Inżynieria Środowiska Wewnętrznego Jakość powietrza wewnętrznego

1. Inżynieria Środowiska Wewnętrznego Jakość powietrza wewnętrznego dr inż. Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji Politechnika Warszawska maciej.mijakowski@is.pw.edu.pl

2. Powietrze • Dlaczego ważne • źródło tlenu (w przeciwieństwie do pożywienia lub wody brak odczujemy już po kilku minutach) • zapotrzebowanie ok. 6 kg / dobę (więcej niż pożywienia i wody) • 6 kg -> 7.2 m3 ale 20 m3/h non-stop (mało efektywnie wykorzystane) Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

3. Powietrze • Skład Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

4. Powietrze • Właściwości fizyczne powietrza wilgotnego • temperatura • wilgotność (wilgotność względna, zawartośćpary wodnej, temperatura punktu rosytemperatura termometru mokrego) • entalpia • ruch powietrza • ciśnienie • jonizacja Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

5. 30 m3 Powietrze • Właściwości psychrometryczne x = 7,3 g/kg tR = 9,0°C tm = 13,8°C i = 38 kJ/kg pH2O =1168 Pa r = 1,20 kg/m3 temp. = 20°Cwilg. = 50% Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

6. 30 m3 540 g 33 g Powietrze • Właściwości psychrometryczne c.d. x = 15,0 g/kg 15,0  30 1,20 = 540 g x = 0,8 g/kg 0,8  30 1,36 = 33 g temp. = 20°Cwilg. = 100% temp. = -20°Cwilg. = 100% Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

7. 14 g H2O / kg powietrza temp. = 20°Cwilg. = 100% temp. = -20°Cwilg. = 100% Powietrze • Właściwości psychrometryczne c.d. Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

8. Powietrze • Ruch powietrza • granica odczuwania: 0.15 m/s • dyskomfort: 0.5 m/s • wiatr słaby: do 3.0 m/s (odczuwany od 1.0 m/s) • wiatr umiarkowany: do 8.0 m/s • wiatr silny: powyżej 8.0 m/s • turbulencje Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

9. Powietrze • Ciśnienie • tzw. normalne 1013 hPa (101325 Pa) • zmiany na poziomie 25-30 hPa • brak wpływu meteotropowego • hipoksja wysokościowa (zmiana ciśnienia parcjalnego tlenu) • nadciśnienie stosuje się do zabezpieczenia pomieszczeń czystych (ok. 10-20 Pa) • 1 Pa = 0.1 mm słupa wody = 0.1 kg siły na 1m2 Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

10. Zanieczyszczenia powietrza • Zanieczyszczenia chemiczne • CO2, CO, SO2, NOX, O3, C6H6, VOC, ... • Zanieczyszczenia pyłowe • pył szybkoopadający, pył zawieszony, pyły respirabilne, • Zanieczyszczenia mikrobiologiczne • bakterie, wirusy, promieniowce, grzyby, roztocza, pleśnie Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

11. Zanieczyszczenia powietrza • Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dn. 17.06.1998r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń fizycznych czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy • 352 substancje chemiczne, pyły, hałas, promieniowanie: nadfioletowe, laserowe, podczerwone, pole magnetyczne, drgania, mikroklimat gorący i zimny • Zarządzenie Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej w sprawie dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia wydzielanych przez materiały budowlane, urządzenia i elementy wyposażenia w pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt ludzi (Monitor Polski 19/1996) • Pomieszczenia kategorii A (pom. mieszkalne; sale chorych; pom. dla dzieci, młodzieży w budynkach oświaty; pom. do przechowywanie żywności), pomieszczenia kategorii B (pozostałe) • 35 substancji chemicznych w powietrzu, 17 substancji chemicznych i ich mieszanin w materiałach budowlanych, naturalne izotopy promieniotwórcze w materiałach budowlanych • Powietrze zewnętrzne - Dz. U. 87/2002 Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

