MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta Ústav nábytku, designu a bydlení
Vliv ionizace ovzduší na kvalitu prostředí obytného interiéru Bakalářská práce
Brno 2010
Vypracovala: Radka Shorná
Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Vliv ionizace ovzduší na kvalitu prostředí obytného interiéru zpracovala sama a uvedla jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje diplomová práce byla zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autorka kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně, dne:
Poděkování Ráda bych na tomto místě poděkovala vedoucímu své bakalářské práce panu Ing. Zdeňkovi Muzikářovi, Ph.D. za jeho odborné vedení, cenné rady a zejména trpělivost. Dále patří velké díky konzultantům této práce panu Ing. Jaroslavovi Svobodovi, Ph.D. a panu Ing. Petrovi Čechovi, Ph.D. Za jejich ochotu a pomoc. V neposlední řadě patří poděkování mé rodině a partnerovi za trpělivost a podporu po celou dobu mého studia a obvzláště při psaní této práce. Radka Shorná
Jméno studenta: Radka Shorná Název práce: Vliv ionizace ovzduší na kvalitu prostředí obytného interiéru
Abstrakt Tento projekt se ve své teoretické části zabývá problematikou vnitřního prostředí obytného interiéru, zaměřuje se na zlepšování kvality ovzduší a hlavně elektroiontového mikroklima. Téma bylo zvoleno proto, že se v posledních letech stává stále vyhledávanějším, díky zvyšující se informovanosti veřejnosti o dopadech deficitu lehkých záporných iontů na zdravotní stav jedince. Cílem projektu bylo stanovení metodiky laboratorního měření koncentrace vybraných znečišťujících látek obsažených v prostředí zamořeném cigaretovým kouřem (oxid dusnatý – NO, oxid dusičitý - NO2 a oxid uhelnatý - CO) pomocí přístroje Madur GA – 12plus. Praktická část práce se tedy zabývá hledáním dané metodiky a její aplikací. Zobrazuje vývoj metodiky i konečné výsledky.
Klíčová slova: vnitřní prostředí, mikroklimatické podmínky, ionizace ovzduší, tabákový kouř
Student's name: Radka Shorná Title of bachelor thesis: The Impact of Air Ionization on Interior Air Quality Environment
Abstract In the theoretical part, this project deals with the interior environment issues. It is targeted on increasing the quality of air conditions and electro-ionic microclimate. This topic has been chosen because in last few years it has become more and more sought-after by regular people. The aim of this project was to define the methodology of measuring concentrations of selected pollutants contained in the environment polluted by cigarette smoke (nitric oxide – NO, nitrogen dioxide - NO2 and carbon monoxide - CO) using the apparatus Madur GA – 12plus. The practical part deals with a description of the methodology and its applications. It shows the development of this methodology and the final results. Key words: interior environment, microclimatic conditions, air ionization, tobacco smoke
OBSAH OBSAH..............................................................................................................................7 1 ÚVOD.............................................................................................................................8 2 CÍLE PRÁCE.................................................................................................................9 3 METODIKA PRÁCE...................................................................................................10 4 MIKROKLIMA OBYTNÉHO PROSTŘEDÍ..............................................................12 4.1 Kvalita ovzduší v interiéru....................................................................................13 4.1.1 Prach..............................................................................................................14 4.1.2 Cigaretový kouř.............................................................................................15 4.1.2.1 Primární a sekundární kouř...................................................................17 4.1.2.2 Aktivní a pasivní kouření.......................................................................17 4.1.3 Oxidy dusíku.................................................................................................18 4.1.3.1 Oxid dusnatý (NO) ...............................................................................18 4.1.3.2 Oxid dusičitý (NO2)..............................................................................19 4.1.4 Oxid uhelnatý (CO).......................................................................................19 4.2 Elektroiontové mikroklima...................................................................................20 4.2.1 Ionty – vznik a význam.................................................................................21 4.2.2 Ionizátory a čističky vzduchu........................................................................23 5 CHARAKTERISTIKY ZKUŠEBNÍHO A MĚŘÍCÍHO ZAŘÍZENÍ...........................25 5.1 Analyzátor.............................................................................................................26 5.2 Generátor záporných iontů a čistička vzduchu s elektrostatickým filtrem...........26 5.3 Iontmetr.................................................................................................................27 5.4 Další použité vybavení..........................................................................................28 6 METODIKA MĚŘENÍ A POSTUP PRÁCE................................................................30 6.1 Metodika měření...................................................................................................30 6.2 Postup práce..........................................................................................................31 7 LABORATORNÍ MĚŘENÍ A VÝSLEDKY................................................................34 8 DISKUZE ....................................................................................................................38 9 ZÁVĚR.........................................................................................................................39 SUMMARY.....................................................................................................................40 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ.................................................................................41 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK..............................................................................44 SEZNAM TABULEK......................................................................................................45 SEZNAM OBRÁZKŮ....................................................................................................46
1 ÚVOD Stav celého životního prostředí se neustále zhoršuje. Ušetřeno nezůstává ani ovzduší. Bez vzduchu člověk nemůže žít déle než několik minut. Inhalujeme ho až do plic, kde se kyslík, ale i některé nežádoucí látky dostávají přímo do krevního oběhu a jsou tak distribuovány po celém našem těle, kde se mohou usazovat. Je tedy důležité, aby vzduch, který dýcháme obsahoval co nejméně iritantů a toxických látek. Stav venkovního prosředí můžeme jako jednotlivci změnit jen těžko, je to globální dlouhodobá záležitost, avšak kvalitu prostředí v interiérech našich domovů máme ve svých vlastních rukou. Prostředků pro zlepšení kvality vnitřního mikroklimatu budov máme v dnešní době celou řadu. Lze jimi dosáhnnout změn prakticky okamžitě a náklady na pořízení těchto zařízení také rok od roku klesají (provozní náklady jsou přitom minimální). Není tedy divu, že se různé ionizátory, čističky a zvlhčovače vzduchu dostávají do rukou čím dál větší skupině lidí. O úpravě ovzduší v interiéru bychom měli uvažovat tím spíše, když si uvědomíme, že většina z nás tráví uvnitř budov naprostou většinu svého dne. Nejčastějšími příčinami znečištění vnitřního prostředí škodlivými látkami jsou nedostatečné větrání a úklid, znečištění pocházející z vnějšího prostředí, znečištění způsobené uvnitř budov (stavební a konstrukčí materiály, vybavení interiéru) a působení živých organismů (plísně, roztoči, člověk...). Mezi nejvýznamnější polutanty ovzduší v interiéru řadíme prach, VOC látky a produkty vzniklé spalováním tabákových výrobků. Aerosoly obecně, zejména potom cigaretový kouř, jsou zřejmě nejhorším nepřítelem lehkých vzdušných záporných iontů prospěšných pro lidský organismus. Díky své dobré schopnsti tyto ionty na sebe vázat dokáže i kouř z jediné cigarety zamořit prostředí na dlouhé hodiny. Ani sebelepší umělá ionizace a filtrace vzduchu nedokáže stav ovzduší navrátit do původního stavu, stále však dochází k významnému zlepšení. Cigaretový kouř v restauracích je dlouhou dobu diskutovaným problémem, mnozí provozovatelé těchto podniků se rozhodli zakázat v nich kouření úplně, mnozí však z různých důvodů (strach ze ztráty zákazníků, lhostejnost atd.) k tomuto kroku nepřistoupili. Tato místa jsou potencionálně vhodná pro umístění generátorů záporných iontů a pro další výzkum.
8
2 CÍLE PRÁCE Před zahájením aktivit souvisejících s pracemi na tomto projektu byly stanoveny tyto cíle: •
Hlavním cílem je stanovení konkrétní metodiky laboratorního měření koncentrace vybrané látky znečišťující interiér, tedy cigaretového kouře pomocí přístroje Madur – GA 12plus. Zkoumáme tři plyny – oxid dusnatý, oxid dusičitý a oxid uhelnatý.
•
Dalším vytyčeným cílem je zjistit poklesy či nárůsty sledovaných znečišťujících látek v závislosti na různých faktorech působících ve zkušebním prostředí.
•
Práce má také za úkol stručně shrnout problematiku vnitřního mikroklimatu zaměřenou převážně na elektroiontové mikroklima a znečišťující látky v interiéru, hlavně cigaretový kouř a polutanty obsažené v něm.
•
Na závěr proběhne ověření získané metodiky sérií měření.
