Pomiary zapachów i odczuwalnej jakości powietrza w pomieszczeniach – monografia naukowa ITB

Autorzy publikacji: prof. dr hab. inż. Krystyna KostyrkoPh. D. Associate Professor at Technical University of Denmark Paweł Wargocki

Dział Wydawniczy Instytutu Techniki Budowlanej przyjął w lutym 2011 do druku monografię pt.„Pomiary zapachów i odczuwalnej jakości powietrza w pomieszczeniach”. Jest to pozycja zupełnie nowa na rynku polskim. Podsumowuje stan wiedzy o pomiarach jakości powietrza wewnętrznego w pomieszczeniach, a w szczególności stan wiedzy o pomiarach zapachów metodami analizy sensorycznej oraz analizy chemicznej dostosowanej do oznaczania w powietrzu śladowych stężeń odorantów niosących te zapachy.

Autorzy monografii:

prof. dr hab. inż. Krystyna Kostyrko, metrolog mikroklimatu wnętrz z Instytutu Techniki Budowlanej (ITB) w Warszawie, k.kostyrko@itb.pl;
Paweł Wargocki, Ph. D. Associate Professor at Technical University of Denmark, Vice President for Policy in the International Society of Indoor Air Quality and Climate, paw@byg.dtu.dk

Monografia podaje informacje o środkach technicznych i urządzeniach do ograniczania w pomieszczeniach stężeń odorantów powodujących uciążliwe zapachy powietrza wewnętrznego. Opisano też koszty pogorszonej jakości powietrza w pomieszczeniach, zarówno ponoszone bezpośrednio przez użytkowników pomieszczeń, jak i przez najemców i pracodawców. Koszty te wynikają z pogorszonych warunków zdrowotnych i obniżonej produktywności. Są one znaczne również w porównaniu z kosztami niestosowania niskoemisyjnych materiałów i kosztami zwiększonego zużycia energii w budynku.
Monografia jest pierwszą na rynku polskim pozycją wydawniczą, zajmującą się powyższą tematyką. Problemy związane z jakością powietrza w pomieszczeniach są szeroko badane poza granicami kraju, w krajach wysokorozwiniętych, co ma znaczący wpływ na poprawę warunków użytkowania budynków. Wdrożenie do praktyki w Polsce pomiarów opisywanych w monografii, może przynieść wymierne korzyści i rzutować na podniesienie konkurencyjności polskiego budownictwa. Monografia wpisuje się w ogólny cel działalności Instytutu Techniki Budowlanej, którego zadaniem jest zapewnienie jakości polskiego budownictwa i ochrona użytkowników obiektów budowlanych.

Kompleksowe ujęcie tematyki jakości powietrza wewnętrznego

Problemy jakości powietrza wewnętrznego wymagają szerokiej wiedzy i udziału specjalistów z różnych dziedzin. Monografia próbuje ująć wszystkie te elementy, poczynając od doboru odpowiednich urządzeń pomiarowych, omawia interpretację wyników pomiarów zanieczyszczeń gazowych (zapachowych) w oparciu o wymagania normatywne i dostępną „wiedzę literaturową”, a także podaje interpretację możliwych skutków oddziaływania tych zanieczyszczeń na ludzi przebywających w pomieszczeniach, pod kątem pogorszenia ich komfortu i zdrowia, a także wpływu na wydajność pracy. Monografia próbuje przedstawić sposoby usuwania problemów pogarszania się odczuwalnej jakości powietrza w pomieszczeniach, a także przedstawia oszacowanie kosztów takich działań. Jest to ogromna wartość dodana właściwa tej publikacji, gdyż dotąd na rynku polskim pojawiały się tylko pozycje zajmujące się poszczególnymi elementami jakości powietrza i brak było pozycji, które by omawiały stan wiedzy o odczuwalnej jakości powietrza w pomieszczeniach zamkniętych. W monografii opisano przykładowo metodykę badań związanych z tematyką oceny jakości powietrza wewnętrznego. Poprzez zintegrowanie informacji z rożnych dziedzin nauki i uzupełnienie ich w kontekście oceny odczuwalnej  jakości powietrza w budynkach i pomiaru zapachów odbieranych jako bodźce sensoryczne przez ludzi, monografia może przyczynić się do większego zainteresowania tą dziedziną wiedzy w Polsce i dalszym jej rozwojem. I nie dotyczy to jedynie, zainteresowanych stricte tą tematyką osób.

