Ocena jakości powietrza wewnętrznego w budynku pasywnym

Większość swojego życia człowiek spędza w pomieszczeniach zamkniętych – budynkach. Są to zarówno obiekty mieszkalne, jak i pomieszczenia biurowe, w których narażeni jesteśmy na oddziaływanie licznych czynników fizyczno-chemicznych oraz biologicznych. Przebywając w danym pomieszczeniu, mamy styczność zarówno z otaczającym nas powietrzem, materiałami budowlanymi, elementami wyposażenia wnętrz, jak i organizmami żywymi. Wszystkie te elementy środowiska wewnętrznego wpływają na tzw. komfort klimatyczny pomieszczeń.

Zapewniając sobie komfortowe warunki w domu i pracy, najczęściej zwracamy uwagę na temperaturę, wilgotność, nasłonecznienie, akustykę i jakość powietrza wewnętrznego. Za utrzymanie sprzyjającego klimatu cieplnego wewnątrz budynku odpowiadają systemy ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji, które dodatkowo wpływają m.in. na ogólną jakość powietrza.

Często mamy do czynienia ze złym stanem technicznym systemów wentylacji oraz emisją zanieczyszczeń ze środowiska wewnętrznego i zewnętrznego – jakość powietrza może wówczas ulegać znacznemu pogorszeniu.

Źródłami zanieczyszczenia powietrza mogą być organizmy żywe (ludzie, grzyby, bakterie, zwierzęta) i produkty ich metabolizmu, liczne związki chemiczne emitowane z materiałów budowlanych i elementów wyposażenia wnętrz, złej jakości systemy wentylacji i klimatyzacji, a także zanieczyszczone powietrze zewnętrzne.

Mikrobiologiczne i fizyczno-chemiczne zanieczyszczenie powietrza stwarza w naszym otoczeniu warunki, które mogą w sposób negatywny oddziaływać na zdrowie i samopoczucie człowieka. Mikroorganizmy, zwłaszcza patogenne, oraz liczne substancje chemiczne występujące w pomieszczeniach zamkniętych i zawarte w powietrzu mogą łatwo wnikać do dróg oddechowych człowieka i często są przyczyną licznych chorób, tzw. aerogennych, a także reakcji uczuleniowych i alergicznych [1–3, 5–6, 12].

Objawy zdrowotne tzw. syndromu chorego budynku (SBS – Sick Building Syndrome) to najczęściej: ból i zawroty głowy, zmęczenie, omdlenie, podrażnienie oczu, nosa i gardła, objawy przemęczenia, a także przesuszenie i zaczerwienienie naskórka.

W celu zapobiegania SBS należy chronić pomieszczenia przed emisją i przenikaniem zanieczyszczeń (w tym bioaerozoli) ze środowiska zewnętrznego, usuwać istniejące źródła zanieczyszczenia i zapewnić odpowiednią wentylację [8].

Materiały i metody

W okresie ostatnich trzech lat, tj. od marca 2009 r. do marca 2012 r., analizowano stopień mikrobiologicznego zanieczyszczenia (czystości) powietrza oraz zróżnicowanie parametrów mikroklimatycznych w doświadczalnym budynku pasywnym Politechniki Poznańskiej (DoPas). Badania prowadzono najczęściej raz w miesiącu, z wyjątkiem okresu od kwietnia do listopada 2010 r. W całym okresie badań przeprowadzono łącznie 30 pomiarów.

Pobór próbek powietrza do badań mikrobiologicznych wykonano metodą zderzeniową przy użyciu mikrobiologicznego próbnika powietrza MAS-100 Eco. W zależności od spodziewanego stopnia zanieczyszczenia powietrza pobierano od 25 do 100 dm³ powietrza. Badania prowadzono z użyciem standardowych płytek Petriego o średnicy 9,0 cm, na których znajdowała się odpowiednia pożywka do hodowli poszczególnych grup mikroorganizmów.