12. Zanieczyszczenia powietrza • NDS - najwyższe dopuszczalne stężenie średnie ważone stężenie, którego oddziaływanie na pracownika w ciągu 8-godzinnego dobowego i 42-godzinnego tygodniowego wymiaru czasu pracy przez okres jego aktywności zawodowej nie powinno spowodować ujemnych zmian w jego stanie zdrowia oraz w stanie zdrowia jego przyszłych pokoleń • NDSCh - najwyższe dopuszczalne stężenie chwilowe wartość średnia, która nie powinna spowodować ujemnych zmian w stanie zdrowia pracownika oraz w stanie zdrowia jego przyszłych pokoleń, jeżeli utrzymuje się w środowisku pracy nie dłużej niż 30 minut w czasie zmiany roboczej • NDSP - najwyższe dopuszczalne stężenie progowe stężenie, które ze względu na zagrożenie zdrowia lub życia pracownika nie może być w środowisku pracy przekroczone w żadnym momencie Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

13. Zanieczyszczenia powietrza • Dwutlenek węgla • bezbarwny, bezwonny, niepalny, cięższy od powietrza, dobrze rozpuszczalny w wodzie • rośliny – wysokie stężenie CO2 wywołuje ich wzrost • budynki – wyługowanie wapnia, 1000 ppm – stężenie CO2 groźne dla konstrukcji żelbetowych • niedobór CO2 we krwi (hipokapnia, hipokarbia) powoduje spłycenie oddychania, a nawet chwilowy bezdech • nadmiar CO2 (hiperkapnia, hiperkarbia) wywołuje pogłębienie i przyspieszenie oddychania, a następnie porażenie ośrodka oddechowego, utratę przytomności i bezdech Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

14. Zanieczyszczenia powietrza • Dwutlenek węgla - wartości stężeń Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

15. Zanieczyszczenia powietrza • Dwutlenek węgla - źródła • metabolizm • produkt spalania paliw emisja CO2 emisja CO2=((0,00276*pow_DuBois*Aktywność/(0,23*RQ+0,77))*RQ)*3,6*10^3 Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

16. Zanieczyszczenia powietrza • Tlenek węgla • lekki, bezbarwny, bezwonny, trujący, duszący, łatwo się rozprzestrzenia • silnie trujący dla ludzi i zwierząt • nieszkodliwy dla wegetacji roślin • nieszkodliwy dla budowli • CO ma znacznie większe powinowactwo do hemoglobiny niż tlen (ok. 300 razy), z tego względu przy zatruciu tym gazem powstaje karboksyhemoglobina, co w efekcie prowadzi do niedotlenienia tkanek Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

17. Zanieczyszczenia powietrza • Tlenek węgla - zatrucia, zaczadzenia • główne objawy zatrucia: duszność, bóle i zawroty głowy, nudności, wymioty, oszołomienie, osłabienie, przyspieszenie czynności serca i oddychania • przy ciężkim zatruciu występują: utrata przytomności, śpiączka, drgawki, a w końcu porażenie ośrodka oddechowego (depresja oddechowa) • zatrucia przewlekłe: bóle i zawroty głowy, znużenie, zmiany w ośrodkowym układzie nerwowym objawiające się: pogorszeniem pamięci i zdolności koncentracji, bezsenność, znużenie • powikłaniem zatruć CO są zmiany zwyrodnieniowe w  ośrodkowym układzie oddechowym, nerwobóle, zapalenie płuc • leczenie polega głównie na tlenoterapii, w razie konieczności zastosowaniu sztucznej wentylacji, podawaniu tioniny i cytochromu C Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

18. Zanieczyszczenia powietrza • Tlenek węgla - wartości stężeń Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

19. Zanieczyszczenia powietrza • Tlenek węgla - wartości stężeń Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

20. Zanieczyszczenia powietrza • Tlenek węgla - źródła • nieprawidłowe (niecałkowite) spalanie w aparatach grzewczych • palenie papierosów Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

21. Zanieczyszczenia powietrza • Dwutlenek siarki • bezbarwny gaz o ostrym, charakterystycznym zapachu, cięższy od powietrza • dobrze rozpuszcza się w wodzie, tworząc kwas siarkawy Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

