Jakość powietrza - Przepisy i wymagania dotyczące komfortu termicznego - minimalnego strumienia powietrza - stężenia ditlenku węgla i pyłów

Do oceny subiektywnej jakości powietrza w pomieszczeniu można wykorzystać metody sensoryczne wprowadzone przez Fangera: PMV (Predictive Mean Vote) – przewidywana średnia ocena komfortu cieplnego oraz PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) – przewidywany odsetek niezadowolonych [1]. W tym celu wykorzystywane są zależności normy PN-EN ISO 7730 Ergonomia środowiska termicznego. Analityczne wyznaczanie i interpretacja komfortu termicznego z zastosowaniem obliczania wskaźników PMV i PPD oraz kryteriów lokalnego komfortu termicznego [2].

Pierwszy ze wskaźników, PMV, służy do wyznaczania tzw. przewidywanej średniej oceny środowiska termicznego w danym pomieszczeniu z uwzględnieniem indywidualności odczuć, czyli wyraża różnicę pomiędzy rzeczywistą ilością ciepła oddawanego przez użytkownika do otoczenia a optymalną ilością ciepła, która oddawana byłaby z organizmu do otoczenia w idealnych warunkach komfortu. Dla danej wartości PMV można ponadto określić wskaźnik PPD, tj. przewidywany odsetek osób niezadowolonych, który określa negatywne opinie użytkowników w odniesieniu do warunków środowiska cieplnego panującego w użytkowanej przestrzeni [3, 4, 5, 6].

Oprócz wskaźników PMV oraz PPD można wykorzystywać wskaźniki dyskomfortu lokalnego. W normie PN-EN ISO 7730 dyskomfort wywołany przeciągiem określany jest za pomocą wskaźnika DR (Draught Rate), który określa przewidywany odsetek osób niezadowolonych z powodu przeciągu, oraz wskaźnika PD (Percentage of Dissatisfied) określającego odsetek osób niezadowolonych ze zmienności temperatury powietrza wynikającej ze zmiany wysokości pomieszczenia lub asymetrii promieniowania (w funkcji różnicy temperatury powietrza między głową i kostkami).

Ustawa Prawo budowlane [7] w art. 5.1.1d stwierdza, że obiekty budowlane należy projektować i budować, zapewniając m.in. spełnienie wymagań dotyczących odpowiednich warunków higienicznych i zdrowotnych oraz ochrony środowiska. Prawo budowlane do przepisów techniczno-budowlanych zalicza rozporządzenie w sprawie warunków technicznych [8]. Poniżej wymieniono istotne z punktu widzenia IAQ (Indoor Air Quality – jakość powietrza wewnętrznego) zapisy rozporządzenia:

• Wentylacja i klimatyzacja powinny zapewniać odpowiednią jakość środowiska wewnętrznego, w tym wielkość wymiany powietrza, jego czystość, temperaturę, wilgotność względną, prędkość ruchu w pomieszczeniu, przy zachowaniu przepisów odrębnych i wymagań PN dotyczących wentylacji, a także warunków bezpieczeństwa pożarowego i wymagań akustycznych określonych w rozporządzeniu (§ 147.1).

• Strumień powietrza zewnętrznego doprowadzanego do pomieszczeń niebędących pomieszczeniami pracy powinien odpowiadać wymaganiom PN dotyczącej wentylacji. W mieszkaniach strumień ten powinien wynikać z wielkości strumienia powietrza wywiewanego, lecz być nie mniejszy niż 20 m³/h na osobę przewidywaną na pobyt stały w projekcie budowlanym (§ 149.1).

• Strumień powietrza zewnętrznego doprowadzonego do pomieszczeń pracy powinien odpowiadać wymaganiom określonym w przepisach o bezpieczeństwie i higienie pracy (§ 149.2).

• Budynek powinien być zaprojektowany i wykonany z takich materiałów i wyrobów oraz w taki sposób, aby nie stanowił zagrożenia dla higieny i zdrowia użytkowników lub sąsiadów, w szczególności w wyniku (...) obecności szkodliwych pyłów lub gazów w powietrzu (…) (§ 309).

