4. JAKOŚĆ POWIETRZA WEWNĘTRZNEGO
4.4. Wpływ emisji zanieczyszczeń z systemów wentylacyjnych na jakość powietrza
4.4.1. Źródła zanieczyszczeń powietrza w systemach wentylacyjnych
Badania przeprowadzono w 8 budynkach biurowych, w których systemy wentylacyjne użytkowane były od 2 do 16 lat. W tabeli 4.6 przedstawiono szczegółowe informacje na temat tych systemów. Strumień objętości powietrza wentylacyjnego przepływającego w badanych systemach wynosił od 800 do 29000 m3/godzinę.
Do badania źródeł zanieczyszczeń w systemach wentylacyjnych zastosowano metodę polegającą na ocenie jakości powietrza przed i po każdym elemencie centrali klimatyzacyjnej (rys.4.22). Jakość powietrza oceniana była przez grupę 7-9 przeszkolonych osób, zgodnie
’ aut. Pejtersen J BluyssenP Kondo H Clausen G Fanger P O thun. Specjał A red. Wargocki P Gierczycka E
z metodą opracowaną przez Bluyssena i in.1989 (rozdział 6.1). Oceny jakości powietrza w systemie wentylacyjnym dokonywano przy zmniejszonym przepływie powietrza uzyskanym poprzez zmniejszenie prędkości obrotowej wentylatora nawiewnego (za pomocą przemiennika częstotliwości). Jednoczesne wyłączano wentylator wywiewny, a dla uniknięcia nadciśnienia otwierano przepustnicę w kanale wywiewnym.
Tab.4,6 Charakterystyka badanych systemów wentylacyjnych
System 1 2 3 4 5 6 7 8
Rok budowy 1972 1978 1986 1975 1975 1978 1973 1984
Strumień powietrza m!/godz
8900 5100 3300 14400 28900 6700 10400 800
Zredukowany strumień powietrza m3/godz
2900 500 500 3300 3300 1100 3800 300
Wentylator odśrodkowy odśrodkowy odśrodkowy odśrodkowy osiowy odirodkowy odSrodkowy odSrodkowy
Filtr + + + + + + + + wentylacyjnego. Przed oceną jakości powietrza, osoby dokonujące ocen szkolone były w komorach klimatycznych (Bluyssen i in1989). W trakcie przeszkolenia osoby te uczyły się jak dokonywać oceny jakości powietrza bezpośrednio w decypolach przy użyciu wzorców i oceniały jakość powietrza zanieczyszczonego próbkami elementów składowych systemu wentylacyjnego. Po przeszkoleniu, osoby przewożono w klimatyzowanych samochodach do budynku gdzie dokonywano pomiarów. Bezpośrednio przed wejściem do budynku, osoby oceniały jakość powietrza zewnętrznego, a następnie udawały się do pomieszczenia znajdującego się w pobliżu miejsca pomiarów i wentylowanego przy wysokim wydatku powietrza zewnętrznego. W trakcie pomiarów osoby opuszczały kolejno to pomieszczenie i oceniały próbki powietrza pobierane w różnych punktach systemu wentylacyjnego.
Każdorazowo jako pierwsza oceniana była próbka powietrza z przewodu z powietrzem zewnętrznym bezpośrednio za czerpnią, a następnie próbki z 6-8 pozostałych punktów pomiarowych. Kolejność ocen próbek była dobierana losowo, tak aby osoby dokonujące ocen jakości powietrza nie wiedziały, z którego miejsca systemu wentylacyjnego pochodziła próbka powietrza do oceny. Przed i po każdej ocenie mierzono prędkość, temperaturę i wilgotność próbki powietrza pobieranej z systemu wentylacyjnego i ocenianej przez ludzi
108 ŚRODOWISKO WEWNĘTRZNE
(rys.4.22). W ciągu badań średnia ocena jakości powietrza zewnętrznego wynosiła 0,6 ± 0,3 decypola, a odsetek niezadowolonych z jakości powietrza zewnętrznego wynosił 10%.
Średnia temperatura powietrza zewnętrznego podczas pomiarów wynosiła 6°C. Średnia temperatura ocenianych próbek powietrza z systemu wentylacji wynosiła 19,5±3,2°C, wilgotność względna 31 ± 9%, a natężenie przepływu próbkowanego powietrza 1,3 ± 0,3 l/s.