9
3 METODIKA PRÁCE Prvními důležitými kroky před samotným vypracováním tohoto projektu bylo shrnutí teoretických poznatků o tématu a zaopatření potřebného zařízení pro měření i samotné vyhodnocení výsledků (viz. samostatná kapitola Charakteristiky zkušebního a měřícího zařízení). V průběhu šetření pro zjištění metodiky měření došlo z důvodu dosažení objektivnějších výsledků k drobným změnám vybavení tohotozařízení oproti původním plánům. Šlo zejména o použití většího počtu ventilátorů, tří namísto jednoho, a výrobu a instalaci stojanu pro iontmetr. Pro tato měření byl rovněž na Ústavu nábytku, designu a bydlení Mendelovy univrzity v Brně vyroben zkušební kubus o objemu 0,25m3. Materiálem použitým pro výrobu bylo plexisklo, které bylo vhodné díky své průhlednosti a nižší hmotnosti ve srovnání s jinými podobnými materiály jako je například sklo. Kvůli znatelnému počtu iontů likvidovaných statickým nábojem plexiskla však musel být do rohu zkušebního zařízení (v místě kam směřuje proud iontů) umístěn papírový prvek, který zamezuje větším ztrátám záporně nabitých lehkých vzdušných iontů. V podstavci se nachází otvory pro umístění sond a vkládání a odebírání vzorků. Otvory jsou utěsněny víčky.
Obr. 1: Kompletní zkušební zařízení
10
Dále bylo potřeba zajistit si relativně velké množství cigaret se stejným udávaným množstvím obsažených látek (dehet 10mg, nikotin 0,8mg), aby bylo dosaženo víceméně stejných podmínek (další sledované podmínky měření byly teplota, vlhkost a proudění vzduchu). Teplota na začátku měření se vždy pohybovala v rozmezí od 21,0 do 21,5°C, vlhkost vzduchu byla při každém měření 33%. Řízenou ventilací bylo ve zkušebním zařízení dosaženo rychlosti proudění vzduchu 1,2m.s-2. Cigareta byla do prostoru zařízení umisťována na Petriho misku. Důvodem byla zaprvé bezpečnost (vysoká teplota hořící cigarety), zadruhé mírně vyšší umístění cigarety zajišťovalo lepší přístup vzduchu, tím i plynulé a stejnoměrné hoření cigarety. Petriho miska sloužila také k zachytávání odpadávajícího popílku tak, aby mohl být zbytek cigarety i s popílkem po jejím dohoření jednoduše ze zkušebního zařízení odebrán a nedocházelo k dalšímu zamořování prostředí, čímž by došlo ke zkreslení výsledků. Analýza vzorků probíhala využitím analyzátoru Madur GA – 12plus. Pomocí zmíněného zařízení bylo měřeno z toho důvodu, že v žádné dostupné literatuře dosud nebyl tento analyzátor k podobnému typu měření použit. Disponuje hned několika výhodami. V první řadě je to jeho jednoduché intuitivní ovládání, lze ho používat samostatně nebo pomocí počítačového softwaru, který data z přístroje získává a následně vyhodnocuje. Další nespornou výhodou je jeho přenosnost a nízká hmotnost, která byla nedocenitelná při manipulaci během experimentů. V neposlední řadě se zařízení vyznačuje rychlostí měření i vyhodnocení výsledků při zachování dostatečné přesnosti. Pomocí analyzátoru jsme zjišťovali koncentraci tří znečišťujících látek, oxidu dusnatého, oxidu dusičitého a oxidu uhelnatého. Při každém zapnutí analyzátoru musíme počítat se 120 minutami zpoždění, kdy probíhá kalibrace přístroje.
11
4 MIKROKLIMA OBYTNÉHO PROSTŘEDÍ Většina lidí tráví v interiéru převážnou část dne. Vnitřní prostředí má od venkovního velmi odlišný charakter. Nachází se v něm velké množství lidských produktů, které bývají často vyrobeny ze syntetických látek nebo jsou jimi upraveny. Mohou se z nich uvolňovat rozpouštědla i jiné škodlivé látky. Narůstá také počet elektrospotřebičů v domácnosti. Charakter vnitřního prostředí se mění i s postupem doby, čehož si můžeme všimnout například u způsobu vytápění nebo vaření. V minulých dobách bylo zcela běžné topit v kamnech, dnes je již vidíme málokde. Nahradilo je například podlahové nebo centrální vytápění, které má odlišný typ emisí. Člověk cíleně ovlivňuje prostředí kolem sebe. Hovoříme-li o vnitřním prostředí, přizpůsobují si lidé podmínky tak, aby v něm mohli bez překážek žít nebo pracovat. Je samozřejmostí, že pro každou činnost potřebujeme trochu jiné podmínky, nesnažíme se tedy ve všech interiérech dosáhnout stejných hodnot. Každý jedinec navíc vnímá faktory prostředí ve kterém se nachází jinak, dochází tedy k subjektivnímu posouzení a hodnocení kvality vnitřního mikroklimatu. Během svého života je člověk vystaven mnoha nepříznivým vlivům, které mohou přímo i nepřímo ovlivnit jeho zdraví i psychickou pohodu. Snažíme se tedy upravit si prostředí v interiéru tak, abychom eliminovali těchto vlivů co nejvíce. Mezi nejčastější příčiny zamoření vnitřního prostředí polutanty patří nedostatečné větrání a úklid, znečištění pocházející z vnějšího prostředí, znečištění způsobené uvnitř budov (stavební a konstrukčí materiály, vybavení interiéru) a působení živých organismů (plísně, roztoči, člověk...). Lidský organismus je složitým biologickým systémem. Proto může každý člověk na určitý polutant reagovat mírně odlišně. Reakce se může u jednotlivců lišit i v závislosti na množství znečišťující látky. Vytváření příjemného a co nejméně škodlivého prostředí je energeticky velmi náročné. Odhaduje se, že na udržování komfortního mikroklimatu ve veřejných i obytných interiérech (topení, klimatizace, osvětlení, zvlhčování vzduchu atd.) připadá přibližně polovina spotřebované energie vůbec. Jde tedy o velkou zátěž pro životní prostředí, která je vytvářena potřebou člověka cítit se ve vnitřním prostoru příjemně, a je pravděpodobné, že na téma snižování energetické zátěže způsobené udržováním zdravého vnitřního mikroklimatu bude do budoucna kladen větší důraz. 12
4.1 Kvalita ovzduší v interiéru Ovzduší je jedním z nejdůležitějších prvků působících ve vnitřním prostředí. Ovlivňují ho fyzikální, chemické a biologické faktory. Mezi fyzikální faktory řadíme zejména teplotu, tlak, proudění a vlhkost vzduchu. Za chemické faktory považujeme růzé organické a anorganické látky obsažené v ovzduší. Působení biologických faktorů je způsobeno přítomností živých organismů nebo jejich částí v interiéru. Jedná se zejména o pyly, plísně, roztoče, viry, bakterie, ale i další.
Obr. 2: Roztoč
Obr. 3: Spóry plísní
Složení ovzduší v uzavřených prostorách budov závisí na intenzitě výměny vzduchu a produkci některých látek v interiéru. Mezi nejvýznamněji zastoupené látky toxické pro lidský organismus patří VOC (Volatile Organic Compounds – těkavé organické látky) a produkty spalování tabáku. Zapálená cigereta je považována za největšího likvidátora pro člověka prospěšných lehkých záporných iontů obsažených v ovzduší. Složky obsažené v tabákovém kouři, hlavně dehet, se vyznačují velmi dobrou schopností vázat na sebe tyto lehké záporné ionty a v důsledku je zlikvidovat. Výsledky měření probíhajících za účelem sepsání této práce jasně dokazují, že tabákový kouř redukuje počet lehkých záporných iontů zásadním způsobem a to na dobu mnoha hodin. Řada lidí i v dnešní době podceňuje potřebu výměny vzduchu větráním. Zvláště důležité je to v malých uzavřených místnostech a na místech s velkým počtem lidí. „Vydýchaný“ vzduch s absencí lehkých záporných iontů nám není příjemný, snižuje se
13
naše psychická pohoda a pracovní výkony. Z hlediska bezpečnosti a ochrany zdraví je potřeba dodržovat limity pro obsah škodlivých látek ve vzduchu. Tyto limity jsou regulovány platnou legislativou. V České republice je tato problematika zahrnuta v zákoně č. 86/2002 Sb.
