Stężenie CO2 w pomieszczeniu
Wiele badań naukowych wskazuje, że nad ranem w sypialni z zamkniętymi drzwiami i oknami, stężenie dwutlenku węgla w powietrzu gwałtownie przyrasta. W związku z tym stężenie CO2 może być nawet 6-8 krotnie większe w stosunku do średniej zawartości w powietrzu atmosferycznym ok. 420 ppm CO2.
Stężenie CO2 w dużych skupiskach osób
Szczególnie w dużych skupiskach osób następuje szybki przyrost stężenia CO2. np. w klasach szkolnych z wentylacją grawitacyjną, po 30 minutach lekcji zawartość CO2 wzrasta nawet 10 krotnie, przekraczając wartość 3500-4000 ppm. Wzrost zawartości powyżej 1500 ppm bezsprzecznie powoduje szybki spadek koncentracji czy odczucie senności osób. Dlatego, aby móc efektywnie prowadzić zajęcia lekcyjne, powinno się po każdej lekcji szeroko otworzyć okna, przynajmniej na parę minut.
Podsumowując, stężenie objętościowe CO2 równe 600 ppm jest granicą odczucia świeżego powietrza. W przypadku sali pooperacyjnej wytyczne VDI zalecają nieprzekraczanie wartości 1000 ppm.
Stężenie CO2 w sypialni
W czasie snu stężenie CO2 w powietrzu sypialni nad ranem przekracza wartość 2500-3500 ppm CO2 (p. rys.) dlatego w konsekwencji powoduje odczucie braku wypoczynku i złe samopoczucie następnego dnia. Wg niektórych prac medycznych może się to również wiązać ze zjawiskiem bezdechu, bólami głowy oraz innymi poważnymi konsekwencjami medycznymi.
Rys. Przykład dużego wzrostu CO2 w sypialni w okresie nocnym bez wentylacji mechanicznej
Jakie są wymagane strumienie powietrza aby utrzymać stężenie CO2 na poziomie 1000 ppm?
Wymagane strumienie powietrza wentylacyjnego dla osób w budynku zależą przede wszystkim od ilości wydychanego dwutlenku węgla (aktywności). Zależą także od zawartości CO2 w powietrzu atmosferycznym i dopuszczalnego stężenia CO2 w powietrzu. Dlatego dobrym przykładem wpływu posianych czynników są poniższe obliczenia.
W związku z tym założono, że dopuszczalne stężenie CO2 w powietrzu w pomieszczeniu wynosi 1000 ppm. Ilość wydychanego CO2 w zależności od czynności osób podano w tabeli.
Tabela: Ilość wydychanego CO2 w zależności od rodzaju czynności człowieka.
| Rodzaj czynności | Ilość wydychanego CO2 |
| Odpoczynek w pozycji leżącej | 10 – 12 l/h |
| Pozycja siedząca | 12 – 15 l/h |
| Lekka praca biurowa | 19 – 24 l/h |
| Praca średniociężka, gimnastyka | 33 – 43 l/h |
Obliczenia zapotrzebowania strumienia powietrza
Reasumujac, jeżeli przyjmiemy, że powietrze atmosferyczne zawiera stężenie objętościowe ok. 400 ppm CO2 (obszar poza dużymi miastami), to w wyniku dla ilości wydychanego CO2 12 l. /h dla okresu snu, obliczenia zapotrzebowania strumienia powietrza wyglądają następująco:
0,012 [m3/h na osobę] / (0,001 – 0,0004 [m3/m3]) = 20 m3/h na osobę
W związku z tym zapewnienie w sposób ciągły, takiego strumienia powietrza wentylacyjnego w budynkach z wentylacją grawitacyjną w sposób ciągły w praktyce jest nie do osiągnięcia.
W przypadku gdy realny strumień powietrza wentylacyjnego w pomieszczeniu wynosi np. 10 m3/h to w przypadku osoby śpiącej, stężenie objętościowe CO2 w pomieszczeniu wzrośnie:
- do 1900 ppm (zakładając, że w powietrzu atmosferycznym wynosi ona 400 ppm – poza miastami)
- i do 2100 ppm (zakładając, że w powietrzu atmosferycznym wynosi ona 600 ppm – duże miasto).
Już w XIX wieku szwedzki profesor higieny Elias Heyman (1829-1889) z Instytut Karolinska ze Sztokholmu przeprowadził badania nad realnym działaniem wentylacji w domach i szkołach. Twierdził, że wentylacja grawitacyjna nie jest w stanie zapewnić odpowiedniej jakości powietrza wewnątrz budynków mieszkalnych.
Podsumowując, trzeba przyznać, że w przypadku nowych budynków z instalacjami grawitacyjnymi istnieją już efektywniejsze rozwiązania. Takie budynki posiadają szczelne okna. Tu powietrze wentylacyjne doprowadzane jest przez nawiewniki powietrza z funkcją automatycznej regulacji nawiewu, np. nawiewniki higrosterowalne. Co więcej, również kratki wywiewne mogą wyposażone być w takie układy regulacji, dzięki czemu efektywność wentylacji wzrasta, a zapotrzebowanie na energię wyraźnie maleje.
To rozwiązanie nie zapewnia jednak w sposób ciągły stałej wymaganej jakości powietrza (np. poziomu stężenia CO2 w pomieszczeniach).