Rys.4.22 Ocena jakości powietrza przed i po każdym elemencie centrali klimatyzacyjnej Ocena jakości powietrza przed i po każdym elemencie centrali klimatyzacyjnej umożliwiała obliczenie, w jakim stopniu każdy element instalacji wpływa na zanieczyszczenie powietrza w systemie wentylacyjnym. Wyniki obliczeń są skorygowane o zanieczyszczenia pochodzące od urządzenia do próbkowania powietrza i zanieczyszczenia występujące w powietrzu zewnętrznym.
Pogorszenie jakości powietrza określone przez przyrost decypoli po każdym elemencie centrali klimatyzacyjnej zostało zilustrowane na rysunku 4.23. Rysunek obrazuje wartości średnie dla wszystkich badanych systemów wentylacji, a przyrost decypoli odniesiony jest do warunków rzeczywistego przepływu powietrza, a nie do obniżonej ilości powietrza przepływającego przez systemy wentylacyjne podczas pomiarów. Przy przeliczeniu decypoli na rzeczywistą ilość powietrza przepływającego przez system wentylacyjny założono odwrotnie proporcjonalną zależność pomiędzy ilością powietrza a strumieniem powietrza wentylacyjnego.
decypol
|
0.4•§
i
8 0.2 .
1
i ° '1
1
I oo° -0.1
3 ł
! 41 1
ITT © < 8| | 1 |
Rys.4.23 Zmiana jakości powietrza p rzy przepływie przez centrale klimatyzacyjne; wartość średnie dla ośmiu badanych systemów wentylacyjnych
W tabeli 4.7 przedstawiono całkowity stopień pogorszenia jakości powietrza przepływającego przez badane systemy wentylacyjnego wyrażony przez przyrost decypoli.
Średnio dla ośmiu badanych systemów wentylacyjnych przyrost ten wynosił 0,8 decypola.
Zmiana jakości powietrza na skutek zanieczyszczeń pochodzących od kanałów wentylacyjnych nie była pomierzona.
Tab.4.7 Stopień pogorszenia się jakości powietrza po przepływie przez centralę klimatyzacyjną w 8 badanych systemach wentylacji, z wyłączeniem kanałów wentylacyjnych
System nr 1 2 3 4 5 6 7 8 Średnia dla 8
systemów Przyrost decypoli wyrażający
stopień pogorszenia jakości powietrza
0,53 0,19 0,96 1,67 0,45 1,23 0,97 0,49 0,81
We wszystkich 8 badanych systemach wentylacyjnych zostały odnalezione znaczące źródła zanieczyszczeń, którymi były głównie filtry powietrza, wymienniki do odzysku ciepła
¡nawilżacze powietrza. Filtry powietrza powodowały pogorszenie jakości powietrza odpowiadające średnio przyrostowi rzędu 0,4 decypola, przy czym nie zaobserwowano różnic w stopniu pogorszenia jakości powietrza dla różnych typów filtrów stosowanych w badanych systemach wentylacyjnych. Spośród badanych wymienników do odzysku ciepła, dwa obrotowe wymienniki ciepła były znaczącym źródłem zanieczyszczeń, a wymiennik krzyżowy nie wprowadzał zanieczyszczeń. Trzy nie działające wodne nawilżacze powietrza były suche, ale zardzewiałe i na skutek tego znacząco wpływały na zanieczyszczenie powietrza, podczas gdy działający nawilżacz parowy nie powodował zanieczyszczania powietrza. Przykładowa ocena jakości powietrza w systemie wentylacyjnym nr 7 jest przedstawiona na rysunku 4.24. Założono, że przewody, przez które przepływa powietrze zewnętrzne między czerpnią a centralą klimatyzacyjną nie powodują pogorszenia jakości powietrza.
decypol
Rys. 4.24 Ocena ja ko ści powietrza w systemie wentylacyjnym nr 7
11 0 ŚRODOWISKO WEWNĘTRZNE
4.4.2 W pływ zanieczyszczeń pow ietrza em itow anych przez filtry w instalacji w entylacyjnej na kom fort i zdrow ie
W celu oceny wpływu pyłu gromadzącego się na filtrach powietrza w systemach wentylacyjnych na jakość powietrza i na dolegliwości zdrowotne określane mianem SBS prowadzono badania w pomieszczeniu biurowym o powierzchni 36 m2 i kubaturze 108 m . Pomieszczenie to charakteryzowało się niską emisyjnością, a na trzy lata przed badaniami zostało wyremontowane. N a podłogę położono niskoemisyjną wykładzinę z płytek poliolefinowych, a ściany pomalowano niskoemisyjną farbą wodną. Rys.4.25 przedstawia pomieszczenie, w którym prowadzono badania.
