Вентиляция и курение

Табачный дым в помещении

Табачный дым, поступающий в помещение, состоит, во-первых, из основной струи ¹ дыма, которую курильщик выдыхает с каждой затяжкой, и, во-вторых, из побочной струи дыма, поступающей непосредственно в помещение с тлеющего конца сигареты, сигары или курительной трубки ². Наиболее высокая температура горения табака при вдыхании означает, что основная струя дыма образуется при более полном сгорании, чем побочная струя. Некоторые продукты сгорания основной струи не поступают в окружающую среду, т. к. они разлагаются в человеческом организме. Следовательно, побочная струя дыма содержит более высокий уровень вредных веществ, чем основная струя.

Табачный дым представляет собой сложную смесь нескольких тысяч компонентов в виде газообразных веществ, капель и микрочастиц, которые оказывают вместе притягательный, возбуждающий, отравляющий и канцерогенный эффекты. Статистические данные по содержанию в сигаретах смолы, никотина и окиси углерода широко публикуются представителями табачной промышленности. Эти данные получены в результате измерений в основной струе дыма с помощью специальных курительных машин. Никотин – основная причина развития табакозависимости; его содержание может меняться у различных марок и производителей сигарет в диапазоне от 0,1 до 2,0 мг в одной сигарете, в среднем примерно 0,9 мг. Содержание смолы меняется от 1,0 до 25 мг в сигарете, в среднем примерно 12 мг ³. Достоверен факт, что сигареты с более высоким содержанием никотина содержат также и больше смолы.

Содержание никотина и смолы вовсе не означает, что именно такое количество получит курильщик от конкретной сигареты. Это зависит, главным образом, от того, как именно он или она выкуривает ее. Курильщик сигареты, которая обладает низким содержанием смолы и никотина, делающий частые и глубокие затяжки, может получить столько же смолы и никотина, что и курильщик сигарет с большим их содержанием.

Многие компоненты табачного дыма присутствуют в окружающем воздухе из-за эмиссии из других источников: промышленные выбросы, транспорт и отделочные материалы. Однако никотин и сопутствующее ему вещество 3-EP (3-этинилпиридин) попадают в воздух исключительно от сгорания табака и являются отличительным признаком табачного дыма. По этой причине концентрация в воздухе никотина и 3-EP служит хорошим индикатором качества воздуха и эффективности защитных средств. ISO разработала стандарты методов измерения состава табачного дыма (ISO 2002).

Определение содержания никотина в воздухе в настоящее время может быть выполнено только с помощью отбора проб и анализа их в лабораторных условиях. Конечно, это длительный процесс. Необходимо проведение дальнейших исследований с целью создания простых измерительных средств для практических целей. Желательно, чтобы эти средства были способны давать показания в режиме текущего времени. Это привело бы в соответствие требования систем управления вентиляцией и реальные возможности.

¹ Основная струя дыма – это также и вдыхаемый табачный дым. – Примеч. ред.

² Обычно этот поток дыма называют побочной струей дыма. – Примеч. ред.

³ Данные по рынку сигарет в США. Российские данные показывают несколько более высокие значе-
ния. – Примеч. ред.

Влияние табачного дыма на здоровье

Когда некурящий человек подвергается воздействию табачного дыма, он не только ощущает неприятный для него запах, но и может страдать от других неудобств, в том числе от раздражения глаз, носа и горла. Кроме того, воздействие табачного дыма может вызвать приступ астмы у людей с этим заболеванием и острую сердечную недостаточность у людей с больным сердцем. Длительное воздействие табачного дыма может повысить риск развития бронхита, пневмонии, рака легких, сердечных и сосудистых заболеваний. Более того, у некоторых людей может развиться такая чувствительность к табачному дыму, что даже кратковременное его воздействие будет способно вызвать одышку, кашель, раздражение слизистой и другие реакции.

Очевидно, что курение табака вредно для здоровья человека. Подвергать себя этому опасному воздействию – дело личной ответственности. Но курение влияет также и на некурящих. Вот по какой причине REHVA составила этот справочник. Справочник будет полезен для большинства европейских стран. В нем собраны все технические средства, которые могут быть использованы для уменьшения влияния табачного дыма внутри помещений вне зависимости от особенностей законов и нормативов различных европейских стран.