4.1.1 Prach Svůj podíl na znečištění ovzduší má i prach. Pod tímto pojmem si můžeme představit celou řadu různě velkých částic s různým chemickým složením, které se v závislosti na své velikosti různě rychle usazují. Prachové částice větší než 100μm jsou považovány za velké a snadno se usazují v prostředí, do dýchací soustavy se většinou nedostanou. Částice o velikosti 10 – 100μm sedimentují hůře, do dýchací soustavy se dostávají, nicméně jsou z drtivé většiny zachyceny ještě v horních cestách dýchacích. Thorakální částice o velikosti 2,5 – 10μm pronikají hlouběji do dýchací soustavy. Prach je zčásti zachycen ciliárním (řasinkovým) epitelem a z části ukládán v těle (lymfatická tkáň, intersticium). Prachové částice menší než 2,5μm se usazují až v alveolech (Provazník et al. 1996) a omezují tak jejich funkci.
Obr. 4: Prach pod elektronovým mikroskopem 14
Prach zapřičiňuje mnohá onemocnění nebo komplikuje jejich průběh. Známé jsou jeho alergizující, toxické i dráždivé účinky, usnadňují i přenos dalších látek znečišťujících ovzduší. Vyskytuje se ve větší či menší míře ve všech domácnostech jako trvalá složka vnitřního mikroklimatu, jeho část má svůj původ v exteriéru. Jedná se o tzv. atmosferický prach. Prach může být složen také z pylů, dehtů a částeček anorganického původu. Díky své velikosti a hmotnosti je snadno přenášen i malými záchvěvy vzduchu. Původci vzniku domácího prachu jsou převážně domácí zvířata (sliny, srst, peří, odumřelé kožní buňky atd.), roztoči a sám člověk. Například lidé, kteří doma kouří znečišťují své okolí nejen samotným kouřem, ale i drobným popílkem, který se usazuje a stává součástí prachu. Prach také úzce souvisí i s chemickou a biologickou kontaminací nebo elektroinontovým mikroklimatem vnitřního prostředí (Klapzuba a Kožnarová 2007).
4.1.2 Cigaretový kouř Jedná se o pevné částice (cca 10%) rozptýlené v plynné fázi (cca 90%), což je zapříčiněno nedokonalým spalováním tabáku v cigaretě. K nedokonalému spalování dochází převážně díky nízké a kolísavé teplotě hoření tabáku za nedostatečného přístupu kyslíku a přítomnosti málo hořlavých součástí rostliny, jako i přítomností některých aditiv regulujících hoření cigarety. Ve vznikajícím kouři bylo prokázáno více než 5000 látek, jejich skutečný počet se však odhaduje až na 100 000. Mezi nejznámnější a nejvýznamnější látky obsažené v cigaretovém kouři patří například dehty, nikotin, polonium 210 a některé fenoly jako zástupci pevných částic a formaldehyd, vinylchlorid, benzen, aceton, toluen, oxidy dusíku, oxid uhelnatý, čpavek a mnohé další jako zástupci plynné fáze. Mimo drtě z tabákových listů se do cigaret a dalších tabákových výrobků přidává řada aditiv. Ta mají různý význam. Od stejnoměrného prohořívání cigarety po celém jejím průměru, přes charakter dýmu, až po chuťové vjemy. Celkové množství existujících přídavných látek se pohybuje v řádu stovek. Mimoto cigaretový kouř obsahuje více než 40 prokazatelně kancerogenních látek, mutageny, alergeny, volné kyslíkové radikály a další.
15
Obr. 5: Některé látky obsažené v cigaretě Mezi hlavní látky, které jsou součástí kouře patří dehty, oxid uhelnatý a nikotin. Nikotin je rostlinný alkaloid obsažený v tabáku. Vyvolává psychickou i fyzickou závislost, je tedy považován za drogu. V dávce přibližně 50mg je smrtelný. Z jedné cigarety čověk vstřebá přibližně 1 – 3mg nikotinu. Tabákový kouř působí převážně na vegetativní nervový systém a cévní soustavu. Rozlišujeme akutní a chronickou otravu nikotinem (nikotinismus). Nikotinismus se projevuje u dlouhodobých těžkých kuřáků. Dehet je hnědočerná hmota s vysokou viskozitou patřící mezi látky s kancerogenním charakterem. Dodává cigaretě její charakteristickou chuť a vůni, nicméně se při inhalaci dostává do plic, kde se ukládá. Cigaretový kouř je pro organismus toxický. Působí na fungování všech orgánových soustav, nejvíce se však jeho účinky projevují na kardiovaskulární a dýchací soustavě, zapomenout nesmíme ani na rakovinná bujení či onemocnění trávícího traktu. Některé výzkumy provedené u kuřáků poukazují na zvýšený počet pohárkových buněk nacházejících se v dýchací soustavě. Tyto buňky produkují látky mukoidního charakteru (hlen). Při větším množství pohárkových buněk může snadno dojít k nadprodukci mukoidních látek a navazujícím komplikacím – ztížené dýchání, kašel atd.
16
4.1.2.1 Primární a sekundární kouř Množství i charakter škodlivých látek v cigaretovém kouři závisí mimo jiné i na tom, zda se jedná o kouř primární či sekundární. Za primární se označuje kouř, který je přímo vdechován kuřákem. Za sekundární kouř považujeme ten, který vzniká při samovolném hoření na konci cigarety a obsahuje mnohem více toxických látek. Dochází totiž k menšímu přístupu kyslíku a tím k nedokonalejšímu spalování při nižších teplotách než je tomu u primárního kouře. Drobný popílek vznikající při hoření cigaret je snadno přenášen vzduchem, může tedy ulpívat v plicích nebo se usazovat v interiéru ve formě mikroprachu. Bylo prokázáno, že i sekundární kouř může být příčinou rakovinných bujení, respiračních chorob a dalších onemocnění. Ke zvýšení rizika onemocnění vlivem působení ETS (enviromental tobacco smoke – tabákový kouř v prostředí) dochází logicky u dětí a nemocných.
4.1.2.2 Aktivní a pasivní kouření Při aktivním, tedy dobrovolném přímém kouření cigaret (i jiných tabákových výrobků), inhaluje kuřák řadu toxických látek a současně vystavuje své okolí působení škodlivého tabákového kouře. Zpočátku nebyl brán zřetel na vliv pasivního kouření na zdraví člověka, s postupem, času se však ukazje, že i samotná expozice tabákovému kouři způsobuje řadu onemocnění nebo zhoršuje projevy stávajících. Nadále tedy nelze tento problém ignorovat. Většina látek vznikajících spalováním tabáku se do atmosféry může dostat i jinou činností člověka nebo přirozenými přírodními ději. Jedinou snadněji vystopovatelnou a hodnotitelnou látkou v prostředí se tedy stává nikotin, jenž je součástí jak hlavního, tak vedlejšího proudu tabákového kouře (Provazník et al. 1996). V závislosti na povolání, životním stylu i jiných faktorech, tráví člověk ve vnitřním prostředí různé procento času za den. Zpravidla to však bývá více než polovina. Je tedy žádoucí udržovat vnitřní mikroklima co nejzdravější.
17
4.1.3 Oxidy dusíku Dusík je biogenním prvkem a patří mezi nejčastěji se vyskytující plyny v naší atmosféře, tedy i ve vnitřním prostředí budov. Jako každá látka, může v určitých koncentracích (a také v závislosti na formě) způsobovat zdravotní komplikace. Z oxidů dusíku, které jsou součástí prostředí kolem nás, mohou této kritické koncentrace dosáhnout oxid dusnatý (NO) a oxid dusičitý (NO2). Oxid dusnatý je bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, oxid dusičitý pak červenohnědý dráždivý plyn se štiplavým zápachem.Tyto plyny mohou mít v interiéru budov několik zdrojů. Mezi hlavní patří zejména plynové vařiče a kotle, které se vyskytují ve většině domácností, ale vznikají například i při spalování uhlí a biomasy. Výsledky epidemiologických výzkumů ukazují, že v domácnostech využívajících plynu pro vaření či vytápění je mírně vyšší riziko výskytu respiračních onemocnění u jejich obyvatel, zejména u dětí (Provazník et al. 1996). Jednoduchým, avšak účinným způsobem prevence nahromadění oxidů dusíku v obytném prostoru je časté větrání, využívání digestoří či úplná výměna plynových vařičů za elektrické.