• Budynek przeznaczony na pobyt ludzi i urządzenia z nim związane powinny być zaprojektowane i wykonane tak, aby w pomieszczeniach zawartość w powietrzu stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia, wydzielanych przez grunt, materiały i stałe wyposażenie oraz powstających w trakcie użytkowania zgodnego z przeznaczeniem pomieszczeń, nie przekraczała wartości dopuszczalnych, określonych w przepisach sanitarnych oraz bezpieczeństwa i higieny pracy (§ 310).

Dla pomieszczeń biurowych rozporządzenie w sprawie ogólnych przepisów BHP [9] stwierdza, że:

• W pomieszczeniach pracy należy zapewnić temperaturę odpowiednią do rodzaju wykonywanej pracy (…) nie niższą niż 14°C (…). W pomieszczeniach pracy, w których jest wykonywana lekka praca fizyczna, i w pomieszczeniach biurowych temperatura nie powinna być niższa niż 18°C (…) (§ 30).

• W pomieszczeniach pracy powinna być zapewniona wymiana powietrza wynikająca z potrzeb użytkowych i funkcji tych pomieszczeń, bilansu ciepła i wilgotności oraz zanieczyszczeń stałych i gazowych (§ 32.1).

• W pomieszczeniach pracy, w których wydzielają się substancje szkodliwe dla zdrowia, powinna być zapewniona taka wymiana powietrza, aby nie były przekraczane wartości najwyższych dopuszczalnych stężeń tych substancji (§ 32.2).

Rozporządzenie w sprawie warunków technicznych [8] w zakresie realizacji zapisu § 147.1 powołuje do stosowania normę PN-B-03430:1983/Az3:2000 Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania [10]. 7 września 2015 r. PKN nadał jej status normy wycofanej, nie podając normy zastępującej. Pomimo wycofania tej normy PKN uważa, że zgodnie z rozporządzeniem w sprawie warunków technicznych [8] pozostaje ona wciąż normą powołaną.

Norma PN-B-03430 [10] w pkt 4.1 stwierdza, że pomieszczenia przeznaczone do stałego i czasowego pobytu ludzi powinny mieć zapewniony dopływ co najmniej 20 m³/h powietrza zewnętrznego dla każdej przebywającej osoby.

Dla pomieszczeń w żłobkach i przedszkolach przeznaczonych do przebywania dzieci strumień powietrza zewnętrznego może być obniżony do 15 m³/h dla każdego dziecka.

W pomieszczeniach klimatyzowanych oraz wentylowanych o nieotwieralnych oknach strumień powietrza powinien wynosić co najmniej 30 m³/h dla każdej przebywającej osoby.

Największą liczbę czynników kształtujących jakość powietrza wewnętrznego zawiera norma PN-EN 15251:2012 Parametry wejściowe środowiska wewnętrznego dotyczące projektowania i oceny charakterystyki energetycznej budynków, obejmujące jakość powietrza wewnętrznego, środowisko cieplne, oświetlenie i akustykę [11], która pozwala ocenić budynek pod względem zużycia energii w odniesieniu do warunków środowiska panującego wewnątrz budynku. Norma ta składa się z pięciu głównych części opisujących:

• zalecane wartości projektowe przyjmowane przy projektowaniu budynków, ich systemów grzewczych, chłodniczych oraz naturalnej i mechanicznej wentylacji:
  - temperatury, wilgotności względnej oraz prędkości powietrza,
  - jakości powietrza wewnętrznego,
  - oświetlenia i hałasu w pomieszczeniach;

• wartości parametrów obliczeniowych, które należy przyjmować do obliczeń sezonowego zużycia energii w obiekcie;

• sposób obliczania długoterminowych wskaźników oceny kategorii obiektu w zakresie klimatu wewnętrznego;

• kontrole oraz pomiary warunków środowiska wewnętrznego w istniejących budynkach;

• klasyfikowanie i certyfikowanie budynków.