Удаление табачного дыма при помощи вентиляции

Главным приоритетом в контроле качества воздуха всегда было устранение источника загрязнений. Таким образом, когда речь идет о достижении высокого качества воздуха, ничто не может идти в сравнение с запретом курения. Справочник является исключительно техническим руководством для специалистов в области отопления, вентиляции и кондиционирования по вопросам проектирования помещений для курящих. Никто не утверждает, что вентиляция может обеспечить то же самое качество воздуха, как и в помещениях для некурящих. Даже лучшие вентиляционные системы не способны снизить концентрацию вредных химических веществ табачного дыма до абсолютного нуля. Но, в зависимости от выбранной системы вентиляции, можно снизить концентрацию компонента в несколько раз от его первоначального значения.

Следует помнить, что принцип «Предельно допустимой концентрации» (ПДК) является общим для многих аспектов проблемы качества воздуха. Однако до настоящего времени не существует ПДК для табачного дыма.

Измерение концентрации табачного дыма

Табачный дым представляет собой аэрозоль, содержащий пары и микрочастицы. Никотин и 3-EP используются в качестве определяемых компонентов паровой фазы табачного дыма; оба эти вещества являются специфичными для табачного дыма. Хотя никотин используется в качестве определяемого компонента наиболее часто, он не является идеальным маркером, главным образом, из-за его адсорбционных свойств, непредсказуемой скорости разложения. Напротив, 3-EP точно отражает паровую фазу табачного дыма и, следовательно, может считаться лучшим маркером. Определение паровой фазы никотина и 3-EP методом газовой хроматографии описано в стандарте ISO 18145 (ISO 2003).

Образующийся в воздухе соланезол специфичен для табачного дыма и присутствует в воздухе только вместе с микрочастицами табачного дыма. Его содержание связано постоянным соотношением с количеством выдыхаемых взвешенных частиц, которое зависит от условий вентиляции помещения и продолжительности отбора пробы. Методика отбора проб и определения концентрации взвешенных выдыхаемых микрочастиц описаны в стандарте ISO 18144 (ISO 2003).

Вентиляция для контроля табачного дыма

Введение

Существует несколько способов решения вопроса «какая должна быть вентиляция для удаления табачного дыма». В справочнике приводятся данные по необходимой кратности воздухообмена в зависимости от различных критериев качества воздуха, которые могут классифицироваться следующим образом:

• национальные строительные нормы и правила;

• международные стандарты;

• концентрация табачного дыма;

• ощущаемое качество воздуха.

Для того чтобы найти эффективные технические средства снижения концентрации табачного дыма внутри помещения, необходимо установить критерии, основанные на уровне риска для здоровья людей, который считается приемлемым. Сходная стратегия применяется и во многих аналогичных ситуациях. Приемлемый уровень риска для здоровья мог бы служить основой для расчета предельно допустимого воздействия табачного дыма на людей. К сожалению, западные страны не разработали такие критерии, главным образом, из-за более или менее радикальной позиции политиков, которые находятся под влиянием медиков, ратующих за запрещение курения. Только в Австралии разработан стандарт «Индекс вредности табачного дыма для помещений», который вкратце будет описан позже.

Национальные строительные нормы и правила

Многие нормы предписывают определять расход воздуха в системе вентиляции в зависимости от площади или объема помещения. Например, в Нидерландах требуется расход воздуха 4,8 л/(м² • с) (17,3 м³/(м² • ч)) для ресторанов и офисов, независимо от того, курят в этих помещениях или нет. Британская ассоциация пива и пабов требует 8 л/с на человека при норме в 1 м² площади на стоящего посетителя и 2 м² на каждое посадочное место. Это соответствует 4 л/(м² • с) для зоны посадочных мест и 8 л/(м² • с) для зоны стоящих посетителей. В Швейцарии требуется 18 л/(м² • с), а в Италии 18 л/с на каждого курящего. Различие между нормами велики: швейцарские нормы превышают голландские в 3,75 раза!

Международные стандарты

В табл. 1 представлена выборка из различных международных стандартов и справочников. Итальянская норма 18 л/с на каждого курящего обеспечивает удовлетворительное (среднее) качество воздуха.