4.1.3.1 Oxid dusnatý (NO) Oxid dusnatý patří mezi velmi významné plyny. Ještě v polovině devadesátých let dvacátého století byl považován pouze za toxickou složku ovzduší obsaženou např. v cigaretovém kouři či kyselých deštích. Dnes už ale víme, že je také součástí mnohých důležitých dějů probíhajících v lidském těle, v některých případech ještě nebyla jeho funkce plně objasněna. Váže se na hemoglobin podobně jako oxid uhelnatý (CO), ve větším množství tedy může být příčinou nedostatečného okysličení krve a následkem toho i tkání. V přítomnosti kyslíku podléhá radikál NO autooxidaci za vzniku NO2. 2 NO + O2 --> 2 NO2 Zmíněná reakce je za běžných podmínek relativně pomalá, zrychluje se s rostoucím množstvím NO a O2 v prostředí. NO může také reagovat s ozónem nebo jinými oxidačními činidly za vzniku NO2. Tato reakce není podmíněna vyšším množstvím reaktantů v prostředí. Tento plyn působí v lidském těle jako neurotransmiter, inhibuje mitochondriální 18
respiraci a účastní se funkce orgánových systémů. Patří mezi vazodilatanty a ovlivňuje i imunitu. Jeho pomocí lze zahubit řadu virů, bakterií, hub a parazitů. Ve větším množství způsobuje u rostlin zvýšenou náchylnost k napadení plísněmi, případně jinými škůdci, i sníženou odolnost vůči fyzikálním dějům.
4.1.3.2 Oxid dusičitý (NO2) Oxid dusičitý řadíme mezi plyny jejichž vyšší koncentrace způsobuje vznik přízemního ozónu. Je stejně jako NO jedním z původců kyselých dešťů. V nadměrném množství negativně působí na lidský organismus. Vstupuje do něj membránami alveolů a díky své špatné rozpustnosti ve vodě poškozuje převážně dolní cesty dýchací a plíce. Působením NO2 na mukociliární bariéru snižuje její účinnost a umožňuje tak pronikání infekcí do těla (přímo tak ovlivňuje imunitu člověka), stejným způsobem zvyšuje i intenzitu působení alergenů. V posledních letech proběhlo několik výzkumů týkajících se vlivu oxidu dusičitého na astma, převážně u dětí. Tyto výzkumy zjistily prokazatelně zvýšený výskyt průvodních projevů tohoto onemocnění u osob pobývajících v prostředí se zvýšenou koncentrací NO2. V některých případech může NO2 u člověka způsobit edém plic. Je silným oxidačním činidlem, které může potenciálně oxidovat nasycené mastné kyseliny v buněčných membránách (případně funkční skupiny proteinů).
4.1.4 Oxid uhelnatý (CO) Jedná se o plyn bez barvy, chuti nebo zápachu. Většinou vzniká jako produkt nedokonalého spalování paliv na bázi uhlíku. Jeho přítomnost v interiéru může být způsobena cigaretovým kouřem, plynovými kotli, ohřívači na vodu, plynovými vařiči atd. Největší problémy u člověka vyvolává po inhalaci, kdy dochází k navázání CO na hemoglobin a ke vzniku karboxyhemoglobinu. Není tedy zajištěno dostatečné okysličování krve (a následně tkání). Během intoxikace se snižuje pH krve a dochází k neurobehaviorálním změnám (Provazník et al. 1996). Nadměrná expozice zvýšeným koncentracím CO může vést až k exitu jedince. Patří mezi vazodilatanty podobně jako oxid dusnatý. Signifikantní množství oxidu uhelnatého se do organismu může dostat při aktivním či pasivním kouření.
19
Obr. 6: Oxid uhelnatý se velmi těsně naváže na hemoglobin, který tak nemůže vázat a přenášet kyslík a oxid uhličitý.
4.2 Elektroiontové mikroklima Prostředí kolem nás obsahuje v závislosti na mnoha faktorech různé množství kladných nebo záporných volných atmosferických iontů. Obsah těchto iontů je ukazatelem čistoty prostředí. Ionty dělíme na kladné a záporné, dále pak na lehké, střední a těžké. Čím větší je znečištění ovzduší, tím více se pro člověka prospěšné lehké záporné ionty mění na ionty střední a těžké, čímž se jejich pozitivní účinek na organismus vytrácí. Střední ionty se rychle mění na těžké a následně zanikají. Ionty se v prostředí nachází v různém množství. Toto množství je z velké části ovlivněno koncentrací znečišťujících látek (prach, cigaretový kouř atd.) v ovzduší. Rychle se pohybující lehké záporné ionty se mění na pomalejší střední a těžké ionty. Čím větší těžké ionty jsou, tím rychleji sedimentují a ztrácí svůj polární charakter. Koncentace iontů se vyjadřuje jako počet iontů na jednotku objemu vzduchu, zpravidla na 1cm3. Je důležité u nich udávat polaritu. Vzájemný poměr kladných a záporných iontů se nazývá koeficient unipolarity P. Za předpokladu, že chceme vytvořit zdravější mikroklima s pozitivním účinkem na člověka, měla by se hodnota tohoto koeficientu 20
pohybovat kolem 1. Jak již bylo řečeno, lehké záporné ionty jsou pro člověka v mnohém prospěšné. Vzhledem k tomu, že jsou inhalovány společně se vzduchem jehož jsou součástí, projevuje se jejich vliv ve velké míře v dýchací soustavě. Ovlivňují zde činnost řasinkového epitelu, sekreci hlenu, ale i pocit „lehkého dýchání“. Příznivě působí na činnost nervové a hormonální soustavy, jejich nedostatek vyvolává pocity nepohody a nesoustředěnosti, podrážděnost, případně až insomnii. Mikroklima s dostatečnou koncentrací lehkých záporných iontů prokazatelně zlepšuje průběh některých onemocnění, např. tuberkulózy, astmatu a bronchitidy. Proto lidé trpící těmito chorobami podstupují speleoterapeutické kúry. Prostředí jeskyní s větším množstvím lehkých záporných iontů usnadňuje průběh nemoci a mírní její projevy. Diskutuje se i o jejich preventivních účincích (nachlazení, alergie atd.).
4.2.1 Ionty – vznik a význam Vzdušné ionty vznikají dodáním ionizační energie plynným složkám vzduchu, přičemž se stabilní neutrální atomy rozpadají na dvě elektricky nabité částice. Odtržené elektrony se záporným nábojem a zbytek atomu s převažujícím kladným nábojem. Volné elektrony přecházejí do valenční vrstvy dalších neutrálních atomů, čímž tvoří záporné ionty. Celý proces vzniku iontů trvá cca 10-6s (Lajčíková, 2007). Vznik a zánik iontů je neustálý proces, v přírodě tedy nenajdeme místo s neutrálním prostředím. Ve znečištěném ovzduší dochází ke vzniku středních a těžkých iontů srážkami lehkých iontů s heterogenními částicemi obsaženými ve vzduchu (prach, kouř apod.). „Čisté“ ovzduší v lesích, na horách nebo u moře obsahuje podle množství provedených měření větší množství iontů, díky kterým se nám i lépe dýchá, než např. městský vzduch znečištěný značným množstvím emisí různého původu. Mikroklima vnitřního prostředí je velmi náchylné ke ztrátě iontů, člověk si je tedy v interiérech snaží vyrábět uměle pomocí iontových generátorů. Téma udržování zdravého iontového mikroklimatu bylo pro běžého člověka donedávna neznámou problematikou. V posledních letech však dochází k šíření informovanosti obyvatelstva a zájem o zdravé prostředí interiéru narůstá.
21
Ke vzniku iontů může v přírodě docházet několika způsoby. 1) Působením ionizujícího a UV záření. Mezi ionizující záření řadíme ta, která vzikla radioaktivním rozpadem, RTG záření, neutronové záření a záření vznikající při urychlení částic. K radioaktivnímu rozpadu dochází i přirozenou cestou v přírodě, například v půdě pod stavebními konstrukcemi. 2) Lenardovým efektem. Dochází k němu například při prudkém střetu vodních kapek s překážkou, přičemž dochází k vytržení malých částí kapky od většího celku. Větší celek získává kladný a menší části záporný náboj, stávají se z nich ionty. Nejčastěji se s tímto dějem setkáváme při dešti či bouřce nebo u vodopádů. 3) Působením elektromagnetického pole Země. Povrch naší planety je nabit záporně. Ionosféra, ionizovaná část atmosféry obsahuje převážně klastry, ionty větších velikostí. Tyto jsou hlavně kladné. Ionty vznikající v prostředí jsou tedy podle své polarity přitahovány buď k povrchu Země nebo k ionosféře, z čehož vyplývá, že při povrchu mírně převládají kladné ionty. 4) Elektrickým výbojem v plynném prostředí. Ke vzniku iontů tímto způsobem dochází při bouřce. Tohoto principu se využívá často při umělém generování iontů. Samostatnou kapitolou je umělé vytváření iontů pomocí generátorů, případně kombinovaných čističek vzduchu.