Jakość powietrza a nowe standardy budownictwa

Monografia prezentuje  różnego rodzaju techniki pomiarowe związane z oceną jakości powietrza w budynkach. Próbuje wykazać, że jakość powietrza nie jest tylko związana z emisją biozanieczyszczeń od ludzi, ale także emisją takich zanieczyszczeń z powierzchni materiałów budowlanych i elementów wyposażenia budynków, które są odczuwalne dla użytkowników pomieszczeń i mogą stanowić dla nich zagrożenie. W okresie kiedy zwraca się ogromną uwagę na oszczędność energii, monografia pokazuje jakie mogą być negatywne skutki (zarówno dla zdrowia, jak i produktywności) oszczędzania na termoizolacji budynków i na wentylacji, prowadzonej dla zapewnienia wymaganej jakości powietrza, lub też skutki całkowitego zaniechania wentylowania pomieszczeń.
Z drugiej strony analizowano pozytywy  stosowaniea rozwiązań energooszczędnych, w szczególności dobór niskoemisyjnych, koniecznie etykietowanych, materiałów budowlanych i elementów wyposażenia pomieszczeń. Opisane zostały przykłady takich rozwiązań stosowanych w państwach wysokorozwiniętych.

Monografia dedykowana określonym grupom odbiorców

Monografia kierowana jest do szerokiego odbiorcy, który zainteresowany jest problematyką jakości powietrza w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej. W szczególności przydatna będzie dla studentów i pracowników naukowych oraz nauczycieli akademickich kierunków związanych z kształtowaniem klimatu wewnętrznego, wentylacją i klimatyzacją, a także kierunków budowlanych. Monografia zainteresuje też tych, którzy zamierzają dokonać pomiarów i oceny stanu jakości powietrza w pomieszczeniach, a zatem konsultantów, inżynierów budownictwa i środowiska oraz osób zainteresowanych zawodowo higiena warunków pracy i mieszkaniowych. Interesujące elementy odnajdą chemicy, mikrobiolodzy, a nawet lekarze. Ze względu na przedstawione konsekwencje dla zdrowia i produktywności, a także metody i systemy przepisów etykietowania materiałów budowlanych i wyposażenia budynków, publikacja zainteresuje też osoby zajmujące się regulacjami prawnymi klimatu w pomieszczeniach budynków nieprzemysłowych.
Monografia zawiera ponad 300 stron i dzieli się na 12 rozdziałów, w których oprócz teorii podano wyniki z najnowszych badań przeprowadzonych w Europie i na świecie oraz wyniki badań własnych.
Zaletą monografii jest bardzo szeroki zakres prac źródłowych, do których się odnosi, odwołując się do najnowszych wyników badań publikowanych na świecie. Jako ciekawostkę należy dodać ze Autorzy pokusili się o stworzenie własnego słownika pojęć związanych z tematyka, tworząc niekiedy nowe  terminy. W tej dziedzinie są pojęcia stosowane rzadko w języku polskim, ale często w języku angielskim albo takie, dla których jeszcze brak jest odpowiedników w języku polskim, dlatego monografię uzupełniono adekwatnym do jej treści indeksem terminów angielskich .