Концентрация табачного дыма

Мы не знаем предельно допустимую концентрацию табачного дыма, обеспечивающую приемлемую степень риска для здоровья. Значения, приведенные ниже, отражают рекомендации, которые приняты некоторыми экспертами.

В некоторых странах правительство наложило полный запрет на курение в учреждениях и в других общественных местах, то есть допустимая концентрация никотина равна нулю.

В Финляндии предельная концентрация никотина принята равной 0,5 мг/м³. Финские специалисты считают, что это значение основано на риске заболевания раком, если человек подвержен воздействию табачного дыма 40 ч в неделю на протяжении 40 лет.

В Норвегии до того как был введен запрет на курение предельно допустимая концентрация никотина была принята равной 1 мг/м³. Доводы, на основании которых была принята эта норма, неизвестны.

Важным фактором при проектировании систем вентиляции является интенсивность источника загрязнений, которые следует контролировать. Когда мы имеем дело с табачным дымом, интенсивность источника определяется количеством сигарет, сигар и курительных трубок, выкуриваемых за час, и величиной эмиссии из каждой сигары, сигареты, курительной трубки. Далее рассматривается интенсивность загрязнения от одной сигареты и тот тип курения, который доминирует в большинстве мест.

Приведем некоторые данные. Голландский фонд курения и здоровья (Stivoro) считает, что средний курильщик выкуривает 20 сигарет в день, а заядлый курильщик выкуривает 30 сигарет ежедневно. Допуская, что сон и другая деятельность, несовместимая с курением, занимает до 10 ч в сутки, средний курильщик выкуривает 1,4 сигареты в час, а заядлый – 2,1 сигареты в час. Принимая, что в учреждениях средние курильщики составляют 75 % и заядлые курильщики 25 %, средний расход сигарет, равный 1,6 сигареты в час на «стандартного» курильщика, выглядит правдоподобным.

Концентрация никотина в воздухе может быть вычислена по следующей формуле при допущении, что весь никотин остается в воздухе и не адсорбируется стенами и другими материалами в помещении:

(1)

где c_nic – концентрация никотина, мг/м³;

p – количество курящих, %;

n – число сигарет, выкуриваемых в час;

g – среднее содержание никотина в сигарете – 1–2,5 мг/сигарета;

A – площадь, приходящаяся на одного человека;

q_v – расход воздуха, л/(м² • с).

На рис. 1 представлена зависимость между концентрацией никотина и расходом воздуха при выше указанных условиях для зоны стоящих посетителей и зоны посадочных мест соответственно. Если вентиляция недостаточна, концентрация никотина может, как видно из графика, быстро вырасти до 100 мг/м³ и выше. Этот уровень подтверждается фактическими результатами измерений. Снижение концентрации никотина до значений 10 мг/м³ и ниже потребовало бы чрезвычайно больших расходов воздуха.

Рисунок 1. Концентрация никотина в зависимости от удельного расхода воздуха в системе вентиляции

Ощущаемое качество воздуха

В 1988 году П. Оле Фангер ввел понятия: «олф» (олф) – единица измерения для количественной оценки интенсивности источника загрязнения воздуха и «деципол» (decipol) – единица для количественной оценки ощущаемого качества воздуха. Химический анализ чистоты воздуха может проводиться по отдельным компонентам, таким как никотин, табачный деготь (смола), окись углерода и т. п., и предельно допустимые концентрации для человека могут быть установлены по этим компонентам. Однако табачный дым состоит из нескольких тысяч компонентов, и в воздухе помещений могут быть тысячи других соединений низкой концентрации, которые трудно измерить, но которые в совокупности могут вызвать недомогание и дискомфорт.

Единицы измерения загрязненности воздуха определены следующим образом:

Олф – один олф представляет собой норму загрязнения воздуха (биопоступления) одним среднестатистическим человеком. Любой другой источник загрязнений характеризуется количеством среднестатистических людей, вызывающих эквивалентное воздействие.

Деципол – один деципол представляет собой загрязнение, вызываемое одним среднестатистическим человеком (1 олф) при норме подачи 10 л/с незагрязненного воздуха (1 деципол = 0,1 олф). Это показатель дис-комфорта, но не риска для здоровья.