Obr. 7: Vznik vzdušných iontů
22
4.2.2 Ionizátory a čističky vzduchu Jak již bylo řečeno, díky vyšší informovanosti veřejnosti o důležitosti kvalitního prostředí vzrůstá i zájem o zdravé ovzduší. Zvyšování kvality vnějšího prostředí je dlouhodobý proces, který nelze nastartovat pouze odhodláním jednotlivce, avšak mikroklima našich domácností můžeme každý ovlivnit poměrně snadno a rychle. Mezi hlavní prostředky, které nám k tomuto účelu mohou posloužit, řadíme různé typy čističek vzduchu a bytových ionizátorů. Čističky vzduchu fungují vlastně na principu udržování cirkulace vzduchu v místnosti. Ten prochází čističkou se systémem filtrů, kde se zbavuje nečistot (hlavně aerosolů) a je opětovně vydáván do prostředí. Lze je použít v kteroukoli denní i roční dobu. Čističky vzduchu mohou obsahovat klasické výměnné filtry, elektrostatické filtry nebo filtr v podobě vody. Čističkami s vodním filtrem proudí vzduch, ve vodě jsou pak zachycovány nečistoty (princip zachycování nečistot se u různých čističek od různých výrobců liší). U některých druhů zařízení může docházet k odpařování vody z nádržky, takže je můžeme použít současně i jako zvlhčovače vzduchu. Elektrostatický filtr funguje na principu vytvoření stacionárního elektrického pole připojením napětí na dvě elektrody, mezi nimiž se nachází dielektrikum. Lze je velmi snadno čistit opláchnutím ve vodě, nejsou tedy nutné investice do výměny jako u klasických mechanických filtrů. Existuje mnoho principů čištění vzduchu, jedno je jim však společné. Snaží se odfiltrovat těžší kadně nabité částečky od zbytku vzduchu a zabránit nám tak v jejich vdechování nebo je shlukovat, aby lépe sedimentovaly nebo byly lépe zachyceny v těle a vyloučeny. Umístění čističek nebo ionizátorů do větraných nebo otevřených prostor nemá velký význam, neustále pak dochází k mísení „čistého“ vzduchu se „znečištěným vzduchem z okolí. Ionizátory fungují na principu generování určitého množství lehkých záporných vzdušných iontů (někdy ionty obou polarit) a jejich distribuci do prostředí. Koncentraci iontů je doporučeno udržovat na hodnotách vyskytujících se v přírodě, tedy do 5000iontů/cm3. V současné době nejsou na trhu takové ionizátory, které by vyprodukovaly takový nadbytek iontů, který by mohl být pro člověka škodlivý. Čím dál častěji je vídáme v kombinaci právě s čističkami vzduchu. Principy ionizátorů se mohou dle výrobců nebo výrobku měnit, avšak všechny jsou inspirovány přírodními ději.
23
Nejčastěji se setkáváme se zařízeními fungujícími na bázi Lenardova efektu a korónového výboje. První typ generátorů tedy využívá tříštění vodních kapek nebo probublávání vzduchu vodou (při praskání bublinek také dochází k odtrhávání elektronů z valenčních vrstev). U zařízení fungujících na principu korónového výboje dochází ke vzniku doutnavého výboje na elektrodách se zakřiveným povrchem. Jeho velikost závisí na velikosti vodiče a působícího napětí. Při výboji vzniká modrofialová záře a typický syčivý zvuk. Různé výrobky emitují v závislosti na mnoha faktorech určité množství ozónu. Poznáme ho podle typického zápachu. Přízemní ozón likviduje plísně, bakterie, viry i jiné organismy, ve větších koncentracích je toxický i pro člověka. Způsobuje například bolesti hlavy nebo podráždění očí a dýchacích cest, proto bychom měli být při výběru ionizátoru obezřetní, ale drtivá většina ionizátorů na principu korónového výboje produkuje ozónu minimum.V malých koncentracích ve směsích s čistým O2 lze ozón používat při ozonoterapii. Čím dál častěji nahrazuje chlor a jeho sloučeniny při dezinfekci vody.
24
5 CHARAKTERISTIKY ZKUŠEBNÍHO A MĚŘÍCÍHO ZAŘÍZENÍ Celá zkušební sestava obsahovala kubus pro měření emisí a koncentrace vzdušných iontů o objemu 0,25m3, čističku vzduchu a generátor záporných iontů Bionic YB – 737. Dále pak digitální teploměr a vlhkoměr, ventilátor s ohebným krkem a analyzátor Madur GA-12plus. Pro doplňková měření bylo využíváno iontmetru. Ke shromaždování dat a jejich následnému vyhodnocení byl použit notebook s příslušným softwarem.
Obr. 8: Zkušební sestava
25
5.1 Analyzátor Pro měření koncentrace vybraných plynů v zamořeném prostředí byl použit analyzátor Madur GA-12plus. Jedná se o ruční zařízení fungující na principu použití elektrochemických senzorů. Pro měření byl vhodný zejména díky své přenosnosti a relativně jednoduchému ovládání. I přes své malé rozměry se však vyznačuje dostatečnou přesností a rychlou analýzou, která hrála velmi důležitou roli.
Obr. 9: Analyzátor Madur GA-12plus V základní verzi je přístroj navržen pro použití dvou senzorů, O2 a CO. Dalšími nastavitelnými senzory jsou NO a NO2, které byly pro měření také použity. Do analyzátoru je integrována i vzduchová pumpa.
5.2 Generátor záporných iontů a čistička vzduchu s elektrostatickým filtrem Při měření byl používán generátor záporných iontů a čistička vzduchu Bionic YB – 737. Jedná se o zařízení obsahující snadno omyvatelný elektrostatický filtr, což je velká výhoda oproti podobným výrobkům obsahujícím výměnné filtry. Kombinuje 26
technologii čištění vzduchu (elektrostatický filtr) a emitování lehkých záporných iontů, které jsou prospěšné pro lidský orgaismus. Tato čistička si sama zajišťuje proudění vzduchu. Pomocí pulsních elektrod vytváří tzv. korónový vítr.
Obr. 10: Čistička vzduchu a generátor záporných iontů Bionic YB – 737
5.3 Iontmetr Pro doplňková měření koncentrace záporných iontů ve zkušebním zařízení před, po i během ionizace byl použit iontmetr. Ten funguje za pomoci aspiračního kondenzátoru. Vzduch, který zákonitě obsahuje určité množství lehkých, středních i těžkých iontů obou polarit, proudí kondenzátorem válcového tvaru. Ionty prochází elektrickým polem určité intenzity a dopadají na kolektor kondenzátoru. Během jejich cesty na ně působí síla způsobená prouděním vzduchu a síla způsobená působením elektrického pole. Tyto síly na sebe působí kolmo. Ke kondenzátoru je připojen také
27
elektroměr. Data z elektroměru jsou dále přenesena do počítače a vyhodnocena.
Obr. 11: Iontmetr
5.4 Další použité vybavení Ventilátory s ohebným krkem a regulací otáček byly využívány k zefektivnění proudění vzduchu v kubusu. Podporovaly také plynulé hoření cigaret v uzavřeném prostoru a homogenizaci prostředí. Celkově byly při měření použity tři ventilátory. V rámci vypracovávání metodiky měření bylo provedeno samostatné šetření, jehož výsledkem bylo nalezení relativně nejvýhodnějšího rozestavení a natočení ventilátorů v rámci zkušebního prostoru. Optimální proudění vzduchu bylo tímto šetřením stanoveno na 1,2m.s-2.
Obr. 12: Ventilátor s ohebným krkem a možností regulace otáček
28
Digitální teploměr s vlhkoměrem byl použit pro zjištění podmínek měření.
Obr. 13: Digitální teploměr a vlhkoměr
Měření rychlosti proudění vzduchu probíhalo pomocí digitálního přístroje pro měření vlhkosti vzduchu, teploty a proudění / průtoku vzduchu nebo vody GMH 3330.