22. Zanieczyszczenia powietrza • Dwutlenek siarki - działanie • silnie drażni drogi oddechowe, rozpuszczając się w wydzielinach błon śluzowych tworzy kwas siarkawy, który działa na nie żrąco • bardzo wysokie stężenie w powietrzu powoduje duszność, zapalenia oskrzeli, sinicę i zaburzenia świadomości. • odpowiada za powstawanie kwaśnych deszczy. • powoduje uszkodzenia roślin, korozję metali, rozpuszcza tynki oraz elementy wykonane z wapienia. • efektem zanieczyszczenia SO2 w miastach i ośrodkach przemysłowych jest smog kwaśny (londyński), SO2 należy do silnie toksycznych składników smogu, szczególną szkodliwość na zdrowie człowieka przypisuje się jednoczesnemu skażeniu powietrza SO2 i siarczanami, jak też mieszaniną SO2, cząstek stałych i innych substancji powstających przy spalaniu kopalin • kumuluje się w ściankach tchawicy i oskrzelach oraz w wątrobie, śledzionie, mózgu i węzłach chłonnych • duże stężenie SO2 może prowadzić również do zmian w rogówce oka Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

23. Zanieczyszczenia powietrza • Dwutlenek siarki - działanie c.d. Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

24. Zanieczyszczenia powietrza • Dwutlenek siarki - wartości stężeń Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

25. Zanieczyszczenia powietrza • Dwutlenek siarki - wartości stężeń Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

26. Zanieczyszczenia powietrza • Dwutlenek siarki - źródła • produkt spalania węgla, powstaje przede wszystkim w wyniku spalania węgla kamiennego. • wyraźna różnica stężenia w ciągu roku, w sezonie grzewczym jego stężenie jest ok. 4 - 6 razy wyższe niż w okresie letnim. • pochodzi głównie ze źródeł stacjonarnych: z zakładów przemysłowych, elektrociepłowni i palenisk domowych Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

27. Zanieczyszczenia powietrza • Tlenki azotu • podtlenek N2O (gaz bezbarwny, nietrujący, podtrzymuje spalanie) • tlenek NO (gaz o cząsteczkach paramagnetycznych, bardzo reaktywny) • trójtlenek dwuazotu N2O3 (niebieska ciecz poniżej temperatury -10οC, nietrwały powyżej tej temperatury) • dwutlenek NO2 (czerwonobrunatny gaz o gryzącym zapachu, silnie trujący) • czterotlenek dwuazotu N2O4 (bezbarwny gaz, produkt dimeryzacji dwutlenku) • pięciotlenek dwuazotu N2O5 (ciała stałe, krystaliczne, bezwodnik kwasu azotowego) Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

28. Zanieczyszczenia powietrza • Tlenki azotu - działanie • działanie toksyczne • obniża odporność organizmu na infekcje bakteryjne • działa drażniąco na oczy i drogi oddechowe, jest przyczyną zaburzeń w oddychaniu • powoduje choroby alergiczne (m.in. astmę) • prekursory powstających w glebie związków rakotwórczych i mutagennych • w połączeniu z gazowymi węglowodorami tworzą w określonych warunkach atmosferycznych zjawisko smogu fotochemicznego (tzw. letniego), po utlenieniu w obecności pary wodnej, mają również udział w tworzeniu kwaśnych deszczów i ich niszczącym działaniu Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

29. Zanieczyszczenia powietrza • Tlenki azotu - wartości stężeń Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

30. Zanieczyszczenia powietrza • Tlenki azotu - źródła • głównymi naturalnymi źródłami związków azotu są wyładowania atmosferyczne i biologiczne wiązanie w naturalnych ekosystemach. • antropogeniczna emisja tlenków azotu pochodzi prawie wyłącznie ze spalania surowców energetycznych, głównie węgla i pochodnych ropy naftowej powstają wskutek utleniania w wysokich temperaturach diazotu (N2 ) zawartego w powietrzu i azotu występującego w paliwie • ostatnio zwraca się uwagę na emisję tlenków azotu ze źródeł rolniczych • znaczne ich ilości tworzą się również w procesach wysokotemperaturowych wykorzystujących tlen (np. w procesach wytwarzania stali) i w trakcie produkcji związków chemicznych zawierających azot (np. nawozów azotowych) Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

