Vydýchaný vzduch a jak správně větrat

Člověk v klidu vydýchá za 24 hodin přes 1 kg oxidu uhličitého (CO₂). Delší pobyt v nevětrané místnosti vede k rychlému růstu obsahu CO₂, přidušení a dlouhodobě i k chronickým zdravotním potížím. V článku je výpočtový program, s jehož pomocí čtenář stanoví intenzitu větrání místnosti s lidmi.

I dnes převládá myšlení a bohužel i praxe, které považují větrání za nutné hlavně proto, aby v zimě v zateplených domech s těsnými okny nevlhly stěny a nebujela plíseň. Avšak hlavním smyslem větrání je především dýchat uvnitř budov zdravý čerstvý vzduch. Jenže zdravé dýchání současné české stavitelství trvale přehlíží, jsouc zapáleno bojem proti fiktivnímu globálnímu oteplování a nyní i proti koronaviru, jehož agenda pohrdá čerstvým vzduchem ještě víc.

Princip fungování ventilačních a rekuperačních jednotek

Čerstvý vzduch je pro člověka nepostradatelný. Jeho přísun do interiéru by proto měl být takový, abychom jej nestihli svým dýcháním spotřebovat. Nabízí se pravidelné intenzivní…

Větrání je důležitější než zateplení

Venkovní hladina CO₂ ve volné přírodě je na úrovni do 400 ppmv. To je i pro člověka vhodná, ne-li ideální úroveň a zároveň to prostředí, za něhož člověk kdysi dávno vznikl. Ze zkušenosti také víme, že hladina 700 ppmv CO₂ je ještě zdravotně přijatelná. Ovšem od úrovně 1000 ppm CO₂ výše již začínají potíže a některé země, např. USA, už regulují délku pobytu.

Dodejme, že lidé většinou nezaznamenají, že vzduch v místnosti, který byl zpočátku čerstvý, je po nějaké době vydýchaný (obsah CO2 kolem 1000 ppmv) a po další době dokonce ohrožujícím zdraví (obsah CO₂ nad 1200 ppmv). Samozřejmostí každého bytu nebo pobytových prostor by proto mělo být čidlo CO₂, které při překročení uvedených hodnot spustí alarm nebo ventilaci.

Český stavební zákon výslovně upřednostňuje zdraví před tepelnou ochranou. Bohužel jen na papíře, čímž to končí. Na tomto zákoně vidíme, že ho psali a schvalovali lidé, kterým uniká význam kvalitního dýchání. Když se v budovách s těsnými okny a dveřmi nevětrá, roste tu (vedle vodní páry) především množství CO₂. Vydýchaný vzduch bývá často ztotožňován s nedostatkem kyslíku, což není přesné. Kyslíku je i ve vydýchaném vzduchu dost, ale naše plíce ho už nezpracují.

Příklad: Vydechovaný vzduch obsahuje asi 40 000 ppmv CO₂, tedy 40 objemových tisícin. I tento vzduch stále obsahuje dost kyslíku, ale pro nás už nedosažitelného: nadechování (jen) vzduchu, který sami vydechujeme, vede rychle k udušení.

Při polovičním obsahu, asi 20 000 ppmv CO₂, již dýcháme, přesto hrozí smrt udušením – tělo pracuje na kyslíkový dluh. To platí v podstatě až do koncentrace asi 5 000 ppmv CO₂, kdy americká zdravotní norma ASHRAE doporučuje jen omezený pobyt do 8 hodin. Nejvyšší akceptovatelná hranice pro trvalý pobyt je podle této normy 1000 ppmv CO₂, doporučená do 700 ppmv: Obě tato čísla by měla být velmi tvrdou normou i pro naše stavitele a bydlící lidé by na této kvalitě vnitřního vzduchu měli důrazně a celoročně trvat.

Měření obsahu CO₂ na našich zateplených ZŠ (psal se rok 2016 v době topného období) ukázalo hodnoty i nad 6 000 ppmv CO₂. Delší pobyt v takovém prostředí je už velký problém. Tělo nespaluje cukry, ztrácí energii a také samočisticí a samoléčebnou schopnost. To vše umocněno špatným pitným a stravovacím režimem a lenivým způsobem života vede k vážným chorobám.

Respirátor, rouška a jejich význam

Pod titulem "Respirátor versus rouška. Jak se vyznat v jejich účinnosti?" byl na stránkách www.okoronaviru.cz zveřejněn text: Nevíme, jak jsou roušky účinné vůči novému…

Zdravotně správná výměna vzduchu větráním většinu lidí ohromí svou kvantitou, kterou si čtenář může sám stanovit pomocí následujícího jedinečného výpočtu:

Výpočet:
Sami si spočítejte intenzitu větrání v libovolné místnosti vašeho bytu. K tomu stačí znát jen její objem a obsazenost lidmi včetně jejich vyjmenovaných pohybových aktivit. Dále si zvolte nejvyšší stupeň vydýchanosti místnosti: Normální venkovní hladina oxidu uhličitého je 400 ppm (z milionu molekul vzduchu připadá 400 na CO₂). Redakcí doporučená a přednastavená 700 ppm CO₂; v ČR je úředně nejvyšší přípustná hladina 1200 ppm CO₂.