Эти единицы измерения проверены на экспериментах с большими группами людей. На основании результатов этих экспериментов получены формулы, позволяющие определить количество людей в процентах, неудовлетворенных качеством воздуха, загрязненного одним среднестатистическим человеком (1 олф) при вентиляции помещения свежим воздухом с различным расходом:

(2)

Что можно преобразовать к следующему виду:

(3)

где q – удельный расход воздуха в л/с на 1 олф.

Пример

Некурящий человек в состоянии средней активности выделяет по определению 1 олф.

Для некоторых курящих людей эта величина равна 25 олф. Поскольку не все курильщики непрерывно курят, среднее значение для курящего человека было определено равным 6 олф. Вычисления, приведенные ниже, основаны на среднем расходе 1,6 сигарет в час и интенсивности загрязнения воздуха 1,6 / 1,25 • 6 олф = 7,7 олф. Общая интенсивность загрязнения воздуха одним курильщиком и одним некурящим равна 8,7 олф. При удельном расходе воздуха 8 л/с на человека общий расход воздуха равен 16 л/с. Это соответствует удельной интенсивности вентиляции 1,84 л/(с • олф).

При удельной интенсивности вентиляции 1,84 л/(с • олф) количество лиц, неудовлетворенных качеством воздуха, равно 47 %.

Физико-химический и сенсорный методы оценки качества воздуха

Исследования, проведенные голландскими специалистами показали, что результаты анализа табачного дыма физико-химическими и сенсорными методами не могут сравниваться. Сенсорный метод более а чувствителен, особенно при низких концентрациях. Если из табачного дыма полностью удалить никотин и 3-EP, ощущаемое качество воздуха (в дециполах) уменьшится лишь на 50 %.

Как упоминалось выше, табачный дым представляет собой сложную смесь нескольких тысяч компонентов. Следовательно, ощущаемое качество воздуха не связано с отдельными компонентами, определяемыми физико-химическими методами. Достоинство сенсорного метода поэтому состоит в том, что ощущаемое качество этой сложной смеси измеряется как качество (с точки зрения неприятного воздействия) одного компонента.

К сожалению, из-за высокой стоимости и более или менее субъективной характеристики результатов сенсорный метод мало используется на практике.

Рисунок 2. Зависимость между расходом воздуха и ощущаемым качеством внутреннего воздуха (PPD)

ETSHI ¹ – Индекс вреда табачного дыма в окружающей среде

ETSHI описан в Австралийском стандарте AS 1668.2 Supp 1-2002. Этот стандарт устанавливает методы определения степени риска смерти от рака легких, ишемической болезни сердца и совокупного риска этих заболеваний. Выдыхаемые взвешенные частицы (RSP) выбраны в качестве индикатора концентрации и воздействия табачного дыма, приведены количественные соотношения для рака легких и ишемической болезни сердца.

Индекс учитывает общее число человек и число курильщиков в помещении, продолжительность еже-дневного воздействия, количество выкуриваемых сигарет в час одним человеком, расход свежего приточного и рециркуляционного воздуха, эффективность фильтров и потенциальную возможность обработки воздуха для удаления факторов, способствующих ишемической болезни сердца.

Индекс вреда выражается числом смертных случаев за год на миллион человек, подверженных воздейст-вию табачного дыма. ISO/CD 16814 (ISO 2004) дает ссылку на ETSHI, но он так и не был включен в этот стандарт.

Пример ²

Следующий пример относится к ресторану площадью 100 м², высотой потолка 3 м и числом посадочных мест равным 50. Курящие посетители составляют 45 %. Требуемый расход воздуха, вычисленный по упомянутым выше методикам, указан в табл. 2.

В дополнение к вычисленному расходу воздуха (м³/ч) в таблицу помещена кратность воздухообмена (ч^-1), которая дает представление о соответствии условий воздухообмена в помещении требованиям комфорта. В зависимости от температуры наружного воздуха и типа системы воздухорас-пределения величина кратности воздухообмена в пределах 10–15 может рассматриваться как предельная для обеспечения теплового комфорта в помещении. Очевидно, что кратность воздухообмена, необходимая для достижения самого высокого качества воздуха, является нереальной.

