу, поэтому все они должны эволюционировать от ископаемого топлива, если мы хотим избежать наихудших последствий изменения климата.Страны мира признали эту реальность в Парижском климатическом соглашении 2015 года. Изменения будут наиболее важными среди крупнейших источников выбросов: 20 стран несут ответственность по меньшей мере за три четверти мировых выбросов парниковых газов, вместе с Китаем, США, и Индия лидирует.
Технологии снижения выбросов парниковых газов по большей части уже существуют. Они включают в себя обмен ископаемого топлива на возобновляемые источники, повышение энергоэффективности и снижение выбросов углерода путем установления цены на них.( Подробнее о таких решениях можно прочитать здесь. )
Технически у мира есть только одна пятая его “углеродного бюджета” – общая сумма составляет 2,8 триллиона метрических тонн – остающаяся во избежание потепления Земли более чем на 1,5 градуса Цельсия. Чтобы остановить тенденции в движении, потребуется нечто большее, чем просто отказ от ископаемого топлива. Фактически, пути к остановке повышения глобальной температуры на 1,5 или 2 градуса по Цельсию, две цели, намеченные МГЭИК, в некоторой степени основаны на применении методов всасывания СО2 с неба.К ним относятся посадка деревьев, сохранение существующих лесов и лугов, а также улавливание CO 2 с электростанций и заводов.
,углекислого газа нагревает планету (вот как)
Глава Агентства по охране окружающей среды (EPA) сказал, что он не считает, что углекислый газ является основной движущей силой изменения климата.
“Я думаю, что точное измерение человеческой деятельности на климате является чем-то очень сложным, и есть огромные разногласия по поводу степени воздействия. Поэтому нет, я бы не согласился, что это основной источник глобального потепления, которое мы видим Вчера, 9 марта, глава EPA Скотт Пруитт заявил на утреннем выпуске новостей CNBC “Squawk Box”.
Комментарии Пруитта противоречат научным исследованиям по изменению климата. Но когда даже глава EPA сомневается в консенсусе, может быть трудно пробиться сквозь шум, чтобы понять, что на самом деле используют ученые-исследователи, когда выражают озабоченность по поводу изменения климата. [Реальность изменения климата: 10 разрушенных мифов]
«Я думаю, что у многих людей в жизни возникают довольно серьезные проблемы, и у них просто нет времени, чтобы сделать всю домашнюю работу и справочную информацию, чтобы это выяснить». сказала Кэтрин Мур Пауэлл, климатолог из Полевого музея в Чикаго.
Итак, вот учебник, объясняющий, почему ученые точно знают, что климат меняется, и что человеческая деятельность вызывает его.
Земля прогревается
(Изображение предоставлено: Межправительственная группа экспертов по изменению климата (5-й сводный доклад))В этот момент даже самым стойким отрицателям климата трудно будет утверждать, что климат не прогревается. Проще говоря, там становится жарче. Объединяя измерения суши и океана с 1850 по 2012 годы, исследователи обнаружили, что средняя температура приземного воздуха в мире повысилась на 1.4 градуса по Фаренгейту (0,8 градуса по Цельсию) с начала индустриальной эпохи. Это согласно пятому докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), выпущенному в 2014 году. Верхний график на рисунке из сводного отчета МГЭИК для политиков показывает аномалию температуры в градусах Цельсия.
Следующий график в этой последовательности показывает повышение уровня моря, которое с 1901 года в среднем возросло примерно на 7,4 дюйма (0,19 метра). Согласно МГЭИК, темпы подъема уровня моря с середины 1800-х годов был выше, чем в течение предыдущих двух тысячелетий.По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), ученые используют мареографы и спутниковые измерения для отслеживания изменений уровня моря. По данным НАСА, геологи и другие ученые Земли могут изучать горные породы, окаменелости и керны отложений, чтобы в долгосрочной перспективе взглянуть на изменения уровня моря.
Два нижних графика показывают рост концентрации парниковых газов и предполагаемые выбросы двуокиси углерода людьми с 1850 года. Тенденция к росту очевидна на каждом рисунке. Ученые контролируют содержание углекислого газа в атмосфере, накачивая воздух в искусственную камеру и пропуская инфракрасный свет через образец.Углекислый газ очень эффективно поглощает инфракрасный свет – больше за минуту – поэтому количество поглощенного инфракрасного излучения можно использовать для расчета количества CO2 в образце. [10 лучших способов уничтожить Землю]
Главным (и самым продолжительным) местом для этих измерений является обсерватория Мауна-Лоа на Гавайях, которая недавно сообщила, что концентрация углекислого газа в атмосфере планеты превысила 400 частей на миллион. В 1958 году, когда начались наблюдения в Мауна-Лоа, ежегодная концентрация углекислого газа в атмосфере составляла 315 частей на миллион.
Физика парниковых газов
Углекислый газ не является кандидатом для потепления атмосферы. В 1896 году шведский ученый Сванте Аррениус (который впоследствии получит первую в истории Нобелевскую премию по химии) опубликовал в «Философском журнале» и «Журнале науки» статью, в которой изложены основы так называемого «парникового эффекта».