Obr. 14: Digitální přístroj pro měření proudění vzduchu GMH 3330
29
6 METODIKA MĚŘENÍ A POSTUP PRÁCE
6.1 Metodika měření V průběhu vypracovávání tohoto projektu proběhlo velké množství měření. Jedny z prvních experimentů probíhaly za účelem zjištění vhodného množství cigaret tak, aby hodnoty sledovaných látek byly dostatečně vysoké pro získání prokazatelných výsledků. Současně však bylo během šetření zjištěno, že vyšší koncentrace polutantů nezajistí přesnější vyhodnocení, při ionizaci docházelo ke stejným úbytkům sledovaných látek při znečištění menším i větším počtem cigaret. Zpočátku byly experimenty prováděny se dvěma cigaretami, později však bylo zjištěno, že pro daný objem (0,25m3) je plně dostačující cigareta jedna. V uzavřeném prostoru bez cirkulace vzduchu má samostatně odhořívající cigareta tendence zhasínat. Do zkušebního prostředí byl tedy umístěn ventilátor, který jednak zajišťoval přísun kyslíku nezbytného k hoření a jednak homogenizoval prostředí. Ohebný krk ventilátoru zajistil pohodlné nasměrování proudu vzduchu. Nejenže pak cigareta nezhasínala, docházelo i k plynulému a stejnoměrnému prohořívání po celém průměru válce. Ventilátory sloužily nejen k promíchávání cigaretového kouře se vzduchem ve zkušebním prostředí, ale také podporovaly stejnoměrné rozptýlení iontů v zařízení. Při tvorbě iontů mezi elektrodami ionizátoru sice vzniká tzv. korónový vítr, který má zajistit cirkulaci vzduchu, avšak ta se ukázala pro dostatečný rozptyl iontů nedostačující. Během pokusů se také ukázalo, že jeden ventilátor stále nezajišťuje dostatečné proudění vzduchu, aby došlo k homogenizaci prostředí. Proto byly v prostoru zkušebního zařízení instalovány další dva ventilátory tak, aby bylo zajištěno plynulé proudění vzduchu a nedocházelo k turbulencím, které by mohly část iontů také zlikvidovat. Cirkulace tedy byla koncipována takovým způsobem, aby podporovala homogenizaci prostředí a rychlejší sedimentaci částeček na elektrostatickém filtru. Je pravděpodobné, že současně dochází k rychlejšímu pohybu pevných částeček a častějším srážkám s lehkými zápornými ionty, což by zajišťovalo i rychlejší pročištění ovzduší, avšak tato teorie nemohla být během experimentů potvrzena. Pomocí digitálního přístroje pro měření vlhkosti vzduchu, teploty a proudění / 30
průtoku vzduchu nebo vody GMH 3330 byla celková rychlost proudění vzduchu (způsobená třemi ventilátory) stanovena na 1,2m.s-2. Teplota i relativní vlhkost vzduchu se při jednotlivých měřeních téměř neměnily, přibližně také odpovídaly prostředí běžných domácností. Relativní vlhkost vzduchu zůstávala v průběhu měření stejná, avšak teplota mírně rostla, v průměru o 1,5°C, což bylo zapříčiněno hlavně zahříváním elektrických přístrojů ve zkušebním zařízení izolovaném od okolního prostředí.
6.2 Postup práce Před vlastním měřením je vhodné vždy vyčistit filtr ionizátoru, buď opláchnutím pod proudem vody nebo otřením vlhkým hadříkem, a zaznamenat počáteční podmínky měření (teplota, vlhkost). Prvním krokem před vlastním měřením bylo nasměrování ventilátorů tak, aby proud vzduchu udržoval hořící cigaretu a současně docházelo k homogenizaci prostředí. Zápalená cigareta byla umístěna na Petriho misku a vložena do zkušebního zařízení. Při prvních měřeních byly použity cigarety dvě, postupem času bylo zjištěno, že jedna cigareta je pro objem zařízení (0,25m3) plně dostačující. Nebyly pozorovány rozdíly v absolutní změně množství oxidů v závislosti na koncentraci látek v prostředí. Zapálená cigareta byla v prostoru zkušebního zařízení ponechána po dobu patnácti minut. To je přibližně čas, za který stihne cigareta vyhořet. Po této době se v původní verzi metodiky začínalo s měřením a ionizací ovzduší, bylo však zjištěno, že i po vyhoření stále dochází k uvolňování polutantů z cigarety do prostředí, protože téměř nedocházelo k poklesu sledovaných látek. Petriho miska s popílkem a zbytkem cigarety (prakticky pouze filtr) byla při následujících experimentech ze zkušebního zařízení vyňata a dle očekávání došlo ke stabilizaci výsledků měření. Po uplynutí třinácti minut od zapálení cigarety byl spuštěn analyzátor Madur GA – 12plus. Po zapnutí probíhá kalibrace přístroje, která trvá 120s. Po úspěšné kalibraci byla sonda analyzátoru vsunuta do jednoho z menších otvorů v základně zkušebního zařízení tak, aby dosahovala co nejdále do prostoru. Sonda se sice nacházela 31
ve spodní části zařízení, takže by mohlo dojít k naměření vyšších koncentrací sledovaných látek (shlukování do větších těžších celků a sedimentace na dno zařízení). Vycházelo se však z předpokladu, že je zajištěna dostatečná cirkulace vzduchu, takže jsou tyto látky po prostoru rovnoměrně rozprostřeny. Tento předpoklad byl ověřen při několika dalších měřeních, kdy nebyla sonda umisťována do spodních partií, ale vsunuta otvorem v horní části boxu (tento otvor byl běžně používán pro zapínání a vypínání ionizátoru). Koncentrace látek naměřené v horní části zařízení kopírovaly hodnoty naměřené u jeho dna. Pomocí analyzátoru byla změřena hodnota množství sledovaných látek po zamoření bez vlivu ionizace a následně vždy po patnácti minutách po dobu dvou hodin. Po ustálení hodnot byly tyto zaneseny do tabulky, která byla pro tyto účely sestavena (viz. Tab.1). Po prvním měření (pouze zamořené prostředí bez ionizace) analyzátorem Madur GA-12plus byl spuštěn ionizátor na maximální výkon. Tab. 1 Tabulka pro zapisování hodnot koncentrace kouřových zplodin - NO, CO, NO2 naměřených ve zkušebním zařízení 0 min
CO
(ppm)
NO
(ppm)
15 min
30 min
45 min
60 min
75 min
90 min
105 min
120 min
N O2 (ppm)
Vzhledem k tomu, že se doba 120min ukázala jako poměrně krátká, bylo rozhodnuto, že se celkový čas měření prodlouží na 240min s intervalem měření 30min, čemuž byla přizpůsobena i tabulka pro zapisování výsledků. Předmětem zkoumání byl i samovolný úbytek sledovaných látek. V rámcci projektu tedy proběhla i série měření, která měla určit, jak významný tento úbytek je. Experiment probíhal podle stejné metodiky jako ostatní měření, pouze s tím rozdílem, že nebyl spuštěn ionizátor. Byl sice zaznamenán úbytek (nárůst v případě NO2), avšak v porovnání s hodnotami naměřenými při ionizaci ovzduší byl minimální. Tabulka s výsledky naměřenými při tomto experimentu je k dispozici jako Tab.2 v kapitole Laboratorní měření a výsledky.
32
Doplňkově probíhala také série měření pomocí iontmetru. Tento experiment měl ukázat, jaká je koncentrace iontů během ionizace znečištěného prostředí cigaretovým kouřem. Hodnoty získané během tohoto měření i grafy jsou rovněž k dispozici v kapiole Laboratorní měření a výsledky.
33
7 LABORATORNÍ MĚŘENÍ A VÝSLEDKY Aby mohla být objektivně stanovena změna množství sledovaných látek ve zkušebním zařízení zapříčiněná ionizací ovzduší, bylo nejprve nutno zjistit, jaký je samovolný úbytek sledovaných látek. Z tohoto důvodu proběhla i série měření, která měla určit, jak významný tento úbytek je. Experiment probíhal podle stejné metodiky jako měření s ionizátorem, avšak ionizátor nebyl spuštěn. Z tabulky 2 je zřejmé, že samovolná změna koncentrace sledovaných oxidů je téměř zanedbatelná. Tab. 2 Měření samovolného úbytku koncentrace kouřových zplodin - NO, CO, NO2 ve zkušebním zařízení po znečištění
CO (ppm)
NO (ppm)
NO2 (ppm)
0 min
30 min
60 min
90 min
120 min
150 min
180 min
210 min
240 min
156
153
150
146
143
139
135
131
127
6
5
5
4
4
4
4
3
3
0
0
0
1
1
1
1
1
1
Jak již bylo řečeno, zpočátku probíhala měření po dobu 120min s intervalem jednotlivých měření 15min (tabulka 3). Postupem času bylo měření prováděno po dobu 240min s intervalem měření 30min (tabulka 4). Do ovzduší je během ionizace produkováno stále přibližně stejné množství iontů, které je schopno navázat se pouze na určité množství polutantů. Doba 120min se ukázala jako relativně krátká, trend lze lépe sledovat při delším měření. Tab. 3 Měření koncentrace kouřových zplodin - NO, CO, NO2 ve zkušebním zařízení během 120min ionizace CO (ppm)
NO (ppm)
NO2 (ppm)
0 min
15 min
30 min
45 min
60 min
75 min
90 min
105 min
120 min
131
127
124
120
108
97
87
75
65
5
4
3
2
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
2
2
34
Tab. 4 Měření koncentrace kouřových zplodin - NO, CO, NO2 ve zkušebním zařízení během 240min ionizace CO (ppm)
NO (ppm)
NO2 (ppm)
0min
30min
60min
90min
120min
150min
180min
210 min
240min
152
121
99
76
57
53
49
45
42
6
4
1
0
0
0
0
0
0
0
1
2
3
3
3
3
4
4
Následující graf (Obr. 15) zobrazuje změny množství sledovaných látek. Graf vychází z hodnot ze tří závěrečných měření, která měla ověřit výsledek projektu, tedy metodiku pro laboratorní měření koncentrace vybrané látky znečišťující interiér. Naměřené hodnoty jsou zobrazeny v tabulkách 5, 6 a 7.