Téma: větrání

Větrání podle počtu osob a jejich aktivit

Aby měl člověk jistotu, že dýchá čerstvý vzduch, musí "zařídit" obsah oxidu uhličitého na úrovni pod 700 ppmv. K tomu se ale musí v místnostech adekvátně větrat. Tento článek ukazuje, jak na základě počtu osob a jejich pohybových aktivit odhadnout stupeň vydýchanosti daného prostoru. Dále počítá intenzitu větrání tak, aby osoby dýchaly čerstvý a svěží vzduch. Ideální je pak instalovat do domu větrání, které samo hlídá stupeň vydýchanosti vnitřního vzduchu a při překročení hranice 700 ppmv obsahu CO₂ samo spustí větrání až do okamžiku dosažení dostatečně bezpečné úrovně, dejme tomu 500 ppmv.

V konkrétní praxi by mělo být větrání realizováno tak, že reaguje na čidlo obsahu CO₂. Při návrhu větrací soustavy je však dobré předem znát možné požadavky na jeho výkon. I proto vznikl tento text.

Tab. 1, jejíž hodnoty byly převzaty z [2], uvádí měrný energetický výdaj vybraných pohybových činností. I v době odpočinku, např. při sledování televize, je náš energetický výdaj E = 0,090 kJ za minutu na každý kilogram naší hmotnosti. Při váze 80 kg je to 432 kJ za hodinu.

Tato energie vzniká spálením glukosy v těle. Z každé její molekuly přitom vznikne 6 molekul oxidu uhličitého CO₂. Ze spalného tepla glukosy 2 815 800 kJ/kmol [3] lze vypočítat, že uvedených 432 kJ/h znamená, že v těle dochází ke spalování s rychlostí 27,6 g/h glukosy, přičemž se uvolní 40,5 g CO₂ za hodinu, který vydýcháme.

Sedíme-li přitom v nevětrané místnosti o objemu 60 m³, pak každou hodinu v každém m³ přibude 675 mg CO₂ (tzn. 374 ppmv – objemových miliontin za hodinu). K těmto hodnotám dojdeme dosazením do následujících vztahů, přitom uvažujeme teplotu 20 °C:

resp.

kde:

Δ_C je přírůstek CO₂ dýcháním v kg/(m³·s),
Δ_X je přírůstek CO₂ dýcháním v ppmv/s,
E je energetický výdaj v J/(kg.s) z tab. 1,
∑M_k je hmotnost všech osob,
R = 8314 J/kmol je plynová konstanta,
μ = 44 kg/kmol je molární hmotnost oxidu uhličitého CO₂,
H_sp = 2,8158·109 J/kmol je spalné teplo glukosy,
p = 105 Pa je normální tlak,
T je termodynamická teplota v K a
V je objem místnosti.

Z důvodů rozměrové jednoty se do vztahů (1) a (2) dosazují veličiny vyjádřené v jednotkách soustavy SI. V našem případě to jsou m, s, kg, K, J, kmol a Pa a z nich odvozené jednotky. V dalším textu budeme používat i následující názornější jednotky:

• pro přírůstek Δ_C jednotku mg/(m³·h); 1 kg/(m³·s) = 3,6·109 mg/(m³·h)
• pro přírůstek Δ_X jednotku ppmv/(m³·h); 1 ppmv/(m³·s) = 3600 ppmv/(m³·h)
• pro hmotn. koncentraci C jednotku mg/(m³); 1 kg/m³ = 106 mg/m³.

Otázka zní, jak dlouho mohou lidé pobývat v nevětrané místnosti, aniž by riskovali zdraví?

Čerstvý vzduch v interiéru jako základ zdravého života

Při slovech vydýchaný vzduch se nám vyjeví prostory s velkou kumulací lidí, kde „atmosféra houstne“. Nedochází zde k dostatečné výměně vzduchu, a stoupá proto hladina oxidu…

Vzdušný obsah CO₂ z pohledu zdraví

Připomeňme si, že ve vydechovaném vzduchu je CO₂ zastoupen přibližně podílem 40 000 ppmv. Ve venkovním, čerstvém vzduchu je ho kolem 400 ppmv, to znamená přibližně 723 mg CO₂/m³. To je zároveň normální, zdravá hladina CO₂ ve vzduchu pro dlouhodobý pobyt podle ASHRAE (American Society of Heating, Refridgerating and Air). Přehled různých stupňů "vydýchanosti" vzduchu ukazuje následující seznam:

• do 400 ppm: čerstvý venkovní vzduch,
• do 700 ppm: doporučené pobytové prostředí po jakkoli dlouhou dobu,
• do 1 000 ppm: zdravotně akceptovatelná hladina; mohou se už objevit pocity těžkosti nebo štiplavého zápachu,
• od 1 000 ppm se začíná dostavovat celková ospalost,
• od 2 500 ppm vznikají zdravotní potíže,
• nad 5 000 ppm (přípustný expoziční limit, PEL) předepisuje ASHRAE časově omezený pobyt (<< 8 hod.), který se rychle krátí s rostoucí koncentrací CO₂,
• 25 000 ppm, 2,5 objemová procenta: nejvyšší přípustná koncentrace (NPK), hrozí smrt udušením,
• 40 000 ppm, 4 objemová procenta: lidmi vydechovaný vzduch.

Jediný člověk (o hmotnosti 80 kg, v klidu sedící či píšící) vydýchá nevětranou místnost o objemu 60 m³ cca za hodinu. Tím se myslí, že za hodinu stoupne obsah CO₂ o 374 ppmv na hodnotu převyšující 1 000 ppmv, kdy podle ASHRAE začínají vznikat potíže. Pokud by v nevětrané místnosti trávil celý den, překročil by PEL (5 000 ppmv), i kdyby celou tu dobu jen spal. Kdyby tento člověk dvě hodiny denně cvičil na rotopedu a zbytek dne odpočíval, za dva dny by překročil NPK a mohl by se teoreticky udusit.

Člověk většinou vydýchaný vzduch moc nevnímá a i když se cítí unaven, příčinu hledá jinde. Proto také špatně odhaduje intenzitu větrání. Tu lze spočítat podle vzorce:

kde
v je rychlost výměny vzduchu místnosti v h^–1,
Δ_X, resp. Δ_C jsou přírůstky CO₂ dýcháním v ppmv/h resp. mg/(h·m³),
X_P, resp. C_P je požadovaný obsah CO₂, např. 1000 ppmv resp. 1800 mg/m³,
X₀, resp. C₀ je venkovní obsah CO₂, tedy podle ASHRAE 400 ppmv resp. 723 mg/m³.

Způsoby větrání bytů a rodinných domů

Pobyt v nedostatečně větraných prostorách způsobuje nejen únavu, ale v dlouhodobém horizontu může vést ke chronickým zdravotním potížím. Stejně jako zdravému jídlu je tedy vhodné…

Závěr

Intenzity větrání pro udržení zdravého vzduchu v místnosti rozhodně nejsou zanedbatelné. V noci, kdy v pokoji spí jedna osoba, to znamená vyměnit 49 % objemu vzduchu místnosti za hodinu. Pokud nocují v místnosti 3 osoby, řekněme rodiče a dítě, je požadováno vyměnit celý objem vzduchu už za 55 minut. A pokud se např. v místnosti zároveň vaří, luxuje a k tomu ještě dítě, dejme tomu, šlape na rotopedu, je nutné v místnosti vyměnit veškerý vzduch v místnosti cca za 13 minut atd. Jedno z bezpečných řešení je svěřit výměnu vzduchu samočinné technice.

Poznámky

1. Energetické nároky vybraných pohybových činností byly přepočítány na vydechovaný oxid uhličitý CO₂ pomocí spalného tepla glukosy o velikosti 2 816 000 kJ/kmol při 25 °C, viz [3], při jejíž oxidaci vzniká 6 kmol CO₂ na jeden kilomol glukosy. Korekci uvedeného spalného tepla glukosy na teplotu lidského těla nepovažujeme pro účely článku za podstatnou.

2. Výpočet zanedbává změny tlaku a objemu v důsledku změn obsahu CO₂. Při obvyklých pokojových teplotách a tlaku kolem 1000 hPa vede toto zanedbání k chybě pod 1 % ve výsledcích.

Izolace na letní přehřívání domů nestačí. Pomůže vydatné větrání, barvy a stínění

O tom, jestli se bude v létě interiér přehřívat a jak, rozhoduje intenzita oslunění domu, z ní odvozené povrchové teploty střešních, fasádních a okenních ploch plus přímé sluneční…

Literatura a zdroje:

[1] Hejhálek Jiří: Aktivní domy, CO₂ neutrální. Jaké jiné?, Stavebnictví a interiér č, 7/2009.
[2] Provazník Kamil a kol.: Manuál prevence v lékařské praxi – Tabulky energetických nároků pohybové činnosti. V rámci programu Národní program zdraví vydal Státní zdravotní ústav, 1998. Viz také internetový portál www.zdravcentra.cz od společnosti Zentiva, k.s.
[3] Julák Alois, Štulík Karel, Vohlídal Jiří: Chemické a analytické tabulky, Graga Publishing 1999.

Téma: větrání a rekuperace

Téma: Vnitřní klima