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建筑科学

二氧化碳和你重新呼吸的空气

一个简单的电子表格使用室内空气中的二氧化碳水平来确定你换气的量

我房间里的Awair Element室内空气质量监测器向我显示了室内空气中的二氧化碳水平。我拍这张照片时,它的读数是百万分之606。[图片来源:Energy Vanguard]

你可能不想这么想,但每次你吸气的时候,你吸入的空气是从别人的肺里出来的。之一我最喜欢的引用很好地说明了这一点。在一本书中通风和加热1893年,约翰·肖·比林斯写道:

大多数文明人不愿意穿上别人刚脱下的内衣,不愿意把别人刚放进嘴里的食物或饮料放进嘴里,但他们会毫不犹豫地把刚从别人的嘴里和肺里流出来的空气,或者是与自己被弄脏的衣服或身体近距离接触的空气吸入肺里。

二氧化碳拯救了我们

你每次吸入的空气中有多少是“重新呼吸”的?室内空气中的二氧化碳含量可以很好地反映你换气的量。室外的二氧化碳水平约为百万分之400 (ppm)。室内的水平是室外的水平加上室内任何二氧化碳源积累的水平。室内二氧化碳的两大主要来源是燃烧和呼吸。

如果你家里没有人在室内吸烟,而你的燃烧设备(如果有的话)被排放到室外,那么你室内二氧化碳的主要来源就是人。我们的肺是精细调节的气体交换器官,吸收氧气,释放二氧化碳。它们这样做的速度是有规律的,因为二氧化碳不仅仅是我们新陈代谢的废物。它还可以使我们的血液保持在pH值(7.40±0.05)略偏碱性的一侧,这要求释放的物质不能太多或太少。这种规律性使我们有可能将二氧化碳水平与呼吸的空气联系起来,这一点我们将在下面最后一节进行讨论。但首先,我们来谈谈室内的二氧化碳水平。

监测二氧化碳

室内空气质量是一个比监测室内空气的单个成分更大的问题。然而,二氧化碳在帮助实现良好的室内空气质量方面发挥着巨大的作用,特别是在COVID-19方面。此外,测量室外室内环境中的二氧化碳水平可以让你了解风险的程度COVID-19的气溶胶传播在那个空间。

用Awair Element室内空气质量监测仪测量室内空气中的二氧化碳水平
用Awair Element室内空气质量监测仪测量室内空气中的二氧化碳水平

我一直在用两台Awair Element室内空气质量(IAQ)监测器监测家里的二氧化碳水平,一台在书房,另一台在主卧室。上面的图表显示了上周我书房里的二氧化碳水平。在最低的时候,我们室内的二氧化碳水平和室外是一样的。这个显示器的读数不会低于400ppm,而现在室外的水平也不会低于400ppm。那一周我们经历的最高二氧化碳浓度是653 ppm。(Awair元素的分辨率是±75ppm或10%,所以不要太纠结于确切的数字。完全忽略没有意义的小数)

室内空气中二氧化碳的有害水平是多少?ASHRAE、美国环保局和其他室内空气质量机构表示,1000ppm是你不想超过的数值。主要是用二氧化碳水平作为代表室内空气质量因为它显示了室内和室外的空气交换量。当然,2.5微米或更小的颗粒物(PM2.5)是一种重要的室内空气污染物,随着通风的增加,它可能会变得更糟,所以你不能看着低二氧化碳水平就认为你的室内空气质量很好。同样地,你的PM2.5值可能很低,因为过滤性能很好,但由于通风不良,二氧化碳含量很高。

让我们只关注二氧化碳和通风。室内400ppm以上的二氧化碳大部分来自居住在室内的人。上面的图表显示了我的妻子什么时候进入洞穴呆在那里因为那是二氧化碳水平上升的时候。当我们离开房间时,那里的二氧化碳水平会下降。我们从来没有达到1000ppm,这很好,但现在是春天,我们有一些窗口打开。在冬季和夏季,由于房子关闭,没有整个房子的通风系统运行,二氧化碳水平会更高。等我得到我的新亿康先达ERV我预计,即使房子全部关闭,二氧化碳水平也会保持在较低水平。

室内空气的再呼吸部分

大卫Elfstrom他是加拿大的一名工程师,最近在LinkedIn和Twitter上发布了很多关于呼吸空气的信息。他还发了一张截图电子表格(下图)他将室内二氧化碳水平与再呼吸空气的比例联系起来。埃尔夫斯特伦在2003年的一篇论文中使用了这些方程来建立联系。

二氧化碳水平与被重新呼吸的空气比例相关
二氧化碳水平与被重新呼吸的空气比例相关

对于低二氧化碳水平,你吸入的重新呼吸的空气量是低的。500ppm时只有0.2%。百万分之800,这是我们在洞穴中看到的最高水平,呼吸空气的比例高达1%。当浓度达到1500ppm时,你每次呼吸的3%是最近从某人肺中呼出的空气。

请注意,我没有说“别人”的肺,因为其中一些呼吸的空气是你的。如果房间里只有两个人,你是其中之一,那么大约一半的呼吸片段来自你。当房间里有四个人的时候,现在75%的重复呼吸部分来自其他人。一般的结论是,一个房间里的人越多,二氧化碳水平越高,你呼吸的其他人的空气就越多。

由于我们知道COVID-19主要通过气溶胶传播,这些气溶胶可以在空气中漂浮数小时,所以呼吸的空气量可能是你感染这种疾病的风险的一个决定因素。如果二氧化碳水平很高,确保戴上一个好的口罩,如果你周围有来自家庭以外的人,请戴上双口罩。否则,你们还不如交换内衣。