W trakcie badań oznaczano ogólną liczebność bakterii mezofilnych i psychrofilnych, gronkowców (Staphylococcus) mannitolododatnich (typ a) i mannitoloujemnych (typ b), bakterii Pseudomonas fluorescens, promieniowców (Actinobacteria) oraz grzybów mikroskopowych. Poszczególne grupy mikroorganizmów inkubowano w cieplarkach zgodnie z wytycznymi polskich norm [10,11]. W tabeli 1 zestawiono zastosowane w badaniach pożywki, temperatury oraz czas inkubacji.

Po okresie hodowli liczono kolonie drobnoustrojów, które wyrosły na płytkach Petriego, a uzyskane wyniki korygowano przy pomocy statystycznej tablicy przeliczeniowej Fellera. Otrzymane w ten sposób wyniki badań podano jako jednostki tworzące kolonie w 1 m³ [jtk/m³]. Interpretację wyników i ocenę stopnia zanieczyszczenia powietrza przedstawiono w tabeli 2 oraz w tabeli 3.

Na poszczególnych stanowiskach badawczych wykonano także pomiary temperatury powietrza [°C], wilgotności względnej [%], zawartości CO2 w powietrzu [ppm] oraz kierunku i prędkości wiatru [m/s]. Norma PN-Z-04111-01:1989 [9] zaleca badanie warunków mikroklimatycznych w zakresie temperatury, wilgotności względnej oraz kierunku i prędkości wiatru.

Charakterystyka stanowisk badawczych

Pomiary przeprowadzano w doświadczalnym budynku Politechniki Poznańskiej (DoPas), który w 2007 r. został zmodernizowany do standardu budownictwa pasywnego. Budynek wyposażony jest w instalację nawiewno-wywiewną dostarczającą wymagany ze względów higienicznych strumień powietrza. Instalacja wentylacyjna w części pasywnej budynku jest jedynym źródłem ciepła. W ciągu dnia w budynku przebywa 5 osób.

Próbki powietrza do badań pobierano:

• wewnątrz budynku pasywnego w pokoju na parterze (1BP),
• wewnątrz budynku pasywnego w piwnicy (2BP),
• na zewnątrz budynku doświadczalnego (3BPT – tło badań).

Punkt pomiarowy na parterze (1BP) zlokalizowano w pokoju o powierzchni 26,5 m² i kubaturze 67,6 m³. Pokój ten ma cztery stale zamknięte okna, a na podłodze znajdują się panele podłogowe. Drugi punkt pomiarowy (2BP) znajdował się w piwnicy o powierzchni 72,1 m² i kubaturze 181,7 m³.

W pomieszczeniu znajdują się drzwi zewnętrzne i dwa zamknięte okna, podłogę stanowi malowana posadzka betonowa. Piwnica nie jest przeznaczona na stały pobyt ludzi. Wyniki z punktu pomiarowego na zewnątrz budynku doświadczalnego stanowią tło badań (3BPT).

Wyniki badań

Wyniki pomiarów mikroklimatycznych zestawiono w tabeli 4 i w tabeli 5. Badania wykazały, że temperatura w pomieszczeniach budynku była najczęściej dość wyrównana i wahała się od 13,8 do 25,5°C, natomiast w środowisku zewnętrznym była zmienna w poszczególnych porach roku i zawierała się w zakresie od –4,0 do 30,3°C.

Wilgotność względna była bardzo zróżnicowana. Największe jej wahania odnotowano zwłaszcza w środowisku zewnętrznym (25,9–88,0%), natomiast w domu pasywnym najczęściej utrzymywała się na poziomie 40–50%, jednak jej zakres był dość szeroki i wynosił od 21,7 do 78,5%.

Stężenie CO2 na zewnątrz budynku było dość niskie i wyrównane (najczęściej poniżej 400 ppm), natomiast największe różnice odnotowano wewnątrz budynku (350–1154 ppm). Prędkość wiatru w dniach pomiarów była raczej niska i wahała się od 0,0 do 3,0 m/s.

Ogólna liczebność bakterii mezofilnych w budynku pasywnym (DoPas) w pokoju na parterze (1BP) wahała się od 30 do 2120 jtk/m³, natomiast w piwnicy (2BP), w której nie przebywają na stałe żadne osoby, była mniejsza i wynosiła od 0 do 1690 jtk/m³. Natomiast bakterie psychrofilne występowały w znacznie większej liczebności i zawierały się w przedziale 20–3520 jtk/m³ (na parterze – 1BP) i 0–3780 jtk/m³ (w piwnicy – 2BP).