Powyższa norma dodatkowo klasyfikuje budynek według sześciu kryteriów: komfortu termicznego dla okresu letniego, komfortu termicznego dla okresu zimowego, jakości powietrza wewnętrznego i skuteczności wentylacji, jakości oświetlenia, poziomu hałasu, a także prędkości powietrza i wskaźnika przeciągu w pomieszczeniach.

Warunki komfortu termicznego

W odniesieniu do komfortu termicznego w normie PN-EN 15251 [11] określono kategorie środowiska pomieszczeń:

I. Pomieszczenia o wymaganiach wysokich, zalecane dla osób bardzo wrażliwych (osoby niepełnosprawne, bardzo małe dzieci, osoby starsze).

II. Pomieszczenia o normalnym poziomie oczekiwań (budynki nowe i modernizowane).

III. Pomieszczenia o dopuszczalnym poziomie oczekiwań (budynki istniejące).

IV. Wartości niemieszczące się w kryteriach powyższych kategorii.

Wymienione powyżej kategorie środowiska wewnętrznego odwołują się również do wskaźników komfortu zawartych w normie PN-EN ISO 7730 [2], co oznacza, że kryteria cieplne wykorzystywane do klasyfikacji pomieszczeń przedstawione są zarówno w postaci zaleceń dotyczących wartości fizycznych, jak i wskaźników PPD i PMV.

W okresie zimowym temperaturę powietrza w pokojach mieszkalnych, kuchniach i pomieszczeniach biurowych powinno się utrzymywać na poziomie 20°C, a w łazienkach na poziomie 24°C, co jest zgodne z normą PN-EN 12831 Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego [12], a w lecie zgodnie z PN-EN 15251 (maksymalna temperatura latem) [11]. W tab. 1 zestawiono zalecane wartości temperatury wewnętrznej.

Norma PN-EN 15251 określa także zalecane wartości wilgotności względnej powetrza wewnętrznego w przypadku zainstalowania systemów nawilżania czy osuszania. Według niej w środowisku umiarkowanym, czyli przy temperaturze niższej od 26°C oraz przy umiarkowanym poziomie aktywności użytkowników, wpływ wilgotności na odczucia cieplne odbiorców jest niewielki.

W tab. 2 zestawiono zalecane wartości wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniach.

Minimalny strumień powietrza

W najczęściej stosowanych procedurach ustalania intensywności wentylacji ilość powietrza świeżego wentylacyjnego określana jest na podstawie:

• minimalnego strumienia powietrza przypadającego na osobę,
• minimalnego strumienia powietrza przypadającego na 1 m² powierzchni podłogi,
• krotności wymian powietrza w pomieszczeniu,
• strumienia powietrza wentylacyjnego będącego sumą ilości powietrza usuwanego z poszczególnych pomieszczeń.

Zgodnie z normą PN-EN 15251:2007 [11] wymagany strumień objętości powietrza wentylacyjnego zależy od sposobu użytkowania budynku, od procesów i pracujących urządzeń, a także emisji z materiałów budowlanych i umeblowania.

W przypadku wartości przypadających na jedną osobę zakłada się, że jedynym źródłem zanieczyszczeń są sami użytkownicy, natomiast w przypadku wartości odniesionych do powierzchni podłogi uwzględnia się tylko emisję zanieczyszczeń z materiałów budowlanych. Wykorzystując liczbę osób i zanieczyszczenia w budynku zgodnie z normą, podstawowy strumień objętości powietrza wentylacyjnego wynikający z rozcieńczenia zanieczyszczeń pochodzących od ludzi można przyjmować zgodnie z tab. 3.

Wartości strumienia powietrza wentylacyjnego wynikające z emisji zanieczyszczeń pochodzących z budynku i systemów zestawiono w tab. 4.

Według kryterium higienicznego w pomieszczeniach (mieszkalnych, użyteczności publicznej), w których głównym źródłem zanieczyszczeń są ludzie, wymagany strumień powietrza można przyjmować według tab. 5.