Rys.4.25 Pomieszczenie, w którym przeprowadzono badania: 1-przegroda, 2-wentylator osiowy doprowadzający powietrze zewnętrzne z przepustnicą i tłumikiem, •?- elektryczny grzejnik olejowy, 4-klimatyzator, 5-ultradźwiękowy nawilżact powietrza, 6-wiatraczek, 7-miejsce pracy, 8-punkty pomiarowe temperatur)’
i wilgotności względnej powietrza oraz stężenia gazu znacznikowego, CO2, ultra drobnych cząstek pyłu i ozonu, 9-wylot powietrza wentylacyjnego, 10-centrala wentylacyjna, w której zakładano filtry stare lub nowe
Pomieszczenie podzielono na dwie części przy pomocy przegrody o wysokości 2 metrów, ale powietrze po obu jej stronach mogło się swobodnie mieszać ze sobą. Po jednej stronie przegrody znajdowało się 6 miejsc pracy składających się z biurka i komputera Po drugiej stronie przegrody doprowadzane było powietrze zewnętrzne do pomieszczenia za pom ocą wentylatora osiowego zainstalowanego w oknie. Powietrze wywiewane było prze2 szczelinę w dolnej części drzwi. Stałą temperaturę i wilgotność powietrza utrzymywano w pomieszczeniu dzięki zastosowaniu elektrycznych grzejników olejowych o mocy 2 kW oraz ultradźwiękowych nawilżaczy powietrza. Gdy zachodziła konieczność chłodzenia, dodatkowo włączał się klimatyzator. Dobre wymieszanie powietrza w całej przestrzeni
* aut. Clausen G Alm O Fänger P O tłum. Gierczycka E red. Wargocki P Gierczycka E
biurowej zapewniały wiatraczki. Wszystkie wymienione urządzenia znajdowały się za przegrodą. Tam też umieszczono m ałą centralę wentylacyjną, składającą się z sekcji filtrów workowych, wentylatora i tłumika. Wlot powietrza do centrali znajdował się na przeciwko wlotu powietrza zewnętrznego, a wylot kierował powietrze do pomieszczenia, a zatem centrala recyrkulowała powietrze w pomieszczeniu.
W badaniach uczestniczyło trzydzieści kobiet w wieku 20-^30 lat, średnio 23,4 ± 2,6 lat.
Wśród nich nie było osób cierpiących na choroby układu oddechowego. Przed badaniami, uczestniczki poddane zostały testom zapachowym oceniającymi ich zmysł węchu. Żadna z nich nie zrezygnowała z udziału w badaniach.
Podczas badań użyto 2 sekcji filtrów workowych o rozmiarze 0,3x0,6 m, typu EU 7, wykonanych z włókna szklanego. Każda sekcja zawierała 6 worków o całkowitej powierzchni 1 m . Jedna sekcja składała się z nowych filtrów. Przed badaniami umieszczona została na 3 dni w pracującym układzie wentylacyjnym o przepływie 500 l/s. Druga sekcja składała się z filtrów starych, tj. używanych wcześniej w systemie wentylacyjnym. Jako filtry stare zastosowano filtry, które były zainstalowane przez 1 rok w części nawiewnej instalacji wentylacyjnej w budynku biurowym położonym na przedmieściach. Zostały one zdemontowane z instalacji na miesiąc przed rozpoczęciem badań. W trakcie pracy w instalacji wentylacyjnej przepływ powietrza przez te filtry wynosił 500 l/s przez 12 godzin dziennie, co daje w sumie około 7,8-106 m 3 powietrza, które przepłynęło przez te filtry. W okresie przed rozpoczęciem badań oraz pomiędzy sesjami pomiarowym przepływ powietrza zewnętrznego przez te filtry wynosił 70 l/s.
Filtr stary lub nowy umieszczano w centrali wentylacyjnej za przegrodą w pomieszczeniu badawczym na trzy godziny przed rozpoczęciem badań i przenoszono i powrotem do innego układu wentylacyjnego po zakończeniu każdej sesji badawczej.
Podczas badań przez filtry te przepływało powietrze ze stałym natężeniem wynoszącym 105 l/s.