Krótkie podsumowanie treści monografii

W rozdziale 1 omówiono teorie postrzegania zapachu przez człowieka oraz osobnicze zdolności tego postrzegania. Zmysł węchu, tak jak smak, należy do zmysłów chemicznych. Postrzeganie odorów, zapachów i aromatów nie jest możliwe, jeżeli związki chemiczne nie dotrą do strefy pola węchowego zlokalizowanej w czaszce. Każdy strumień powietrza wąchany przez człowieka zawiera cząstki jakiejś substancji chemicznej (odorantu) niosącego zapach. Opisano model postrzegania zapachu wg teorii najnowszej, wyjaśnionej w istotnym zakresie i nagrodzonej nagrodą Nobla w 2004 r. Model obejmuje proces powstawania i przetwarzania impulsu węchowego, od momentu wychwycenia cząstki odorantu przez receptor komórki węchowej do momentu dotarcia sygnału elektrycznego do kory mózgowej, z uwzględnieniem reakcji elektrochemicznej dzięki której proces ten zachodzi.

W rozdziale 2 omówiono podstawy metrologii zapachu, cechy i miary odczuwanych wrażeń węchowych (jak jednostka stężenia zapachowego i Masa Europejskiego Wzorca Zapachu EROM) oraz skale intensywności zapachu stosowane w ocenie jakości powietrza w pomieszczeniach, wewnątrz budynków nieprzemysłowych. Podano przykłady wyznaczonych eksperymentalnie krzywych odczuwanej intensywności zapachu, w zależności od poziomu stężenia określonego odorantu w powietrzu wewnętrznym. Omówiono też cechy zapachu mierzone w skali subiektywnej oceny podobieństwa, takie jak rodzaj zapachu i próg jego rozpoznania. A także klasyfikacje rodzajów zapachów i pojęcie przestrzeni zapachowej. Rozdział 2 kończy hedoniczna skala zapachów i omówienie często dyskutowanego pojęcia dokuczliwości i uciążliwości zapachu w skali czasu.

W rozdziale 3 omówiono  kryteria oceny poziomu (zapachowych) zanieczyszczeń powietrza zewnętrznego i wewnętrznego w  dokumentach i normach europejskich,  w świetle wiedzy o możliwościach pomiaru i w świetle wymagań do jakości powietrza wewnętrznego.

W rozdziale 4 podano podstawy wiedzy o odczuwanej przez ludzi jakości powietrza wewnętrznego, która traktuje złe zapachy w pomieszczeniach jako markery akceptowalności powietrza. Opisano sensoryczne pomiary jakości powietrza wewnętrznego w ciągłej skali akceptowalności i scharakteryzowano wpływ temperatury i wilgotności względnej oraz intensywności zapachów (stężeń odorantów) na wynik oceny jakości powietrza, odczuwanej  przez ludzi. Omówiono też tutaj nowe wyniki badań nad interakcją zapachów emitowanych ze źródeł zanieczyszczeń zlokalizowanych w pomieszczeniach wentylowanych oraz zjawiska addytywności wrażeń węchowych, synergii zapachów lub nakładania się rodzajów woni i odorów.

W rozdziale 5 opisano główne źródła zanieczyszczeń zapachowych w budynkach oraz metody  diagnozowania problemu złego zapachu w budynku.
Rozdział otwiera omówienie kategorii jakości powietrza i wymaganych dla nich parametrów wg  norm PN-EN13779 oraz PN-EN 15251. Następnie proces diagnozowania problemu złego zapachu podzielono na dwa etapy A i B.
A.   Pierwszy etap diagnozowania problemu złego zapachu obejmuje działania od momentu zetknięcia się z zapachem do momentu złożenia skarg przez użytkowników budynku. Działania te winny uwzględnić:
·  zetknięcie się człowieka z zapachami nieprzyjemnymi (złymi), ale nietoksycznymi;
·  zetknięcie się człowieka z zapachami toksycznymi i ocena związanego z tym ryzyka zagrożenia dla zdrowia (syndrom chorego budynku);
·  analizę czynników stwarzających problem złego zapachu w budynku, takich jak:
— tryb projektowania systemu wentylacji zapewniającego żądaną jakość powietrza wewnętrznego,
— potencjalne źródła zapachowe powietrza we wnętrzach,
— urządzenia i instalacje w systemie wentylacyjno-klimatyzacyjnym i ich rola jako źródeł złego zapachu,
— sposób szacowania obciążeń zanieczyszczeniami i obliczania potrzebnych strumieni powietrza wentylacyjnego,
— mechanizm przemieszczania się zapachów w obrębie budynku, drogi ich przenikania i siły napędowe.
B. Drugi etap diagnozowaniu problemu złego zapachu, od momentu analizy zebranych skarg do momentu postawienia diagnozy, obejmuje takie działania, jak:
·   analizę skarg od ludzi eksponowanych na zapachy,
·   badanie ankietowe dotyczące odczuwania jakości powietrza i wyczuwania złego zapachu  prowadzone na reprezentatywnej grupie ludzi w budynku.