¹ Environmental Tobacco Smoke Harm Index.

² Пример не из справочника «Вентиляция и курение».

Заключение

Нам следует строго различать в проблеме табачного дыма «неприятное воздействие» и «риск для здоровья», т. к. от этого зависит выбор различных технических средств. Если отправной точкой является «неприятное воздействие», то выбор между классами А, В и С является в той или иной степени вопросом комфорта. Следует отметить, что класс А не достижим при использовании вентиляции с рециркуляцией. В этом случае хорошим решением может стать вытес-няющая вентиляция.

Если риск для здоровья является доминирующим принципом, то выбор должен быть сделан в пользу вытесняющей вентиляции с большой кратностью воздухообмена. В противном случае необходимо выделить отдельные зоны для курящих и некурящих людей.

Принципы воздухораспределения

В течение нескольких десятилетий основным видом вентиляции помещений была вентиляция с перемешиванием воздуха внутри помещения. Это означает, что воздух поступает в комнату так, что он смешивается с внутренним воздухом, растворяет вредные примеси, снижая их концентрацию ниже определенного уровня. Как правило, воздух поступает в помещение и удаляется из него через потолочные диффузоры и вентиляционные решетки. Большим преимуществом таких систем является то, что приточные устройства размещаются на потолке, а на максимальном расстоянии от обслуживаемой зоны, а температура и качество воздуха имеют равномерное распределение по всему помещению. Недостатком является то, что вредные примеси смешиваются с внутренним воздухом и распространяются по всему помещению.

В последнее десятилетие вытес-няющая вентиляция – очень хорошо известная система воздухораспределения в промышленности – стала применяться также и в строительстве для создания комфортных условий (рис. 3).

Рисунок 3. Вытесняющая вентиляция с температурной стратификацией

Свежий воздух поступает на уровень пола с температурой более низкой, чем температура воздуха внутри помещения, и заполняет помещение снизу. Загрязненный воздух, нагреваемый людьми в помещении, поднимается благодаря конвекции вверх, унося загрязнения. Это можно наблюдать по табачному дыму, поднимающемуся над головой курильщика. Такая технология воздухораспределения подробно описана в справочнике REHVA Guidebook nr. 1 «Вытесняющая вентиляция». Большим преимуществом вытесняющей вентиляции является то, что качество воздуха в обслуживаемой зоне выше, чем качество воздуха в верхней части помещения.

При заданной кратности воздухообмена при одном и том же расходе воздуха вытеснительная вентиляция может обеспечить существенно более высокое качество воздуха, чем смешивающая вентиляция.

Стратегия зонирования

Помещения, в которых разрешено курение, должны быть разделены на зоны для курящих и некурящих. Вентиляцию и зонирование помещений следует рассматривать совместно (рис. 4). Несколько общих правил:

– свежий воздух следует подавать в зону для некурящих;

– постоянные рабочие места, например, место за барной стойкой, должны иметь подвод свежего воздуха;

– отработанный воздух следует удалять через зону для курящих;

– воздух, удаляемый из санузлов, не должен содержать табачного дыма;

– кухни и гостевые комнаты следует вентилировать раздельно;

– воздух из гостевых комнат не должен использоваться как приточный для кухни;

– следует обратить внимание на контроль температуры в зонах: дополнительные приборы охлаждения могут быть необходимы в зоне для курящих.

Принцип вентиляции и зонирования требует, чтобы табачный дым практически не проникал в зону для некурящих. Однако средняя скорость воздуха в помещении, обусловленная вентиляцией, очень низка. Для эффективного разделения зон должны быть приняты некоторые дополнительные меры. В справочнике указаны несколько типов преград: стены, перегородки, воздушные завесы и их комбинации.

Рисунок 4. Зонирование и вентиляция помещений

Воздушные завесы

Воздушные завесы для отделения зоны для курящих от зоны для некурящих могут быть частью системы приточной вентиляции, но и обычные воздушные завесы с рециркуляцией могут быть также использованы (рис. 5).

Этот вариант был исследован в лабораторных условиях, применен и испытан на практике.