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Allison贝尔斯她是一位演说家、作家、建筑科学顾问和能源先锋的创始人。他也是《能源先锋的博客,是写一本书.你可以在推特上关注他@EnergyVanguard

10评论

  1. billfrombirchwood||# 1

    你有没有想过有一天会像我们对加热/冷却系统做的那样对ERV进行“分区”?比如基于传感器的ERV,当传感器显示出不安全的二氧化碳水平时,就会打开通风口?只有当二氧化碳超过设定值时才进行通风。

    1. creativedestruction||#2

      问得好,我也很好奇艾莉森是怎么想的。我知道有些单元已经可以根据测量到的二氧化碳或VOC水平来设置运行,但据我所知,唯一的“分区”是单独的单元,例如公寓单独的hrv或穿墙单元同步配对。

    2. arossti||# 5

      我们开始在我的家里用VanEE 150ERV和新的EcoBee4恒温器来做到这一点。虽然Ecobee有IFTTT小程序,虽然我们有由Ecobee控制的ERV,但目前没有IFTTT小程序从我们的Airthings(或其他)二氧化碳监测器中获取结果,并用作ERV的触发器。我们能做的就是当二氧化碳达到一定水平时,运行空气处理程序而不是返地舱。智能恒温器似乎还没解决空气问题。谷歌NEST甚至不能直接连接ERV/HRV。在EcoBee开发出合适的小程序之前——我们将不得不等待,因为我不打算编写一个低压IFTTT启用开关来单独触发HRV……(已经炸了一个ERV主板-我已经玩够了!)

    3. tundracycle||# 8

      我认为二氧化碳水平变化太快了,这样做不会有效。正如你在艾莉森的例子中看到的,两个人走进一个房间一会儿,二氧化碳水平上升得很快。或许更重要的是,二氧化碳是其他污染物的代表,比如挥发性有机化合物和病原体,这些污染物可能会扩散到整个房子的任何地方。

      一般来说,家中二氧化碳含量最高的地方是晚上密闭的卧室。在我看来,一个好的策略是将浴室里的空气抽走,然后在空气处理器之前将新鲜空气送到回风处,或者直接送到卧室。我认为最好是在醒着的时候回到卧室,在睡觉的时候回到卧室,因为卧室的供电可能会直接短路到当地的浴室,这样就不能让整个房子通风了。

  2. Jon_R||# 3

    “相对于600ppm(百万分率),在1000ppm的二氧化碳浓度下,在9个决策表现量表中的6个出现了适度的、统计上显著的下降。”

    https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23008272/

    所以我不会为1000ppm设计高质量的房子。因此,在闭门房间中使用>= 20 CFM/人的新鲜空气供应,而在闭门办公室中使用30 CFM/人的新鲜空气供应是合理的。

    它加起来很快,所以自动分区可能是一个好主意。

    1. tundracycle||# 9

      是的。在20世纪90年代,OSHA说10,000 ppm的二氧化碳是可以接受的。:-)

      我们的室内目标是百万分之700,但也尽量保持较低的浓度,尤其是在蒸桑拿的时候。

      更多:https://bamasotan.us/2020/12/sauna-ventilation/

  3. antonio_o||# 4

    嗯,我们有很多共同的书。

  4. stephen_pate||# 6

    几年前我读过Dave Elstrom写的一篇文章。他试图用二氧化碳控制HRV,但没有成功。我使用Netatmo健康家庭教练监测仪来测量二氧化碳以及湿度、温度和噪音水平。从一台设备开始,我很快意识到我有问题。当亲戚来度假时,二氧化碳浓度会超过1500ppm。关上卧室的门,凌晨4点就能升到1100点。

    我在我3600平方英尺的房子里移动着这个设备来诊断问题。为了解决这个问题,我在较低的楼层添加了一个单独的HRV,改变了输入和输出的数量,平衡了系统,并在我的手机上添加了3个额外的设备来监测空气。我设置了通知的阈值,以避免报告过多或过少。

    空气变好了,但有时我还是会收到二氧化碳浓度高于700-800的通知。

    我们经常打开窗户。

  5. djmoore14||# 7

    这是一篇非常有用和及时的文章。我有一栋1965年的房子,我们搬进来的时候ACH50是7.5,空气质量不是问题。通过大量的绝缘和空气密封改进,我们的ACH50快进到3.5(最后的鼓风机门测试发生在最后4个窗户安装后的几周内)。我怀疑我们需要添加一些机械通风来解释空气密封的改进,但不确定。我看了这篇文章后购买的显示器已经清楚地表明,我们需要一些新鲜空气。每年的这个时候,我们经常开着窗户,但在关上窗户的几个小时内,二氧化碳会上升到1200-1600,这取决于家里有多少人(见附图)。我怀疑这将是一个更令人担忧的问题,因为我们在炎热的夏天和冬天会更一致地关闭这些东西。倾向于松下FV10VEC2,但仍有更多的研究要完成。谢谢你的文章。

  6. tundracycle||# 10

    选择显示器时要谨慎。一些没有NDIR传感器的机器人,比如Foobot,是完全不可靠的。其他的,如uRad A3,不能准确补偿温度和压力,因此可能会提供非常不准确的信息。Awair v1对PMx很差,对CO2也不太好,但v2要好得多。

    我们找到的最好的是IQAir。二氧化碳通常在5-10%左右(如果二氧化碳是恒定的,实际上在2%左右,因为这些往往滞后实际,这就造成了更大的差异)。相对湿度可以下降约11个点(11%相对湿度),所以如果实际是53%相对湿度,这些可能会说从42%到64%的任何地方。

    Awair v2是第二好的,Netatmo紧随其后。

    对于这些设备来说,有一些可验证的标准和测试是件好事,因为像Foobot和uRad这样的许多设备都是令人惊讶的不准确和误导。

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