W środowisku zewnętrznym (tło badań) liczebność analizowanych grup bakterii była dość zróżnicowana. Bakterie mezofilne w tym środowisku występowały w najmniejszej liczebności (w zakresie od 0 do 1600 jtk/m³), natomiast psychrofilne w największej (od 0 do 9340 jtk/m³). W niektórych terminach badawczych ich liczebność była wyższa niż wewnątrz badanych budynków.

Na rys. 1 i 2 zestawiono ogólną liczebność bakterii mezofilnych i psychrofilnych występujących w badanym budynku oraz w środowisku zewnętrznym (tło badań). 

Największe skażenie powietrza bakteriami z rodzaju Staphylococcus odnotowano w pokoju budynku pasywnego DoPas (1BP), gdzie liczebność gronkowców mannitolododatnich (M+) wahała się od 0 do 290 jtk/m³, a mannitoloujemnych (M–) od 0 do 160 jtk/m³.

Nieco mniejsze stężenie bakterii odnotowano w piwnicy (M+ i M– od 0 do 120 jtk/m³), a najmniejsze w tle badań w środowisku zewnętrznym (M+ od 0 do 90 jtk/m³, M– od 0 do 20 jtk/m³). Na rys. 3 i 4 przedstawiono zmianę liczebności tych bakterii w całym okresie badawczym na wszystkich stanowiskach.

W ciągu całego okresu badawczego nie wykryto bakterii Pseudomonas fluorescens hodowanych w 4°C, hodowane w 26°C również praktycznie nie występowały, gdyż zostały one wykryte jedynie dwukrotnie w budynku pasywnym i środowisku zewnętrznym w liczebności 10 jtk/m³. Natomiast promieniowce (Actinobacteria) wykrywane były głównie w początkowym okresie badań, a ich największą liczebność stwierdzono w środowisku zewnętrznym. Gdy stwierdzono ich obecność w tle badań, zwykle były one także obecne w badanych pomieszczeniach. Na rys. 5 przedstawiono ich zmienność w całym trzyletnim okresie badań.

Największe zróżnicowanie wyników badań powietrza pod kątem grzybów mikroskopowych stwierdzono w środowisku zewnętrznym. Na pożywce Czapek-Doxa stwierdzono tam od 0 do 114 520 jtk/m², a na pożywce Waksmana od 40 do 56 260 jtk/m³.

Najczystsze pod względem liczebności grzybów było powietrze w pokoju (1BP) budynku pasywnego (od 0 do 4840 jtk/m³ na pożywce Czapek­‑Doxa i od 40 do 4560 jtk/m³ na pożywce Waksmana), a nieco bardziej zanieczyszczone w piwnicy (2BP) (0–11 640 jtk/m³ na pożywce Czapek-Doxa i 0–7520 jtk/m³ na pożywce Waks­mana). Zmiany stężenia grzybów mikroskopowych na tych stanowiskach przedstawiono na rys. 6 i rys. 7.

Porównując uzyskane wyniki badań z wytycznymi polskich norm, można stwierdzić, że powietrze w budynku pasywnym DoPas było najczęściej zanieczyszczone przez gronkowce.

W całym okresie badań na 30 terminów badawczych aż 20 razy było średnio zanieczyszczone i 6 razy silnie zanieczyszczone gronkowcami mannitoloujemnymi oraz 7 razy średnio i 8 razy silnie zanieczyszczone gronkowcami mannitolododatnimi. Zdecydowanie większe i częstsze zanieczyszczenie tymi bakteriami odnotowano w pokoju (1BP), w którym stale przebywają ludzie. Natomiast w piwnicy (2BP) w połowie terminów badawczych nie wykryto tych bakterii.

Analizując liczebność bakterii mezofilnych, można stwierdzić, że tylko pięć razy powodowały one średnie zanieczyszczenie powietrza, a w pozostałych terminach powietrze było niezanieczyszczone tymi bakteriami. W budynku pasywnym sporadycznie stwierdzano skażenie powietrza przez bakterie Pseudomonas fluores­cens, natomiast w 2009 r. często występowało silne zanieczyszczenie promieniowcami (Actinobacteria).

