Jakość powietrza a emisja z materiałów budowlanych

Stałe dążenie do ograniczania strat ciepła w budynkach prowadzi do sytuacji, w której projektanci zaczynają szukać możliwie tanich rozwiązań zmniejszania zapotrzebowania na ciepło. Gdy izolacja budynku jest już optymalna, do dyspozycji pozostaje powietrze wentylacyjne. Rola wentylacji w energetycznym aspekcie budynku rośnie, bo ilość ciepła potrzebna do ogrzania powietrza zewnętrznego bardzo często przekracza już wielkość strat ciepła przez przegrody (rys. 1).

Budynki są coraz szczelniejsze, ale zapotrzebowanie na tzw. świeże powietrze (w praktyce – powietrze zewnętrzne) jest stałe, bo wymagania higieniczne użytkowników są niezmienne. Każda próba redukcji ilości powietrza świeżego prowadzi nie tylko do pogorszenia komfortu w pomieszczeniach, ale może też zagrażać zdrowiu mieszkańców.

Wraz z ograniczeniem ilości powietrza w danym pomieszczeniu nie ulega zmianie ilość zanieczyszczeń pochodzących z materiałów budowlanych, ale zmieniają się ich stężenia. Główne źródła zanieczyszczeń we współczesnych budynkach obrazuje rys. 2. Jednym z najważniejszych jest emisja lotnych związków organicznych przez materiały budowlane.

Pomieszczenia coraz częściej wyposażane są w materiały emitujące związki organiczne zapachowo aktywne, gdyż współczesny przemysł ze względów produkcyjno-ekonomicznych intensywnie promuje materiały budowlane i wyposażenie budynku z tworzyw sztucznych.

Ocena emisji zanieczyszczeń przez materiały budowlane

Materiały budowlane emitują głównie, oprócz elementów ceramicznych czy mineralnych, lotne związki organiczne (VOC). W przeciwieństwie do gazowych związków nieorganicznych prawie wszystkie związki organiczne pobudzają zmysł węchu. Emisja związków VOC wiąże się często z przykrym zapachem i może być szkodliwa dla zdrowia, jest przez to istotna w ocenie jakości powietrza wewnętrznego.

Badania poziomu emisji związków organicznych przez materiały budowlane opisane zostały w normie EN ISO 16000-9 [1], jednak nie podano w niej metod przeprowadzania pomiarów sensorycznych. Stosuje się w tym celu kilka metod pomiarowych dla oceny zapachowej za pomocą ludzkiego nosa (sensorycznie).Warunki brzegowe oraz procedura przeprowadzania badań emisji są we wszystkich krajach europejskich porównywalne. Zasada badania opiera się na określeniu powierzchniowego strumienia emisji VOC, który wydzielany jest przez produkt budowlany. Określane jest przy tym analitycznie stężenie związków VOC. W przypadku analizy sensorycznej wykorzystuje się ludzki nos oraz statystyczną ocenę odczuć zapachowych grupy testerów.

Badania prowadzane są na stanowisku pomiarów emisji, parametry termodynamiczne powietrza są ściśle określone i muszą być zachowane podczas pomiaru. Schematyczną budowę i opis stanowiska pomiarowego pokazano na rys. 3. 

Stężenie emisyjne podczas pomiarów (cc) zależy od powierzchniowego strumienia powietrza, który jest parametrem służącym określeniu warunków pomiarowych emisji:

gdzie:

c_c – stężenie emisyjne podczas pomiarów [mg×m–3],
E – powierzchniowy strumień emisji [mg×m–2×h–1],
q – powierzchniowy strumień powietrza [m3×h–1×m–2],
L – współczynnik wypełnienia [m2×m–3 wolnej przestrzeni],
n – wymiana powietrza w pomieszczeniu referencyjnym [h–1].

Powierzchniowy strumień powietrza q wyraża stosunek powierzchni materiału do wolnej objętości komory pomiarowej:

gdzie:

V_P – strumień powietrza w komorze emisyjnej [m3×s–1],
A_P – wentylowana powierzchnia materiału w komorze emisyjnej [m2].

gdzie:
EI – odczuwalna intensywność [pi],
k – współczynnik Webera–Fechnera [–],
A_q – charakterystyczna powierzchnia emisyjna [m2×m–3×h–1],
A_q,0 – charakterystyczna powierzchnia emisyjna progu odczuwalności [m2×m–3×h–1].

Emisja zapachów a system wentylacyjny

Charakterystyczna powierzchnia emisyjna Aq przy określonej wartości powierzchni może zostać przeliczona na strumień powietrza, ewentualnie jego wymianę. Otrzymany w ten sposób wykres ma praktyczne inżynierskie zastosowanie. Dla celów dalszej analizy rozpatrywane jest pomieszczenie o powierzchni podłogi A = 23,4 m2 i kubaturze V = 56,16 m3. 

Na przedstawionym wykresie w postaci krzywej materiałowej (rys. 6) wydzielić można dwa obszary. Dwie styczne do krzywej funkcyjnej przecinają się w punkcie o odciętej ok. n = 2 [1/h]. Punkt ten dzieli funkcje na dwie części, dla której gradienty wzrostu znacznie się różnią. W praktyce oznacza to, że dla wymian powyżej wartości 2 [1/h] (obszar czerwony) uzyskuje się znacznie wolniejszą poprawę odczuwalnej jakości powietrza wraz ze wzrostem wydatku powietrza nawiewanego. W obszarze zielonym odczuwalna intensywność jest bardzo silnie uzależniona od wymiany powietrza.

Podsumowanie

Zagadnienie odczuwalnej jakości powietrza coraz bardziej zyskuje na znaczeniu. Jednocześnie przy stale rosnących cenach energii w budynkach szuka się oszczędności, których efektem jest zmniejszanie wydatku powietrza. 

Na podstawie przedstawionej powyżej analizy można stwierdzić, czy poprawę jakości powietrza w danym pomieszczeniu osiągnąć można za pomocą zwiększania wydatku powietrza wentylacyjnego, czy też poprzez wymianę materiału na emitujący mniej związków zapachowych. Do tego celu potrzebna jest krzywa intensywności emisji oraz informacja o architekturze pomieszczenia. Należy w trakcie tej analizy wziąć pod uwagę współczynniki efektywności wentylacyjnej oraz aspekty aerodynamiki pomieszczenia.

Literatura

1. PN-EN ISO 16000-9:2009 Powietrze wewnętrzne. Cz. 9: Oznaczanie emisji lotnych związków organicznych z wyrobów budowlanych i wyposażenia. Badanie emisji metodą komorową.
2. Danielak M., Wpływ lotnych zanieczyszczeń z materiałów budowlanych na jakość powietrza w wentylowanych pomieszczeniach, rozprawa doktorska, Warszawa 2011.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!