Dýchat čerstvý vzduch znamená, že obsah oxidu uhličitého v něm nesmí přesahovat 700 ppmv. V budovách je k tomu zapotřebí adekvátní větrání. Foto: Beatriz Vera, Shutterstock

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 CO2, která může způsobit potíže i stav přidušení. Stává se tak nejen ve veřejných budovách, v obydlích či na pracovištích ale i ve školách. Pravidelné a intenzivní větrání je vždy nutností. A tam, kde pravidelně větrat není možné, lze problém řešit instalací zařízení, které vnitřní prostředí trvale automaticky monitoruje a řídí potřebnou výměnu vzduchu.

Ideální a pro člověka vhodná hladina CO2 se pohybuje na úrovni 400 ppm3. To jsou víceméně podmínky, za kterých kdysi dávno člověk vznikl. Ze zkušenosti dále víme, že hladina 700 ppm CO2 je ještě zdravotně zcela přijatelná. Ovšem od úrovně 1000 ppm CO2 výše již některé země, v čele s USA, začínají regulovat délku pobytu v takovém prostředí.

Co je čerstvý vzduch?

Čerstvý vzduch je čistý venkovní vzduch. Typický je pro něj nízký obsah oxidu uhličitého CO2 lehce nad 400 ppmv.
Bezpečná a zdravá hladina CO2 je do 700 ppmv. Obsah do 1200 ppmv je ještě vyhovující. Od této hladiny výš je už doporučeno omezit pobyt a pracovní úsilí lidí.
Vydechovaný vzduch obsahuje cca 40 000 ppmv CO2, tedy 40 objemových tisícin. I ten obsahuje dost kyslíku, pro člověka ale nedýchatelného: vdechování vzduchu, který vydechujeme, vede rychle k udušení.
Lidé většinou neodhadnou, že jsou ve vydýchaném prostředí. A tak zejména v zimě za utěsněnými okny a při absenci vzduchotechniky dýchají vzduch s obsahem až 5000 ppmv (měřění z jedné školy).
Totéž platí o roušce. Dýchání skrze ni je obtížnější (sportovci ji nepoužívají), nadechován je zčásti vydýchaný vzduch. A to mlčíme o virové "těsnosti" roušky.

Český stavební zákon výslovně upřednostňuje zdraví před tepelnou ochranou. Je na něm ale vidět, že ho psali a schvalovali lidé, kteří si plně neuvědomovali důležitost čerstvého vzduchu. Když se v budovách s moderními, perfektně těsnými okny a dveřmi nevětrá, zvyšuje se tu (vedle páry) především množství CO2. Co je ale vydýchaný vzduch? Tento bývá často ztotožňován s nedostatkem kyslíku. Leč to není přesný popis problému, neboť kyslíku je i ve vydýchaném vzduchu dost, jen ho naše plíce už nedokáží zpracovat.

Centrální systém řízeného větrání obsahuje nejenom samotné jednotky, ale především množství potrubí. Foto: Alhim, Shutterstock

Příklad: Vydechovaný vzduch obsahuje asi 40 000 ppm CO2, tedy 40 objemových tisícin. I tento vzduch stále obsahuje dost kyslíku, ale jak bylo uvedeno, pro nás nedýchatelného: nadechování vzduchu, který sami vydechujeme, vede vždy k udušení.

Při polovičním obsahu CO2 ve vzduchu – o hodnotě asi 20 000 ppm – tělo pracuje na kyslíkový dluh a člověku, zvlášť při námaze, hrozí smrt udušením. To platí v podstatě až do koncentrace asi 5 000 ppm CO2. V takových prostorech doporučuje americká zdravotní norma ASHRAE (American Society of Heating, Refridgerating and Air) pouze omezený pobyt maximálně 8 hodin. Přípustná hranice podle této normy je 1000 ppm CO2, doporučená do 700 ppm.

Souhrnná fakta:

  • 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.

Poznámka k rouškám

Rouška je původně ochranou před vdechováním polétavých prachových částic ve vzduchu (kouř nebo prach při důlní, stavební či úklidové činnosti a podobně). Představa, že rouška zastaví chřipkové viry v obou směrech (z organismu ven nebo do něho) je z říše pohádek. Člověk významně dýchá i mezerami mezi rouškou a obličejem a zejména pak dýchá i kůží v celé ploše těla. To rouška neřeší; ta jen ztěžuje dýchání a kazí jeho kvalitu.

Ukázka větracího systému, který zajišťuje větrání pomocí tepelného čerpadla vzduch/voda nebo země/voda. Nabízí účinnost až 98% rekuperace tepla. Foto: Viessmann

Jak správně větrat?

Ještě v nedávné době ukazovala měření obsahu CO2 ve třídách našich zateplených školních budov místy i hodnoty nad 6 000 ppm CO2. Dlouhodobý pobyt v takovém prostředí už je riskantní. Tělo nespaluje cukry, pomalu ztrácí samočisticí a samoléčebnou schopnost. To vše – umocněno špatným pitným a stravovacím režimem a lenivým pobytem na školní židli – vede až k obtížně léčitelným, tzv. civilizačním chorobám.