Liczebność grzybów mikroskopowych wyhodowanych na pożywkach Czapek-Doxa i Waksmana dowodzi, że powietrze w pokoju (1BP) było przeciętnie czyste, a w piwnicy (2BP) również przeciętnie czyste z wyjątkiem jednego terminu (lipiec 2009 r.), w którym odnotowano zanieczyszczenie mogące negatywnie oddziaływać na środowisko naturalne człowieka. W całym okresie badań stwierdzono, że to właśnie w okresie lata liczebność grzybów mikroskopowych była największa, natomiast zimą najmniejsza.

W pomieszczeniach budynku pasywnego wykrywano także niewyznaczane przez polskie normy bakterie psychrofilne. Ich większa liczebność częściej występowała w pokoju (1BP) i 9 razy przekroczyła 1000 jtk/m³, podczas gdy w piwnicy (2BP) tylko 4 razy stwierdzono więcej niż 1000 jtk/m³ powietrza.

W środowisku zewnętrznym (3BPT), w tle badań, powietrze również najczęściej zanieczyszczone było gronkowcami. W 11 terminach odnotowano średnie, a w 6 terminach silne zanieczyszczenie gronkowcami mannitolododatnimi, a w 8 terminach średnie zanieczyszczenie gronkowcami mannitoloujemnymi. Jednak tylko w 5 przypadkach stwierdzono jednoczesne skażenie powietrza obiema formami gronkowców. W środowisku zewnętrznym, podobnie jak wewnątrz budynku, sporadycznie stwierdzano skażenie powietrza przez bakterie Pseudomonas fluorescens, natomiast 12 razy występowało zanieczyszczenie promieniowcami (Actinobacteria).

Pod względem obecności grzybów mikroskopowych 3 razy stwierdzono zanieczyszczenie powietrza zewnętrznego mogące negatywnie oddziaływać na środowisko naturalne człowieka i również 3 razy zanieczyszczenie zagrażające środowisku naturalnemu człowieka.

W tle badań stwierdzono także bakterie psychrofilne, których liczebność była prawie zawsze większa niż bakterii mezofilnych. Jednak ich koncentracja tylko 6 razy przekraczała 1000 jtk/m3 powietrza.

Podsumowując uzyskane wyniki badań mikrobiologicznych, można stwierdzić, że w budynku pasywnym DoPas dość często występowały bakterie, które pochodzą od ludzi. Można przypuszczać, że osoby przebywające w budynku były źródłem ich emisji. Ponadto zauważono, że mimo często wyższego skażenia powietrza zewnętrznego, np. grzybami mikroskopowymi czy promieniowcami, powietrze w budynku pasywnym było znacznie czystsze. Wskazuje to na pozytywną rolę filtrów, które zatrzymują większe cząstki, np. zarodniki grzybów.

Analiza parametrów mikroklimatycznych wskazuje jednocześnie, że w budynku utrzymywała się bardziej wyrównana temperatura i wilgotność, natomiast stężenie dwutlenku węgla było wyższe niż w tle badań, czyli w powietrzu zewnętrznym.

Podsumowanie

Czystość powietrza zewnętrznego oraz prawidłowe funkcjonowanie systemów wentylacyjnych w głównej mierze wpływają na jakość powietrza wewnętrznego. Szczególnie w budynkach pasywnych, w których nie otwiera się okien w celu wietrzenia pomieszczeń, należy systemy wentylacji utrzymywać w odpowiedniej czystości.

Filtry, na których osadzają się liczne zanieczyszczenia i mikroorganizmy, powinno się okresowo wymieniać. Ważną rolę w utrzymaniu odpowiedniej jakości powietrza wewnętrznego odgrywają zarówno osoby przebywające w budynku, jak i utrzymywanie danego obiektu w czystości – częste mycie podłóg, pastowanie, używanie odkurzaczy z filtrem wodnym.