W rozdziale 6 omówiono badania laboratoryjne emisji zanieczyszczeń zapachowych w różnych budynkach i w różnych warunkach środowiska wewnętrznego oraz zestawiono dane odniesienia, dotyczące występujących często w budynkach odorantów i zapachów.  W rozdziale opisano główne źródła zanieczyszczeń zapachowych w budynkach oraz metody ich diagnozowania, a także metody badania emisji zanieczyszczeń (zapachowych) z powierzchni materiałów budowlanych lub elementów wyposażenia typowych dla budynków nieprzemysłowych. Omówiono znormalizowane metody badania emisji zanieczyszczeń zapachowych  prowadzone w komorach badawczych (w malej skali) oraz w pomieszczeniach badawczych (w pełnej skali) oraz problem zachowania warunku porównywalności wyników uzyskiwanych w obydwu skalach. Zaprezentowano przykłady badań własnych emisji z materiałów budowlanych.
Drugą, obszerną część rozdziału 6 zajmuje omówienie zbiorów wartości odniesienia dopuszczalnych stężeń oraz emisji zanieczyszczeń (zapachowych) w pomieszczeniach.
Ta część rozdziału stanowić może wstępną bazę danych odniesienia o zapachach w budynkach, ponieważ zawiera wartości progowe i dopuszczalne poziomy stężeń:
·   odorantów zwykle spotykane w pomieszczeniach,
·   odorantów pochodzących z zanieczyszczeń biologicznych,
·   odorantów wykrywane okazjonalnie w środowisku wewnętrznym i zewnętrznym, które wg Światowej Organizacji Zdrowie (WHO) są dokuczliwe i mają negatywny wpływ  na zdrowie,
·  odorantów zapachów infiltrujących do pomieszczeń z powietrza zewnętrznego, w środowisku miejskim.

W rozdziale 7 omówiono metody ograniczania zanieczyszczeń zapachowych występujących w różnych budynkach i w różnych warunkach środowiska wewnętrznego. Opisano unormowane metody etykietowania emisji zanieczyszczeń z materiałów budowlanych nisko emitujących, stosowane przez niektóre kraje europejskie i podano przykłady własnych badań wpływu nisko emitujących materiałów budowlanych  na jakość powietrza wewnętrznego.
Drugą  część rozdziału 7 zajmuje omówienie  zasad usuwania lub modyfikacji (neutralizacji) zanieczyszczeń zapachowych powietrza emitowanych do środowiska wewnętrznego.  Podano przegląd ogólnych zasad usuwania odorantów (zapachów) z zanieczyszczonych gazów oraz opisy zasad działania i przykłady konstrukcji oczyszczaczy powietrza służących do eliminacji lub niszczenia zanieczyszczeń zapachowych we wnętrzach. Rozdział zamyka przykład własnych badań efektywności działania oczyszczacza fotokatalitycznego powietrza.