31. Zanieczyszczenia powietrza • Zanieczyszczenia powietrza wewnętrznego • sklejki, meble, wykładziny podłogowe, tapety, izolacja, plastiki • środki czystości, dezynfekujące, odplamiacze, pestycydy • farby, lakiery, kleje, benzyny, oleje, rozpuszczalniki • dym papierosowy • instalacja wentylacyjna i klimatyzacyjna • kosmetyki, • tusze, atramenty, tonery, farby drukarskie Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

32. Zanieczyszczenia powietrza • Benzen • silnie toksyczny • pary tej substancji powodują podrażnienie błon śluzowych i oczu, a w większych stężeniach również skóry • główne objawy zatrucia są związane z działaniem na układ nerwowy, początkowo pobudza psychicznie, potem powoduje oszołomienie, drgawki, niemiarowość akcji serca oraz śpiączkę • następstwem zatrucia są: znużenie, bóle i zawroty głowy, oszołomienie, z pewną euforią przypominającą odurzenie alkoholowe, zupełna utrata sił i duszności, a w ciężkich wypadkach utrata przytomności. • silnie rakotwórczy Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

33. Zanieczyszczenia powietrza • Formaldehyd • podrażnienie śluzówek • objawy ogólne • nasilanie alergii • wrażliwość na inne substancje chemiczne • wpływ na układ nerwowy: depresja, zaburzenia pamięci, zaburzenia snu Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

34. Zanieczyszczenia powietrza • VOC - lotne związki organiczne • węglowodory aromatyczne: benzen, toluen, ksyleny, styren, etylobenzen • węglowodory alifatyczne: heksan, heptan, octan, dekan, cykloheksan • węglowodory chlorowane: chloroform, trichloroetylen, tetrachloroetylen • terpeny: limonen, pinen • alkohole: etanol, propanol, heksanol • aldehydy: formaldehyd, acetaldehyd, akroleina, benzaldehyd • estry i ketony: aceton, octan etylu • inne związki: naftalen (policykliczny wodorowęglan aromatyczny) Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

35. Zanieczyszczenia powietrza • VOC - działanie • podrażnienie śluzówek • uszkodzenie skóry • objawy ogólne • właściwości onkogenne: białaczki, rak wątroby • uszkodzenie układu hematologicznego • uszkodzenie wątroby • zaburzenia rytmu serca Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

36. Zanieczyszczenia powietrza • VOC - detekcja • analizy laboratoryjne: chromatografia w fazie gazowej lub ciekłej, metody kolorymetryczne • komórki elektrochemiczne (aparaty przenośne): Interscan 1000, Formaldemeter • tuby reaktywne (wskaźnikowe): Dräger, Gastec Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

37. Zanieczyszczenia powietrza • VOC - detekcja • Przykłady powszechnie stosowanych składników środków zapachowychbenoaldehydzapach: ostry, słodki, migdałowy, wiśniowypodrażnia układ oddechowy, depresje, uszkadza wątrobę, podrażnia skóręoctan benzyluzapach: słodki, owocowy, świeżości podrażnia skórę, oczy, układ oddechowy, obniża ciśnienie krwi, przyspiesza puls Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

38. Zanieczyszczenia powietrza • Zanieczyszczenia pyłowe • całkowity pył zawieszony TSP (ang. total suspended particulates) – całkowita zawartość pyłu w powietrzu, • pył drobny PM10 (ang. particulate matter) – frakcja pyłu zawieszonego, której cząstki mają średnicę mniejszą od 10 mm, • pył bardzo drobny PM2,5 – frakcja pyłu zawieszonego, o rozdrobnieniu koloidalnym, której cząstki mają średnice mniejsze od 2,5 mm Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

39. Zanieczyszczenia powietrza • Zanieczyszczenia pyłowe - rozmiary ziaren Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