120 100
[ppm]
80 CO NO NO2
60 40 20 0 0
50
100
150
200
250
300
t [min]
Obr. 15: Závislost změny koncentrací sledovaných znečišťujících látek na čase Tab. 5 Měření č.1 koncentrace kouřových zplodin - NO, CO, NO2 ve zkušebním zařízení během 240min ionizace podle výsledné metodiky CO (ppm)
NO (ppm)
NO2 (ppm)
0 min
30 min
60 min
90 min
120 min
150min
180min
210min
240min
120
111
102
86
77
70
62
56
50
5
1
1
1
0
0
0
0
0
0
1
2
2
2
2
3
3
3
35
Tab. 6 Měření č.2 koncentrace kouřových zplodin - NO, CO, NO2 ve zkušebním zařízení během 240min ionizace podle výsledné metodiky CO (ppm)
NO (ppm)
NO2 (ppm)
0min
30min
60min
90min
120min
150min
180min
210min
240min
105
97
90
84
77
72
68
61
55
5
2
1
1
0
0
0
0
0
0
1
2
2
2
2
3
3
3
Tab. 7 Měření č.3 koncentrace kouřových zplodin - NO, CO, NO2 ve zkušebním zařízení během 240min ionizace podle výsledné metodiky CO (ppm)
NO (ppm)
NO2 (ppm)
0min
30min
60min
90min
120min
150min
180min
210min
240min
108
92
82
70
62
56
50
45
36
5
3
1
1
0
0
0
0
0
0
1
2
2
2
2
3
3
3
Součástí projektu bylo i doplňkové měření, které mělo za úkol zjistit množství iontů vyskytujících se ve zkušebním zařízení v jednotlivých fázích průběhu experimentu. Z výsledků měření plynou tyto hodnoty koncentrací iontů: •
Neznečistěné prostředí bez ionizace: ± 0 iontů/cm3
•
Neznečistěné prostředí s ionizací: – 15000 až - 17000 iontů/cm3
•
Prostředí znečištěné 1 cigaretou - bez ionizace: +4000 iontů/cm3
•
Znečištěné prostředí po ionizaci: – 2500 iontů/cm3
36
37
8 DISKUZE Je neoddiskutovatelným faktem, že kouření, ať už aktivní nebo pasivní, škodí lidskému organismu. V literatuře je dokonce tabákový kouř považován z nejčastěji a v největších koncentracích se vyskytující škodlivou látku nacházející se v běžných domácnostech. Jsou také známy jeho neblahé účinky na elektroiontové mikroklima v interiéru, je označován za „zabijáka lehkých záporných vzdušných iontů“ blahodárně působících na organismus. Víme tedy, že kouř likviduje záporné ionty. Pokud víme jak lehké záporné ionty zanikají, můžeme analogicky odvodit, že lehké záporné vzdušné ionty likvidují zplodiny vznikající při hoření cigaret. Tabákové výrobky obsahují nepřeberné množství látek. Z produktů vznikajících při spalování tabáku byli vybráni tři zástupci. Oxid dusnatý, oxid dusičitý a oxid uhelnatý. Všechny tyto plyny považujeme ve větších koncentracích za toxické pro lidský organismus, v ovzduší se vyskytují často, jsou ve větší míře zastoupeny i v cigaretovém kouři. Je tedy zřejmé, proč byly vybrány právě tyto oxidy. Z výsledků provedených měření vyplývá, že samovolný úbytek (nárůst v případě NO2) sledovaných polutantů je poměrně pomalý ve srovnání s měřeními, která proběhla při ionizaci prostředí. Na výsledcích doplňkových měření pomocí iontmetru sledujeme, že i když je prostředí znečištěné tabákovým kouřem a ionizované, je podíl lehkých záporných iontů v ovzduší stále vyšší, než v ovzduší neznečištěném a neionizovaném. Můžeme tedy říci, že ionizace prostředí má jistě smysl, a to i v prostředí, kde se kouří. Hlavním cílem projektu bylo vytvoření metodiky laboratorního měření koncentrace vybrané látky znečišťující interiér pomocí analyzátoru Madur GA-12plus. K tomuto bodu lze říci, že byla metodika úspěšně vytvořena a ověřena sérií měření. Bereme-li v potaz podmínky laboratorního měření, bylo dosaženo přesvědčivých výsledků.
38
9 ZÁVĚR Lidé, zejména ti žijící v městském prostředí, tráví ve vnitřním prostředí budov většinu svého času. I vzhledem k tomu, je třeba dbát na vytvoření zdravého mikroklimatu v interiéru a udržovat všechny jeho složky na příznivých hodnotách. Globálně se jedná o energeticky náročný proces, avšak pro většinu lidí je důležitější spíše jejich osobní komfort a zdraví. Tento projekt se zabývá vytvořením metodiky laboratorního měření koncentrace vybraných zplodin vznikajících při hoření tabákových výrobků přístrojem, který se k tomuto účelu běžně nepoužívá. Jedná se o přenosný analyzátor Madur GA-12plus. Provedená měření prokazují znatelně větší pokles znečišťujících látek za použití ionizátoru než při samovolném ději. Tento výsledek byl očekáván, avšak vytvoření samotné metodiky vyžadovalo provedení velkého množství měření. Ta vyústila v optimalizaci zkušebního zařízení i samotného postupu práce. Práce na tomto projektu autorku obohatila o množství informací týkajících se vnitřního prostředí budov a udržování zdravého elektroiontového mikroklimatu v nich. Praktická část autorce přinesla řadu cenných poznatků o chování iontů ve znečištěném prostředí a za působení různých faktorů (materiály, proudění vzduchu atd.). V neposlední řadě se také seznámila s postupem při vypracovávání metodiky laboratorního měření. Výsledek projektu lze považovat za základ pro další měření, která mohou podle vypracované metodiky probíhat. Autorka vidí potenciál rovněž v terénním měření v prostorách veřejných budov, kde se nachází větší koncentrace kouřových zplodin, např. kuřáckých restaurací. Předmětem zkoumání by v takovém případě mohla být účinnost ionizátorů na změnu množství látek v prostorách s reálným prostředím.
39
SUMMARY This project deals with the interior environment, air conditions quality and electro-ionic microclimate issues. This topic has been chosen because it relates directly to our health and in last few years, it has become more and more sought-after by regular people. The main aim of this project was to define the methodology of measuring concentrations of selected pollutants contained in the environment polluted by cigarette smoke (nitric oxide – NO, nitrogen dioxide - NO2 and carbon monoxide - CO) using the apparatus Madur GA – 12plus. The methodology has been succesfully developped and verified by a series of measurements. The final part of this thesis deals with a description of the methodology and its applications. It shows the development of this methodology and the final results. The result of this project can be possibly used in another research. The author also sees potential in the field measurements in the public buildings with greater concentration of tobacco smoke (such as restaurants where smoking is tolerated). The subject of investigation in such a case could be the effectiveness of ionizers in interiors with the real environmental conditions.