Norma PN-EN 13779 Wentylacja budynków niemieszkalnych. Wymagane właściwości systemów wentylacji i klimatyzacji [13] opisuje jakość powietrza w odniesieniu do strumienia powietrza nawiewanego do pomieszczeń z podziałem na cztery kategorie zgodnie z tab. 6.

Stężenie dwutlenku węgla

Równolegle z pomiarami temperatury i wilgotności względnej powietrza można wykonywać pomiary stężenia dwutlenku węgla, które ułatwiają ocenę stanu środowiska wewnętrznego. Ocenę jakości powietrza w pomieszczeniach, w których głównym źródłem zanieczyszczeń są ludzie, wykonuje się w oparciu o pomiar stężenia wytwarzanego metabolicznie ditlenku węgla.

Większość źródeł literaturowych wskazuje 1000 ppm jako sugerowaną graniczną wartość stężenia ditlenku węgla w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej. Wartość taka jest też rekomendowana jako dopuszczalna przez normę europejską CEN 1752 Ventilation For Buildings – Design Criteria for Indoor Environment [14] i amerykańską ASHRAE Standard 62.1989 Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality [15]. Z kolei niemiecka norma DIN 1946-2 [16] wskazuje wartość 1500 ppm. Natomiast polska norma PN-EN 15251:2007 [11] dzieli pomieszczenia wg klas w zależności od wartości stężenia CO2 w odniesieniu do wartości panującej w powietrzu zewnętrznym (tab. 7).

Niestety ani Prawo budowlane, ani powołane przez nie rozporządzenia i normy nie precyzują, czym jest „odpowiednia jakość środowiska wewnętrznego” (zgodnie z rozporządzeniem [8] § 147.1 Wentylacja i klimatyzacja powinny zapewniać odpowiednią jakość środowiska wewnętrznego (...)) i jakie powinny jej odpowiadać wartości stężenia CO2 i innych substancji dla powietrza. Wartość nieprzekraczalną, dopuszczalną, można znaleźć w rozporządzeniu w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy [17]. Podaje ono wartości NDS = 9000 mg/m³ oraz NDSCh = 27 000 mg/m³, którym odpowiada 4650 ppm i 14 000 ppm CO₂. Są to wartości bardzo wysokie, mające negatywny wpływ na koncentrację i efektywność pracy, i odległe od określanych jako komfortowe.

Paradoksalnie, dopuszczalne wartości stężeń CO₂ (3000 ppm) są precyzyjnie określone w rozporządzeniach ministra rolnictwa dla pomieszczeń hodowli drobiu czy trzody chlewnej [18, 19]. Uzasadnieniem ograniczenia stężenia CO₂ jest niekorzystny wpływ na dobrostan zwierząt w przypadku przekroczenia tej wartości. Przy poziomie powyżej 0,35% w częściach chrząstkowych płuc powstają guzki, co wiąże się z występowaniem wodobrzusza. Dłuższe stężenie dwutlenku węgla powyżej 0,35% prowadzi do uduszeń.

Klasyfikacja czystości pyłowej

W Polsce klasyfikację zanieczyszczeń pyłowych zawiera norma PN-EN ISO 14644-1 Pomieszczenia czyste i związane z nimi środowiska kontrolowane. Część I: Klasyfikacja i czystość powietrza [20]. Norma ta wprowadza dziewięć klas czystości powietrza i określa, jakie mogą być maksymalne stężenia poszczególnych rozmiarów cząstek z przedziału od 0,1 do 5,0 µm. Norma definiuje pomieszczenia czyste jako obszar o ściśle kontrolowanym liczbowym stężeniu zanieczyszczeń znajdujących się w powietrzu.

Poziomy stężeń aerozoli dla stanowisk pracy reguluje rozporządzenie w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy [17]. W Polsce, oprócz rozporządzeń dotyczących stanowisk pracy, nie ma innych regulacji prawnych (tab. 8).

Najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS) jest definiowane jako średnie stężenie ważone, którego oddziaływanie na pracownika w ciągu 8-godzinnego dobowego i tygodniowego, określonego w Kodeksie pracy, wymiaru czasu pracy przez okres jego aktywności zawodowej nie powinno spowodować ujemnych zmian w jego stanie zdrowia oraz w stanie zdrowia jego przyszłych pokoleń.

Podstawowym celem ustalania najwyższych dopuszczalnych stężeń (NDS) substancji szkodliwych dla zdrowia jest obniżenie lub minimalizacja ich stężenia w środowisku pracy do poziomu akceptowalnego ryzyka zdrowotnego. Dla pyłów ustalone są NDS-y przedstawione w rozporządzeniu ministra pracy i polityki socjalnej w załączniku 1B, który zawiera 19 pozycji. Poziomy NDS nie dotyczą pomieszczeń biurowych i dydaktycznych, które dla znacznej liczby osób są podstawowymi pomieszczeniami pracy [21].

W kolejnym artykule poświęconym jakości powietrza omówione zostaną wymagania i klasyfikacje dot. zanieczyszczeń chemicznych i mikrobiologicznych

Literatura

1. Fanger P.O., Komfort cieplny, Arkady, 1974.
2. PN-EN ISO 7730:2006 Ergonomia. Środowisko termicznie umiarkowane. Analityczne wyznaczanie i interpretacja komfortu termicznego z zastosowaniem obliczania wskaźników PMV i PPD oraz kryteriów lokalnego komfortu termicznego.
3. ASHRAE, HVAC Fundamentals Handbook, 2001.
4. Fanger P.O., Popiołek Z., Wargocki P., Środowisko wewnętrzne. Wpływ na zdrowie, komfort i wydajność pracy, Wydawnictwa Politechniki Śląskiej, Gliwice 2003.
5. Śliwowski L., Mikroklimat wnętrz i komfort cieplny ludzi w pomieszczeniach, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2000.
6. Sudoł-Szopińska I., Chojnacka A., Określanie warunków komfortu termicznego w pomieszczeniach za pomocą wskaźników PMV i PPD, „Bezpieczeństwo Pracy” nr 5/2007, s. 19–23.
7. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane (DzU nr 89/1994, poz. 414).
8. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, z późn. zm.).
9. Obwieszczenie Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 28 sierpnia 2003 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Pracy i Polityki Socjalnej w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy (DzU nr 169/2003, poz. 1650).
10. PN-B-03430:1983/Az3:2000 Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania.
11. PN-EN 15251:2012 Parametry wejściowe środowiska wewnętrznego dotyczące projektowania i oceny charakterystyki energetycznej budynków, obejmujące jakość powietrza wewnętrznego, środowisko cieplne, oświetlenie i akustykę.
12. PN-EN 12831:2006 Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego.
13. PN-EN 13779:2008 Wentylacja budynków niemieszkalnych. Wymagania dotyczące właściwości instalacji wentylacji i klimatyzacji.
14. CEN 1752, 1998 Ventilation for Buildings – Design Criteria for Indoor Environment, European Committee for Standardization.
15. ASHRAE Standard, 1989, ASHRAE 62.1989, Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Atlanta 1989.
16. DIN 1946-2 Ventilation and air conditioning. Technical health requirements (VDI ventilation rules).
17. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Społecznej w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (DzU 2014, poz. 817).
18. Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 15 lutego 2010r. r. w sprawie wymagań i sposobu postępowania przy utrzymywaniu gatunków zwierząt gospodarskich dla których normy zostały określone w przepisach Unii Europejskiej (DzU nr 56/2010, poz. 344).
19. Rozporządzeniu Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 2 września 2003 r. w sprawie minimalnych warunków utrzymania poszczególnych gatunków zwierząt gospodarskich (DzU nr 167, poz. 1629).
20. PN-EN ISO 14644-1:2005 Pomieszczenia czyste i związane z nimi środowiska kontrolowane. Część I: Klasyfikacja i czystość powietrza.
21. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Społecznej w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (DzU 2014, poz. 817).