Эффект является результатом того, как энергия взаимодействует с атмосферой. Солнечный свет входит в атмосферу как ультрафиолетовый и видимый свет; часть этой солнечной энергии затем излучается обратно в космос в виде инфракрасной энергии или тепла.Атмосфера состоит из 78 процентов азота и 21 процента кислорода, которые представляют собой газы, состоящие из молекул, содержащих два атома. Эти тесно связанные пары не поглощают много тепла.
Но парниковые газы, в том числе углекислый газ, водяной пар и метан, имеют по меньшей мере три атома в своих молекулах. Эти слабо связанные структуры являются эффективными поглотителями длинноволнового излучения (также известного как тепло), отражающегося от поверхности планеты. Когда молекулы в углекислом газе и других парниковых газах повторно излучают это длинноволновое излучение обратно к поверхности Земли, в результате происходит нагревание.
Это действительно углекислый газ?
Итак, температура повышается, как и уровни содержания углекислого газа в атмосфере. Но связаны ли два?
Да. Доказательства сильны. В 2006 году ученые представили плакат на 18-й Конференции по изменчивости и изменению климата, в котором даже измеряли эффект напрямую. Используя спектрометры (инструменты, которые измеряют спектры для определения конкретных длин волн), исследователи проанализировали длины волн инфракрасного излучения, достигающего земли.Основываясь на различных длинах волн, ученые определили, что происходит больше излучения из-за вклада конкретных парниковых газов.
В целом, они обнаружили, что излучение парниковых газов увеличилось на 3,5 Вт на квадратный метр по сравнению с доиндустриальным периодом, увеличившись чуть более чем на 2 процента. Другие исследователи отметили «пропущенные» инфракрасные длины волн в излучении в космос, явление, которое возникает из-за того, что эти недостающие длины волн застряли в атмосфере.
Ученые также знают, что дополнительный углерод в атмосфере – это тот же углерод, который образуется при сжигании ископаемого топлива.Анализируя молекулярные изменения, называемые изотопами, исследователи могут проследить происхождение углерода в атмосфере, сказал Мур Пауэлл.
«Мы знаем, как выглядит сжигание ископаемого топлива в научном смысле», – сказала она.
Это не значит, что климат такой же простой, как и теплица. Многие факторы влияют на глобальные температуры, включая извержения вулканов и изменения в солнечном цикле и орбите Земли, которые изменяют количество солнечного света, достигающего планеты.
Но ученые знают, что вулканы и солнце не виноваты в недавнем изменении климата.Согласно МГЭИК, выбросы диоксида вулканического углерода составляли не более одной сотой выбросов CO2 человеком с 1750 года. Кроме того, извержения вулканов вызывают изменения в течение коротких периодов времени, составляющих около двух лет, а не долгосрочных изменений, наблюдаемых в настоящее время.
Солнце более сложное, но исследователи обнаружили, что недавний минимум солнечного цикла (между 1986 и 2008 гг.) Был фактически ниже, чем предыдущие два минимума солнечного цикла (солнце движется между тихими минимумами и активными максимумами примерно один раз каждые пять года).Во всяком случае, заключил МККЗР, недавняя солнечная активность должна была привести к охлаждению, а не к потеплению. Аналогичным образом, исследование 2012 года показало, что между 2005 и 2010 годами, периодом, когда солнечная активность была низкой, Земля все еще поглощала 0,58 ватт избыточной энергии на квадратный метр, продолжая нагреваться, несмотря на более низкий уровень солнечной энергии, поступающей в систему.
Где настоящая неопределенность?
Учитывая вес данных, ученые пришли к единому мнению, что изменение климата происходит, и что выбросы парниковых газов человека являются основной причиной.
Так где же настоящие научные дебаты?
Осталось еще много вопросов о том, как быстро произойдет изменение климата и каковы будут точные последствия.
«Я бы сказал, что наиболее неопределенным является то, насколько быстро все меняется», – сказал Мур Пауэлл. «Я очень заинтересован в темпе».
Одним из главных неизвестных факторов является абсолютное влияние облаков на климат: облака белые, поэтому они отражают солнечный свет обратно в космос, что может иметь охлаждающий эффект.Но облака также являются водяным паром, который задерживает тепло. Ученые утверждают, что различные типы облаков могут оказывать эффект потепления или охлаждения, поэтому точную роль облаков в контуре обратной связи глобального потепления по-прежнему трудно распутать.
Другой животрепещущий вопрос – насколько высоко и как быстро поднимется уровень моря по мере расширения потепления морских вод и таяния антарктического и арктического льда. МГЭИК прогнозировала рост от 20 до 38 дюймов (от 52 до 98 см), предполагая, что не предпринимается никаких усилий для сокращения выбросов парниковых газов.