W rozdziale 8 opisano  techniki i procedury stosowane w analizie sensorycznej zastosowanej do określania cech zapachów. Rozdział 8 otwiera omówienie zagadnień związanych z tworzeniem zespołu ludzi oceniających zapachy lub jakość powietrza wewnętrznego odczuwaną przez ludzi.
Następnie opisano metody olfaktometrii statycznej z użyciem testów psychofizycznych albo w zastosowaniu do rozpoznawania zapachów przez identyfikację wrażenia zmysłowego  albo w zastosowaniu do określania  progu wyczuwalności dla odorantu przez użycie testu dyskryminacji sensorycznej, w którym wykorzystuje się zdolności członków zespołu do odróżniania zapachów.
Opisano również metodę, procedury i wyposażenie olfaktometrii dynamicznej realizującej testy wykrywania progu percepcji wrażenia zmysłowego,  w których wykorzystuje się zdolności członków zespołu do oznaczania progów wyczuwalności zapachu. Przeanalizowano przydatność metody olfaktometrii dynamicznej wg  PN-EN 13725:2007 w diagnostyce stężeń zapachowych, powodowanych uciążliwymi emisjami odorantów w budynku.

W rozdziale 9 opisano specyfikę pomiaru chemicznego śladowych stężeń odorantów, powodujących zapachy w powietrzu w pomieszczeniach z uwzględnieniem metod znormalizowanych (referencyjnych)  oraz metod nie znormalizowanych. Są to metody laboratoryjnej analizy chemicznej, które choć nie weszły do norm są dokładne w niskich zakresach stężeń zanieczyszczeń powietrza (rzędu ppb lub nawet ppt) i nadają się do oznaczania zawartości odorantów. Reprezentują je chromatografy z przystawkami olfaktometrycznymi, spektrometry masowe z reakcja przekazywania protonu, spektrometry ruchliwości jonów oraz spektrometry absorpcyjne w zakresie bliskiej podczerwieni. Opisano również sprawdzone w praktyce metody fotochemiczne analizy stężeń śladowych związków siarki lub azotu.

W rozdziale 10 omówiono pomiary i monitorowanie zapachów przez oznaczanie chemiczne poziomu stężeń  odorantów miernikami wieloczujnikowymi i analizatorami przenośnymi, które mogą być stosowane w pomiarach polowych. Stosuje się tu szeroki zakres metod od najprostszych wskaźnikowych, jak rurki sorpcyjne (barwowe) z bezpośrednim odczytem, do zminiaturyzowanych analizatorów chemicznych i nosów elektronicznych. Opisano też analizatory chemiczne związków zapachowych „chipowe” lub zrealizowane jako mikrostruktury zintegrowane (lub nie) z matrycami czujników nosów elektronicznych. Podano reguły kalibracji tych przyrządów i stosowane wzorce odniesienia.

W rozdziale 11 omówiono skutki ekonomiczne występowania złych zapachów i pogorszonej jakości powietrza w pomieszczeniach, wynikające ze spadku  produktywności i zagrożenia zdrowotnego dla ludzi,  m.in. syndrom chorego budynku. Omówiono przykładowe wyniki analizy kosztów pogorszonej jakości powietrza i występowania złych zapachów w budynkach. Wyniki pokazują, że koszty te są tak znaczne, iż mogą  istotnie przewyższać inne koszty związane z eksploatacją budynków  takie, jak: koszty energii, napraw, remontów, najmu, itp.

Rozdział 12 zawiera zestawienia przepisów prawnych i norm krajowych i europejskich dotyczących problematyki pomiarów zapachów w budynku i oceny odczuwalnej jakości powietrza wewnętrznego w pomieszczeniach, a także norm dotyczących wymagań dla wentylacji.

Kiedy i gdzie kupić?
Monografia wydana zostanie przez Wydawnictwo ITB w ramach serii: Prace Naukowe Instytutu Techniki Budowlanej, w drugiej połowie 2011 roku i będzie do nabycia w siedzibie Instytutu w Warszawie.

Bezpłatna prenumerata