Pomieszczenie, w którym prowadzono badania, było wentylowane powietrzem zewnętrznym o natężeniu przepływu 48 l/s, co odpowiadało 8 l/(s-osobę) (przy 6 osobach znajdujących się w pomieszczeniu), wymianie powietrza w wysokości 1,6 1/godz lub ilości powietrza wynoszącej 1,33 l/s na m2 podłogi. Ta ilość powietrza odpowiada warunkom stawianym pomieszczeniom biurowym posiadającym jakość powietrza kategorii B według.
CEN199 . Osoby biorące udział w badaniach pozostawały w warunkach komfortu cieplnego podczas badań poprzez odpowiednie dostosowanie ilości odzieży tak, aby nie było im ani za ciepło, ani za zimno.
Badania były prowadzone we wszystkie dni robocze w ciągu trzech kolejnych tygodni.
Osoby biorące udział w badaniach zostały podzielone na 5 grup, każda składała się z 6 osób.
Każdego tygodnia badań, każda z grup uczestniczyła jednego, ale zawsze tego samego dnia, w trzech różnych sesjach: treningowej oraz dwóch badawczych. W trakcie sesji badawczych, warunki w pomieszczeniu zmieniano co drugi dzień, montując na przemian nowy i stary filtr w centrali wentylacyjnej. Sesje trwały po 4,5 godziny. Ocen jakości powietrza 1 intensywności dolegliwości zdrowotnych określanych mianem SBS dokonywano w 1., 56.
1175. minucie od momentu wejścia do pomieszczenia. Po 4. godzinach przebywania w pomieszczeniu osoby opuszczały je na ok. 3 minuty, po czym wchodziły do niego ponownie, aby kolejny raz ocenić jakość powietrza.
Wyniki pomiarów parametrów powietrza w pomieszczeniu zestawiono w tabeli 4.8.
Odsetek niezadowolonych z jakości powietrza zewnętrznego podczas badań wynosił 1%.
11 2 ŚRODOWISKO WEWNĘTRZNE
Tab. 4.8 Wartości średnie ± odchylenie standardowe parametrów powietrza w pomieszczeniu podczas badań
Natężenie przepływu powietrza zewnętrznego, l/s 46 49
Stężenie C 0 2, ppm 920 ± 2 1 9 1000 ± 100
Stężenie ozonu w pomieszczeniu, ppb 7,3 ± 3 9,1 ± 1 ,7
Stężenie ultra drobnych cząstek pyłu, liczba/cm3 2323 ± 1073 1855 ± 6 2 8
Poziom oświetlenia, luks 355 450
Oceny jakości powietrza oraz intensywności dolegliwości zdrowotnych określanych mianem SBS zestawiono w tabeli 4.9.
Tab. 4.9 Oceny jakości powietrza, warunków środowiska i intensywności dolegliwości SBS Średnie oceny Czas oceny (ilość minut od momentu wejścia do pomieszczenia)___
1 57 175 1 57 175 1 57 175_
Akceptowalność jakości powietrza1 0,3 0,4 0,5 0 0,3 0,4 0,0003 0,03 nz J
Intensywność zapachu 1,2 0,5 0,5 2 0,7 0,6 0,00003 nz nz _
Podrażnienie oczu 0,4 0,8 1,0 0,6 1,0 1,0 nz nz nz_
Podrażnienie nosa3 0,6 0,5 0,6 1,1 0,6 0,7 0,006 nz nz j
Podrażnienie gardła3 0,4 0,5 0,5 0,6 0,5 0,6 nz nz nz J
Wilgotność powietrza 44 41 43 36 39 41 0,017 nz nz^
Świeżość powietrza 36 43 40 24 33 44 0,0002 0,006 J
Oświetlenie 45 48 47 47 47 47 nz nz nz_.
Hałas4 60 63 66 65 66 66 nz nz nz_j
Akceptowalność hałasu1 0 0,1 0,1 0 0,1 0,1 nz nz nz_.