Dýchat čerstvý vzduch minimálně znamená, že obsah oxidu uhličitého v něm nesmí přesahovat 700 ppm. V budovách je k tomu zapotřebí adekvátní větrání. Tento článek ukazuje, jak na základě počtu osob a jejich pohybových aktivit odhadnout stupeň vydýchanosti daného prostoru. Dále nabízí výpočet potřebné intenzity větrání.

Odhadnout intenzitu větrání, která je adekvátní prostoru, v němž pobýváte, lze pomocí této kalkulačky: Spočítejte si velikost větrání v místnosti.

Decentrální větrací zařízení v obvodové stěně, kterým lze větrat jednotlivé místností. Foto: Viessmann

Návrh řízené větrací soustavy

Základem by mělo být elektronické větrací zařízení, které reaguje na podnět senzorů oxidu uhličitého (CO2). Užitečné je obzvláště v situacích, kdy člověk není schopen pravidelně otevírat okno jako například v noci, když spí. Může jít jak o ryze ventilační jednotku, tak o systém se zpětným získáváním tepla (tzv. rekuperace). Při návrhu větrací soustavy je však dobré předem znát možné požadavky na jeho výkon. Jak tedy vybrat větrací zařízení, aby bylo správně dimenzováno právě pro váš domov? V první řadě vezměte v úvahu, o jaké místnosti jde a jaké činnosti a aktivity jsou v nich prováděny.

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 našem 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 ppm – objemových miliontin za hodinu). K těmto hodnotám dojdeme dosazením do následujících vztahů, přitom uvažujeme teplotu 20 °C:

kde:

  • ΔC je přírůstek CO2 dýcháním v kg/(m3·s),
  • ΔX je přírůstek CO2 dýcháním v ppm/s,
  • E je energetický výdaj v J/(kg.s) z tab. 1,
  • ∑Mk je hmotnost všech osob,
  • R = 8314 J/kmol je plynová konstanta,
  • μ = 44 kg/kmol je molární hmotnost oxidu uhličitého CO2,
  • Hsp = 2,8158·109 J/kmol je spalné teplo glukosy,
  • p = 105 kPa 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 ΔC jednotku mg/(m3·h); 1 kg/(m3·s) = 3,6·109 mg/(m3·h),
  • pro přírůstek ΔX jednotku ppm/(m3·h); 1 ppm/(m3·s) = 3600 ppm/(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? Pro rychlé a praktické stanovení tohoto času pomůže tento výpočet: Spočítejte si velikost větrání v místnosti.

Řešením je řízené větrání

Intenzity větrání pro udržení zdravého vzduchu v místnosti rozhodně stojí za pozornost. V noci, kdy v pokoji spí jedna osoba, to znamená vyměnit každou hodinu 49 % objemu vzduchu v místnosti. Pokud nocují v místnosti 3 osoby, řekněme rodiče a dítě, je požadováno vyměnit celý objem vzduchu už za 55 minut. A pokud se v jiné místnosti zároveň vaří i luxuje a jeden člen domácnosti, řekněme, šlape na rotopedu, je nutné vyměnit vzduch zde už za pouhých cca 13 minut…

Mezi nejbezpečnější řešení popsaných situací je svěřit výměnu vzduchu samočinné technice. Na trhu je velké množství variant; v pasivních domech, jejichž výstavba se v Česku stává standardem, patří takzvané rekuperační jednotky již do obvyklého technologického vybavení.

Investor by měl při výběru dodavatele dbát především na prokazatelné předchozí reference výrobce, schopnost dodavatele flexibilně reagovat na budoucí případnou potřebu servisu zařízení a samozřejmě na kvalitu samotné jednotky. Z výrobců lze z těchto důvodů směle doporučit například tradiční německé výrobce špičkové techniky v oblasti vytápění a vzduchotechniky – firmy Viessmann a Stiebel Eltron nebo východočeskou společnost s celosvětovou působností 2VV.

Závěr

Naučme se větrat. Čerstvý vzduch je důležitější než jakákoliv izolační vrstva na fasádě. Investujme do správných řešení a získejme životní prostor, jenž nám pomůže ke správné regeneraci těla i duše. Současně využijte dalších výhod rekuperačních jednotek jako je řízení optimální vlhkosti v místnostech, filtrace alergenů a zbavování interiéru nechtěného zápachu.

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. Korekce uvedeného spalného tepla glukosy na teplotu lidského těla není pro účely článku podstatná.
  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.
  3. 1 ppm představuje počet molekul CO2 v objemu vzduchu, který obsahuje 1 milion molekul včetně onoho CO2. 1000 ppm je tedy 1000 molekul CO2 v 1 milionu molekul vzduchu.

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.

[4] Kolektiv redakce:Větrání v bytě a domě , www.stavebnictvi3000.cz.

Autor: RNDr. Jiří Hejhálek
Foto: Shutterstock, archiv firem