На просторах интернета встречается множество мнений о том сколько воздуха надо подавать для дыхания человека.
В этой статье я постараюсь дать максимально развернутый ответ на этот вопрос.
Что бы понять сколько воздуха нужно человеку для дыхания, нам надо определиться со следующими исходными данными:
«Для чего нам нужен свежий воздух?»;
«Что такое качественный воздух?»;
«Качество наружного воздуха?».
Для чего нам нужен свежий воздух?
Банальнейший ответ на этот вопрос будет для дыхания. Что это значит да все просто человек вдыхает воздух содержащий кислород и выдыхает уже воздух содержащий диоскид углерода СО2 (опустим при это выдыхаемую влагу и биофлюенты).
«Общеизвестно, что один человек в спокойном состоянии, на пример 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.) СО 2 , то в выдыхаемом – 3,6 % (об.), то есть возрастает более чем в 100 раз. » [1]
Главным критерием по которому мы будем судить от том сколько воздуха нужно человек и как он загрязняет воздух вокруг себя будет СО2 . Именно СО и будет тот параметром от которого мы будем отталкиваться в дальнейших рассуждениях.
Как видно потребление сильно зависит от занятия человека, если человек отдыхает(спит) то выделяет всего 14 л/ч СО2 , человек занимающийся легкой деятельностью (сидящий за компьютером) выделяет уже 20 л/ч, человек занятый домашними делами будет выделять уже 40 л/ч, ну, а человек занимающий тяжелым физическим трудом выделяет уже до 110 л/ч СО2.
Как видно чем выше активность человека тем больше и выделение СО2 и соответственно потребление свежего воздуха.
Для удобства дальнейших расчетов переведем выделение СО2 в мг/ч, плотность примем согласно ГОСТ 8050-85 «Двуокись углерода газообразная и жидкая. Технические условия» 1,839 кг/м3 .
Качество воздуха.
Обратимся к ГОСТ 30494-2011
2.2 Качество воздуха
2.2.1 качество воздуха: Состав воздуха в помещении, при котором при длительном воздействии на человека обеспечивается оптимальное или допустимое состояние организма человека.
2.2.2 оптимальное качество воздуха: Состав воздуха в помещении, при котором при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивается комфортное (оптимальное) состояние организма человека.
2.2.3 допустимое качество воздуха: Состав воздуха в помещении, при котором при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивается допустимое состояние организма человека.
5.1 Качество воздуха в помещениях жилых и общественных зданий обеспечивается согласно действующим нормативно-техническим документам** (см. [3]***) необходимым уровнем вентиляции (величиной воздухообмена в помещениях), обеспечивающим допустимые значения содержания углекислого газа в помещении. При сокращении воздухообмена обеспечивается снижение энергозатрат системой вентиляции, а также повышение энергоэффективности систем вентиляции.
_______________
** В Российской Федерации действует ГОСТ Р ЕН 13779-2007.
И к СП60.13330.2020
5.4 Качество воздуха в помещениях жилых и общественных зданий следует обеспечивать согласно ГОСТ 30494 необходимой величиной воздухообмена в помещениях.
Для дошкольных образовательных организаций, больниц и поликлиник следует принимать оптимальные показатели качества воздуха.
Для жилых и общественных зданий следует принимать допустимые показатели качества воздуха; оптимальные показатели воздуха для указанных зданий необходимо принимать по заданию на проектирование.
Как видно качество воздуха в жилых и общественных помещения должно обеспечиваться на уровне допустимые значения содержания углекислого газа в помещении.
Но кроме значений превышения содержания СО2 во внутреннем воздухе относительно приточного воздуха есть ещё 1 ограничение.
В середине 19 века Макс фон Петтенкофер предположил, что содержание в воздухе ограничено содержанием, равным объемной доле 0,1%, эквивалентным 1000 млн-1 . Это значение теперь известно как число Петтенкофера, при котором загрязнение воздуха внутри помещений, вызванное выдыхаемым людьми воздухом, считается безопасным для здоровья. Значение используется уже несколько десятилетий в качестве критерия удовлетворительного качества воздуха замкнутого помещения, а также при проектировании систем кондиционирования и вентиляции воздуха. С этой целью в стандарте по проветриванию DIN 1946-2 [4] было установлено значение объемной доли 0,15% (1500 млн-1 ). При этом в ЕН 13779 установлена классификация качества воздуха в помещениях в соответствии с увеличением уровня в помещении по сравнению с атмосферным воздухом исходя из приблизительного уровня содержания в атмосферном воздухе от 350 до 400 млн-1 .
Как видно рекомендуемый максимальный уровень СО2 в помещении рекомендуется применять на уровне 1000 ppm и допускается повышать до 1500 ppm при вентиляции проветриванием (кратковременным открыванием окон через определенные промежутки времени)
Качество наружного воздуха.
Ну и последний элемент который нам необходим для расчёта расхода воздуха в помещении это содержание СО2 в наружном воздухе.
ГОСТ 30494-2011 и ГОСТ Р ЕН 13779-2007 дают нам следующие ориентиры. Но дополняют что это среднегодовые цифры и их использовать нельзя.
Тогда сколько же нам принимать в расчётах?
Общемировая концентрация СО2 в наружном воздухе уверенно подбирается к значению в 420 ppm.
Но давайте рассмотри более близкие результаты, так Томский институт оптики атмосферы измеряет уровень СО2 на станциях расположенных как рядом с городом, так и находящимися на расстоянии 60 км от него
Как видно даже на удалении от крупных населенных пунктов, уровень СО2 находится на уровне 420 ppm . А рядом с городом держится на уровне 430 ppm с пиками до 455 ppm .
Расход воздуха
Ну а теперь рассчитаем требуемый расход воздуха для дыхания человека. Согласно СП60.13330.2016
Примем за уровень СО2 в наружном воздухе значение в 430 ppm и рассчитаем расход воздуха для условий жилого дома где человек занимается легкой и сидячей работой, сном при разных требованиях к качеству воздуха.
Как видно значения расходов воздуха в зависимости от требования к качеству воздуха могут отличаться почти в 7 раз.
Сравним полученные значения с требованиями СП60.13330.2016
Как видно при принятии расходов воздуха на человека по СП60.13330. при расходе 30м.куб на человека в квартире с естественным проветриванием (но не забываем, что должно быть и само проветривание) будет обеспечиваться норма, что по допустимому качеству воздуха (IDA 3) что про концентрации не более 1000 ppm во внутреннем воздухе и качество воздуха будет близко к среднему/высокому/IDA 2 по ГОСТ 30494-2011/ГОСТ Р ИСО 16000-26-2015/ГОСТ Р ЕН 13779-2007
При необходимости же достижения высокого (IDA 1) качества воздуха следует ориентироваться на расход воздуха в 50 м.куб/ч на человека.
При этом следует ориентироваться на значения при сидячей работе, а не при сне т.к хоть человек и проводить в жилье большую часть времени во сне при бодрствовании для ему требуется больше воздуха.