Этот диапазон широк, во многом потому, что динамика антарктических ледниковых щитов до конца не изучена. Исследователи считают, что если наземные ледники Антарктиды быстро уйдут в море с небольшим потеплением, это станет плохой новостью для прибрежных сообществ. Вот почему ученые внимательно следят за тем, как раскол раскалывает ледяной шельф Ларсена С в море Уэдделла. Если гигантское событие отела айсберга, которое должно произойти, дестабилизирует шельфовый ледник, это может привести к быстрому потоку наземных ледников за ним в океан.Этот тип быстрого ледникового потока уже произошел поблизости, когда ледяной шельф Ларсена Б в 2002 году рухнул.
Для такого эколога, как Мур Пауэлл, есть также множество вопросов, которые необходимо ответить о том, как экосистемы будут реагировать на изменение климата. Если темп достаточно медленный, растения и животные могут адаптироваться. Но во многих местах изменения происходят очень быстро, сказал Мур Пауэлл.
«В этом темпе недостаточно времени для естественной адаптации», – сказала она.
Оригинальная статья о живой науке.
,глобальных моделей диоксида углерода
Почти любое обсуждение глобального потепления начинается или заканчивается углекислым газом. Из-за своей молекулярной структуры углекислый газ является парниковым газом, что означает, что он позволяет видимому свету от Солнца проходить через атмосферу, поглощая и переизлучая инфракрасную энергию, нагревая Землю.Парниковые газы действуют как изоляция и отвечают за комфорт климата Земли – без них наша планета имела бы среднюю температуру -18 по Цельсию (0 по Фаренгейту). С начала промышленной революции люди выпускают углекислый газ в атмосферу путем сжигания ископаемого топлива и вырубки лесов. Добавляя в атмосферу дополнительные парниковые газы, люди повышают температуру планеты с помощью широкомасштабных воздействий.
Углекислый газ не является ни самым мощным, ни самым распространенным парниковым газом, но он является наиболее ответственным за изменение глобальных температур.Эта тесная связь между климатом и углеродом является веской причиной для отслеживания концентрации углекислого газа в атмосфере. Первым космическим прибором, позволяющим независимо измерять атмосферный углекислый газ днем и ночью и в ясных, и в облачных условиях по всему земному шару, является атмосферный инфракрасный эхолот (AIRS) на спутнике НАСА “Аква”.
На приведенной выше карте показан углекислый газ в средней тропосфере, той части атмосферы, где наблюдается большая часть погоды.Данные были собраны в мае 2013 года, когда уровни содержания углекислого газа достигли своего наивысшего уровня по крайней мере за 800 000 лет. Самые высокие концентрации, показанные желтым цветом, находятся в Северном полушарии. Концентрации ниже в южном полушарии. В мае вегетационный период в северном полушарии только начинался, поэтому растения удаляли мало углерода из атмосферы.
Прибор AIRS измеряет 2378 различных инфракрасных каналов или сегментов инфракрасного света. Углекислый газ поглощает и излучает инфракрасные лучи определенной длины, что придает ему уникальный отпечаток.Измеряя испускаемое тепловое инфракрасное излучение, AIRS может обнаружить этот отпечаток, предоставляя ученым способ оценить концентрацию углекислого газа в глобальном масштабе.
AIRS показал, что углекислый газ неравномерно распределен по всему земному шару; это пятнистый с высокими концентрациями в одних местах и более низкими концентрациями в других. Транспортировка и распределение газа в атмосфере контролируется реактивным потоком, большими метеорологическими системами и другими крупномасштабными атмосферными циркуляциями.Результаты AIRS подняли новые вопросы о том, как углекислый газ транспортируется из атмосферы в одно место в другое – как горизонтально, так и вертикально. Чтобы ответить на эти и другие вопросы, НАСА готовится к запуску Орбитальной углеродной обсерватории в 2014 году. Это будет первый спутник, предназначенный для мониторинга углекислого газа, и он будет делать это с большей точностью и детальностью, чем современные приборы.
Многое из того, что мы теперь знаем о концентрациях углекислого газа в атмосфере, получено со станции мониторинга в Мауна-Лоа, Гавайи, созданной Чарльзом Дэвидом Килингом в 1958 году.На приведенном ниже графике показаны измерения с этой наземной станции, пик которой в мае 2013 года составил 399,76 частей на миллион. В начале промышленной революции уровень углекислого газа в атмосфере составлял примерно 278 частей на миллион.
Воздействие растущих концентраций углекислого газа, включая более высокие глобальные температуры, изменение погодных условий, изменения в экосистемах и таяние льдов, обобщено в новом пятом оценочном докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), который будет выпущен 30 сентября 2013 г.Резюме отчета для политиков будет представлено в веб-трансляции 27 сентября. Последний сводный отчет об оценке был выпущен в 2007 году.
Изображение Роберта Симмона и Джесси Аллена с данными Обсерватории Земли НАСА, предоставлено научной группой AIRS. Данные Мауна Лоа любезно предоставлены Лабораторией исследования системы Земли NOAA. Подпись Холли Рибик.
,