40
SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ KLABZUBA, Jiří a Věra KOŽNAROVÁ. Aplikovaná meteorologie a klimatologie: Mikroklima pracovního a obytného prostředí. 1. vyd., 2. dotisk [i.e. 2. vyd.]. Praha: Česká zemědělská univerzita, 2007, 36 s. ISBN 978-80-213-1764-2. KRÁLÍKOVÁ, E. a J. KOZÁK. Jak přestat kouřit. 2., přeprac. a dopl. vyd. Praha: Maxdorf, ©2003, 130 s. ISBN 80-859-1268-6. PRÁŠIL, Zdeněk et al. Užitečné záření. 2. přeprac. vyd. Praha: Nuklin, 1992, 27 s. ISBN 80-238-4456-3. PROVAZNÍK, Kamil et al. Manuál prevence v lékařské praxi: III. Prevence nepříznivého působení vlivů obytného prostředí na zdraví. Praha: Fortuna, 1996, 112 s. ISBN 80-716-8302-7 PROVAZNÍK, Kamil et al. Manuál prevence v lékařské praxi: V. Prevence nepříznivého působení faktorů pracovního prostředí a pracovních procesů. Praha: Fortuna, 1997, 143 s. ISBN 80-707-1066-7. BELANGER, Kathleen et al. Association of Indoor Nitrogen Dioxide Exposure with Respiratory Symptoms in Children with Asthma. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine [online]. 2006-02-01, roč. 173, č. 3, s. 297-303 [cit. 2012-0313]. ISSN 1073-449x. DOI: 10.1164/rccm.200408-1123OC. Dostupné z: http://ajrccm.atsjournals.org/cgi/doi/10.1164/rccm.200408-1123OC HOFFMANN, D., J. D. ADAMS a E. L. WYNDER. Formation and Analysis of Carbon Monoxide in Cigarette Mainstream and Sidestream Smoke. Preventive Medicine [online]. 1979, Vol. 8, Issue 3, s. 344-350 [cit. 2012-04-29]. Dostupné z: http://tobaccodocuments.org/lor/00748960-8966.html
41
LAJČÍKOVÁ, A. Elektroiontové mikroklima. Státní zdravotní ústav [online]. 2007 [cit. 2012-05-01]. Dostupné z: http://www.szu.cz/tema/pracovni-prostredi/elektroiontovemikroklima
PÁTKOVÁ, Z. a P. MASTNÝ. Microclimate of low- energy buildings in relation to applied heating systems. INTERNATIONAL JOURNAL of ENERGY and ENVIRONMENT, 2009, roč. 3, č. 2, s. 85-93[cit. 2012-05-08]. ISSN: 1109- 9577 PATOČKA, Jiří. Jedy tabákového kouře. Toxicology [online]. 2007 [cit. 2012-05-08]. Dostupné z: http://www.toxicology.cz/modules.php?name=News&file=article&sid=99 Secondhand Smoke: What is secondhand smoke?. AMERICAN CANCER SOCIETY. LEARN ABOUT CANCER [online]. ©2012 [cit. 2012-05-08]. Dostupné z: http://www.cancer.org/Cancer/CancerCauses/TobaccoCancer/secondhand-smoke
SAETTA, Marina et al. Goblet Cell Hyperplasia and Epithelial Inflammation in Peripheral Airways of Smokers with Both Symptoms of Chronic Bronchitis and Chronic Airflow Limitation. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine [online]. 2000, vol. 161, no. 3, s. 1016-1021 [cit. 2012-04-27]. Dostupné z: http://ajrccm.atsjournals.org/content/161/3/1016.full.pdf+html ZOTA, A., G. ADAMKIEWICZ, J. I. LEVY a J. D. SPENGLER. Ventilation in public housing: Implications for indoor nitrogen dioxide concentrations. Indoor Air: International Journal of Indoor Air Quality and Climate [online]. Copenhagen: Munksgaard International Publishers Ltd, 2005, roč. 15, č. 6, s. 393-401 [cit. 2012-0508]. ISSN 0905-6947. DOI: 10.1111/j.1600-0668.2005.00375.x. Dostupné z: http://doi.wiley.com/10.1111/j.1600-0668.2005.00375.x Carbon Monoxide (CO). EPA. An Introduction to Indoor Air Quality (IAQ) [online]. Last updated on 10. duben 2012 [cit. 2012-04-12]. Dostupné z: http://www.epa.gov/iaq/co.html
42
GA-12plus. Madur [online]. ©2008 [cit. 2012-05-01]. Dostupné z: http://www.madur.com/mdcom/Sites_GB/products/_2analyser/_1hand/ga12p/gga12p.ht ml
Nitrogen Dioxide. AIR LIQUIDE. Gas Encyclopaedia [online]. © 2009 [cit. 2012-327]. Dostupné z: http://encyclopedia.airliquide.com/encyclopedia.asp? LanguageID=11&CountryID=33&Formula=&GasID=25&UNNumber=&btnMolecule. x=13&btnMolecule.y=8&EquivGasID=25&RD20=29&RD9=8&RD6=64&RD4=2&R D3=22&RD8=27&RD2=20&RD18=41&RD7=18&RD13=71&RD16=35&RD12=31& RD19=34&RD24=62&RD25=77&RD26=78&RD28=81&RD29=82 Nitrogen Dioxide. EPA. EPA [online]. Last updated on 22. březen 2012 [cit. 2012-0417]. Dostupné z: http://www.epa.gov/air/nitrogenoxides/ Nitrogen Dioxide (NO2). EPA. An Introduction to Indoor Air Quality (IAQ) [online]. Last updated on 10. duben 2012 [cit. 2012-04-12]. Dostupné z: http://www.epa.gov/iaq/no2.html Secondhand Smoke and Cancer. National Cancer Institute [online]. Reviewed: 01/12/2011 [cit. 2012-05-08]. Dostupné z: http://www.cancer.gov/cancertopics/factsheet/Tobacco/ETS
43
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK CO – oxid uhelnatý ETS – enviromental tobacco smoke – tabákový kouř v prostředí NO – oxid dusnatý NO2 – oxid dusičitý O2 – molekula kyslíku ppm – parts per million – miliontina celku RTG záření – rentgenové záření t – čas [s] UV záření – ultrafialové záření VOC – volatile organic compounds – těkavé organické látky
44
SEZNAM TABULEK Tab. 1 Tabulka pro zapisování hodnot koncentrace kouřových zplodin - NO, CO, NO2 naměřených ve zkušebním zařízení Tab. 2 Měření samovolného úbytku koncentrace kouřových zplodin - NO, CO, NO2 ve zkušebním zařízení po znečištění Tab. 3 Měření koncentrace kouřových zplodin - NO, CO, NO2 ve zkušebním zařízení během 120 min ionizace Tab. 4 Měření koncentrace kouřových zplodin - NO, CO, NO2 ve zkušebním zařízení během 240min ionizace Tab. 5 Měření č.1 koncentrace kouřových zplodin - NO, CO, NO2 ve zkušebním zařízení během 240min ionizace podle výsledné metodiky Tab. 6 Měření č.2 koncentrace kouřových zplodin - NO, CO, NO2 ve zkušebním zařízení během 240min ionizace podle výsledné metodiky Tab. 7 Měření č.3 koncentrace kouřových zplodin - NO, CO, NO2 ve zkušebním zařízení během 240min ionizace podle výsledné metodiky
45
SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1: Kompletní zkušební zařízení Obr. 2: Roztoč – dostupné na: http://www.telegraph.co.uk/science/picturegalleries/7924099/Creepy-crawlies-Amazing-Scanning-Electron-Microscopepictures-of-insects-and-spiders.html?image=3 Obr. 3: Spóry plísní – dostupné na: http://www.artecenvironmental.com/libs/spaw/images/site/mold.jpg Obr. 4: Prach pod elektronovým mikroskopem – dostupné na: http://data.gate2biotech.com/editor_images/Novy_pyl_a_prach.jpg Obr. 5: Některé látky obsažené v cigaretě – dostupné na: http://www.toxicology.cz/_soubory/figure/cig.jpg Obr. 6: Oxid uhelnatý se velmi těsně naváže na hemoglobin, který tak nemůže vázat a přenášet kyslík a oxid uhličitý. - dostupné na: http://www.beliefnet.com/healthandhealing/images/si55551241_ma.jpg Obr. 7: Vznik vzdušných iontů – dostupné na: http://www.solnajeskyneletnany.cz/obj/obsah_fck/vznik%20zapornych%20iontu %20v%20ovzdusi.jpg Obr. 8: Zkušební sestava Obr. 9: Analyzátor Madur GA-12plus Obr. 10: Čistička vzduchu a generátor záporných iontů Bionic YB – 737 Obr. 11: Iontmetr Obr. 12: Ventilátor s ohebným krkem a možností regulace otáček Obr. 13: Digitální teploměr a vlhkoměr Obr. 14: Digitální přístroj pro měření proudění vzduchu GMH 3330 Obr. 15: Závislost změny koncentrací sledovaných znečišťujících látek na čase Obr.16: Graf znázorňující změnu koncentrace záporných vzdušných iontů v čase ve výchozím stavu a při zamoření cigaretovým kouřem Obr.17: Graf znázorňující změnu koncentrace záporných vzdušných iontů v čase při ionizaci prostředí
46