Использование воздушных завес с рециркуляцией для разделения зон для курящих и некурящих было изучено в исследовательском проекте «Архитектура без табачного дыма» на архитектурном факультете Дельфтского технологического университета. Ниже приводятся наиболее важные выводы:

– предпочтительны низкие скорости на выходе из воздушной завесы (0,7 м/с при высоте 3 м) и большие расходы воздуха (250 м³/м • ч);

– нагнетаемый воздушной завесой поток воздуха должен быть удален через зону для курящих;

– вытяжка должна превышать приток; для того чтобы избежать чрезмерных расходов воздуха в системе вытяжной вентиляции, разделительная зона должна быть как можно короче;

– воздушные завесы повышают эффективность вентиляции в зоне для курящих; испытания показали увеличение эффективности удаления загрязнений более чем в 1,5 раза;

– воздушные завесы могут быть оснащены очистителями воздуха.

Рисунок 5. Воздушная завеса, разделяющая зоны для курящих и некурящих

Устройство систем вентиляции вне помещения

Если рядом с зоной для некурящих находятся зоны для курящих или курительная комната, то при проектировании и эксплуатации систем вентиляции должны быть приняты во внимание несколько аспектов для того, чтобы при любых обстоятельствах предотвратить загрязнение зоны для некурящих. Должны быть рассмотрены все возможные пути, по которым могут распространяться вредные примеси, такие как перемещение воздуха из одного места к другому, перенос воздуха через систему вентиляции и даже снаружи здания.

Эти аспекты включают:

– распределение давления внутри системы вентиляции и внутри здания: вредные вещества, образующиеся в зоне для курящих, не должны ни при каких обстоятельствах распространяться в соседние и более чистые помещения этого же здания, следовательно, необходимо непрерывно поддерживать разрежение по отношению к смежным, соседним помещениям;

– загрязненный воздух следует удалять так, чтобы он не мог подмешиваться к приточному воздуху; место размещения, минимальное допустимое расстояние между воздухозаборным и вытяжным отверстиями зависит от качества отработанного воздуха из различных помещений и зон; это качество может быть определено в соответствии с классификацией отработанного воздуха по EN 13779; предпочтительно применение схемы воздухозабора, приведенной на рис. 6;

– отработанный воздух из зоны для курящих после фильтрации может быть использован в качестве рециркуляционного потока, но только в эту же зону; его не следует использовать для подачи в какие-либо иные жилые комнаты;

– отработанный воздух из одной или нескольких зон для курящих должен быть удален наружу через свой собственный вытяжной канал либо через выпускное отверстие над кровлей; рекуперация тепла должна быть спроектирована так, чтобы полностью исключить риск перетекания отработанного воздуха в поток свежего приточного воздуха.

Рисунок 6. Защита воздухозабора от загрязнений отработанным воздухом

Очистители воздуха

Правильно подобранные и обслуживаемые очистители воздуха могут снизить концентрацию табачного дыма в барах, клубах, ресторанах, казино и курительных комнатах (рис. 7). Очистители воздуха уменьшают содержание пыли во внутреннем воздухе и в системах вытяжной вентиляции, снижая затраты на очистку систем. Если снабдить очиститель воздуха специальными фильтрами, то можно уменьшить загрязнение воздуха запахами и газообразными примесями. Очистители воздуха не способны заменить вентиляцию, т. к. они не могут удалить все газообразные вредные примеси и подать в помещение свежий наружный воздух, необходимый для дыхания.

Рисунок 7 (подробнее)   Устройство очистителя воздуха

Очистители воздуха могут уменьшить требуемый расход воздуха в системе вентиляции, если главным компонентом загрязнений являются микрочастицы. Они позволяют также снизить расход энергии на обработку воздуха в системе вентиляции. Они могут быть размещены в непосредственной близости или около источника загрязнений и могут помочь в борьбе с пылью, пыльцой и общим загрязнением окружающей среды.

Перевод с английского и научное редактирование выполнено В. П. Харитоновым, доктором техн. наук, профессором МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Статья предоставлена журналом ABOK: http://www.abok.ru

СТАТЬИ -> Статьи о вентиляции и вентиляционном оборудовании. -> Вентиляция и курение