Mikroklimat pomieszczeń ma znaczny wpływ na stan zdrowia i jakość życia osób, które w nich przebywają. Duże ilości bakterii zawartych w cząstkach osiadłego pyłu mogą być emitowane do powietrza podczas turbulencji powietrza, np. poruszania się ludzi w pomieszczeniach. Natomiast głównym źródłem grzybów jest powietrze z zewnątrz budynku, dotyczy to jednak wyłącznie tzw. zdrowych pomieszczeń.

W pomieszczeniach zagrzybionych ważną funkcję w zanieczyszczeniu powietrza pełnią źródła wewnętrzne. Systemy wentylacji i klimatyzacji stosunkowo często wprowadzają do pomieszczeń zarodniki grzybów, które zasiedlają kanały nawiewne lub filtry [4,6]. Coraz większa świadomość możliwości występowania negatywnych skutków przebywania ludzi w miejscach o dużym stężeniu bioaerozolu grzybowego przyczynia się do intensyfikacji badań flory mikologicznej pomieszczeń zamkniętych [4,7].

W badanym obiekcie stwierdzono okresowe skażenie powietrza pod względem mikrobiologicznym. Nie odnotowano jednak na szczęście objawów syndromu chorego budynku mimo występowania wysokich stężeń dwutlenku węgla. Uzyskane wyniki wskazują jednocześnie, że należy zwracać szczególną uwagę na stan czystości systemów wentylacyjnych, które odpowiedzialne są za wymianę powietrza w pomieszczeniach. Ma to szczególne znaczenie ze względu na fakt, że ponad 85% swojego czasu ludzie spędzają w pomieszczeniach zamkniętych i narażeni są często na złą jakość powietrza wewnętrznego.

Literatura

1. Bouillard L., Michel O., Dramaix M., Devleeschouwer M., Bacterial contamination of indoor air, surfaces, and settled dust, and related dust endotoxin concentrations in healthy office buildings, „Ann Agric Environ Med.” Vol. 12/2005.
2. Elliot M.A., Talbot N.J., Building filaments in the air: aerial morphogenesis in bacteria and fungi, „Current Opinion in Microbiology” Vol. 7/2004.
3. Gąska-Jędruch U., Dudzińska M.R., Zanieczyszczenie mikrobiologiczne w powietrzu wewnętrznym, „Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN” Vol. 58, t. 2, 2009.
4. Gniadek A., Macura A.B., Występowanie grzybów w środowisku Domu Pomocy Społecznej w Karniowicach, „Annales Universitatis Mariae Curie-Skłodowska Lublin – Polonia”, Sectio D, Vol. LIX, Suppl. XIV, 1129, 2004.
5. Górny R.L., Dutkiewicz J., Bacterial and fungal aerosols in indoor environment in central and eastern European countries, „Ann Agric Environ Med.” Vol. 9/2002.
6. Krzysztofik B., Mikrobiologia powietrza, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1992.
7. Macura A.B., Gniadek A., Flora mikologiczna w środowisku Domu Pomocy Społecznej im. Helclów w Krakowie w różnych porach roku, „Mikologia Lekarska” t. 10, nr 3/2003.
8. Muszyński A., Wojewódka D., Ocena mikrobiologicznego zanieczyszczenia powietrza w pomieszczeniach biurowych, „Inżynieria i Ochrona Środowiska” Vol. 4, nr 3–4/2001.
9. PN-Z-04111-01:1989 Ochrona czystości powietrza. Badania mikrobiologiczne. Postanowienia ogólne i zakres normy.
10. PN-Z-04111-02:1989 Ochrona czystości powietrza. Badanie mikrobiologiczne. Oznaczanie liczby bakterii w powietrzu atmosferycznym (imisja) przy pobieraniu próbek metodą aspiracyjną i sedymentacyjną.
11. PN-Z-04111-03:1989 Ochrona czystości powietrza. Badanie mikrobiologiczne. Oznaczanie liczby grzybów mikroskopowych w powietrzu atmosferycznym (imisja) przy pobieraniu próbek metodą aspiracyjną i sedymentacyjną.
12. Stolwijk J.A.J., Sick-Building Syndrome, „Environmental Health Perspectives” Vol. 95/1991.