40. Zanieczyszczenia powietrza • Zanieczyszczenia pyłowe - rozmiary ziaren Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

41. Zanieczyszczenia powietrza • Zanieczyszczenia pyłowe - klasyfikacja pyłów ze względu na oddziaływanie na zdrowie • pyły o działaniu pylicotwórczym • pyły o działaniu alergizującym • pyły o działaniu drażniącym • pyły o działaniu toksycznym • pyły o działaniu rakotwórczym • pyły radioaktywne Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

42. Zanieczyszczenia powietrza • Zanieczyszczenia pyłowe - pylice wywołane pyłami nieorganicznymi • azbestoza • krzemica • beryloza • pylica talkowa, węglowa, aluminiowa, cynowa, barytowa, żelazowa, spawaczy, tzw. mieszana (spowodowana działaniem dymu spawalniczego zawierającego tlenki żelaza, kadmu, magnezu, tytanu, krzemionki) Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

43. Zanieczyszczenia powietrza • Zanieczyszczenia pyłowe - choroby wywołane pyłem organicznym • alergiczne zapalenie pęcherzyków płucnych (np. Płuco rolnika, Płuco hodowców ptaków, Gorączka zbożowa, Gorączka słodowa, Choroba stolarzy, Choroba serowarów, Korkowica) • zespół toksyczny wywołany pyłem organicznym (objawy w postaci grypopodobnego zespołu, często bez objawów ze strony układu oddechowego; spowodowana przez bakterie i grzyby zawarte w pyle organicznym, a także endotoksyny, mikotoksyny, glukany) • astma oskrzelowa • biosynoza (pył bawełny, lnu, konopii) Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

44. Zanieczyszczenia powietrza • Zanieczyszczenia pyłowe - wartości dopuszczalne • Stanowiska pracy (Dz. U. 79/1998):NDS podane dla 17 rodzajów pyłu • Powietrze wewnętrzne –Wytyczne „Swedish Indoor Climate Institute”Klasa komfortu AQ1: 0,06 mg/m3Klasa komfortu AQ2: 0,15 mg/m3 • Powietrze zewnętrzne (Dz. U. 87/2002):pył zawieszony PM10Teren kraju - ludzie, Ochrona uzdrowiskowa, Parki narodowe50 mg/m3 (24 godziny), 40 mg/m3 (średnia roczna) Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

45. Zanieczyszczenia powietrza • Zanieczyszczenia mikrobiologiczne • bakterie • wirusy • promieniowce • grzyby i ich zarodniki • roztocza • ... Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

46. Zanieczyszczenia powietrza • Zanieczyszczenia mikrobiologiczne - grzyby pleśniowe • infekcje powierzchniowe • infekcje głębokie (narządowe) • bezpośrednio: alergiczny nieżyt nosa, alergiczne zapalenie spojówek, astma oskrzelowa, alergiczne zapalenie pęcherzyków płucnych • pośrednio: toksyny Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

47. Zanieczyszczenia powietrza • Zanieczyszczenia mikrobiologiczne - mykotoksyny grzybów pleśniowych Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

48. Zanieczyszczenia powietrza • Zanieczyszczenia mikrobiologiczne - mykotoksyny grzybów pleśniowych • patulina: rakotwórcza, cytotoksyczna • cytrynina i ochratoksyna: nefrotoksyczna • aflatoksyna: silnie rakotwórcza (głównie dla wątroby), teratogenna, neuro-, kardio-, nefrotoksyczna • termorgeny: neurotoksyczne • kladosporyna i emodyna: cytotoksyczna, kancerogenna, hepatotoksyczna Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

49. Zanieczyszczenia powietrza • Zanieczyszczenia mikrobiologiczne - mykotoksyny grzybów pleśniowych Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW

50. Zanieczyszczenia powietrza • Zanieczyszczenia mikrobiologiczne - klasyfikacja zanieczyszczeń mikrobiologicznychw powietrzu wewnętrznym w domachoraz w pomieszczeniach nieprodukcyjnych Maciej Mijakowski Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji, PW