Akceptowalność warunków w
Intensywność bólu głowy4 9 15 18 21 20 24 0,05 nz __
Brak trudności w myśleniu4 80 74 63 68 65 65 0,01 nz
5L-Zawroty głowy 6 7 6 10 11 14 0,05 nz
--- •—"T— ‘
---Zmęczenie 34 38 48 39 39 46 nz nz
Zdolność do koncentracji 73 71 58 70 61 58 nz nz
Senność4 30 34 47 31 33 38 nz nz nz^ bardzo mocne podrażnienie, 5 - podrażnienie nie do zniesienia
4 0 - niski poziom intensywności, 100 - wysoki poziom intensywności nz - różnica nieistotna statystycznie (ct>0,05)
Wskazują one, że zamontowanie starego filtra w centrali wentylacyjnej miało niekorzystny wpływ na niektóre oceny: pogarszała się jakość powietrza, wzrastała intensywność zapachu, wzrastała intensywność podrażnienia nosa, powietrze było odbierane jako bardziej suche i mniej świeże, malała akceptowalność warunków w pomieszczeniu, zwiększała się intensywność bólu głowy, zwiększały się trudności w myśleniu i koncentracji oraz występowała skłonność do zawrotów głowy.
W oparciu o ocenę jakości powietrza obliczono obciążenia powietrza w pomieszczeniu zanieczyszczeniami odczuwanymi przez ludzi. Wynosiły one 0,72 olf/m2podłogi w przepadku, gdy w centrali wentylacyjnej był zamontowany stary filtr oraz 0,13 olf/m podłogi, gdy był zamontowany nowy filtr. Obciążenie powietrza zanieczyszczeniami odczuwanymi przez ludzi i pochodzącymi od elementów budowlanych i wyposażenia pomieszczenia, gdzie przeprowadzono badania, oszacowano na poziomie ok. 0,12 olf/m podłogi (rozdział 4.3.2). W związku z tym emisja zanieczyszczeń z nowego filtra wynosiła tylko ok. 0,01 olf/m2podłogi, a ze starego filtra aż 0,6 olf/m2podłogi. Tak wysoka emisja zanieczyszczeń z filtra, o rząd wielkości większa niż w badaniach dla podobnego typu filtra (Clausen i in.2002), związana jest najprawdopodobniej z przewymiarowaniem wielkości filtra w obecnych badaniach w odniesieniu do przepływu powietrza. Przepływ powietrza wprowadzonych badaniach wynosił tylko 105 l/s, czyli niemal 5 razy mniej niż nominalny przepływ powietrza przez ten filtr, wynoszący 500 l/s.
Wyniki badań pokazują, że filtry używane w systemach wentylacji i klimatyzacji po pewnym czasie, ale nie dłuższym niż typowy czas pracy wynoszący ok. 1 roku, m ogą powodować pogorszenie jakości powietrza w pomieszczeniach, a także występowanie dolegliwości zdrowotnych określanych mianem SBS u ludzi przebywających w pomieszczeniach. Jest to najprawdopodobniej związane z ilością pyłu i brudu zakumulowanego przez filtry, co w konsekwencji powoduje wzrost obciążeń powietrza zanieczyszczeniami odczuwanymi przez ludzi w pomieszczeniach. Nie je st jednak jasne, które cechy osadzonego na filtrze pyłu są odpowiedzialne za te wpływy. W pierwszym rzędzie podejrzewano, że są to produkty związane z aktywnością mikrobiologiczną na powierzchni filtra, ale ostatnie badania nie potwierdzają tej hipotezy (Alm2 01). Inną przyczyną m ogą być nieprzyjemne zapachy i drażniące związki powstające w reakcjach pomiędzy m aterią organiczną w pyle i ozonem lub innymi związkami chemicznymi znajdującymi się w powietrzu. Wiadomo, że powierzchnia filtra po osadzeniu się na nim pyłu wzrasta nawet do kilkuset m2. Związki chemiczne znajdujące się w powietrzu m ogą adsorbować na tej powierzchni. Następnie m ogą one desorbować do powietrza wentylacyjnego, podczas gdy warunki otoczenia (np. temperatura, przepływ powietrza, itp.) ulegają zmianie.
Podsumowanie:
' Systemy wentylacyjne m ogą być znaczącym źródłem zanieczyszczeń powietrza doprowadzanego do pomieszczeń. Zanieczyszczenia emitowane są głownie przez brudne filtry powietrza, obrotowe wymienniki do odzysku ciepła i wodne nawilżacze powietrza. Źródła te należy mieć na uwadze podczas eksploatacji i konserwacji systemów wentylacyjnych.
* Filtr powietrza podczas pracy w systemie wentylacji może stać się źródłem zanieczyszczenia powietrza, pogarszając jakość powietrza w pomieszczeniach i powodując dolegliwości zdrowotne określane mianem SBS wśród ich użytkowników.
114 ŚRODOWISKO WEWNĘTRZNE
4.5 Pomiar jakości powietrza i obciążeń powietrza zanieczyszczeniami odczuwanymi