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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呼吸了多少空气

我书房里的Awair Element室内空气质量监测器显示了室内空气中的二氧化碳含量。当我拍这张照片时,它的读数是606 ppm。[图片来源:Energy Vanguard]

你可能不想这么想但每次你吸气的时候,你吸入的空气都是从别人的肺里出来的。之一我最喜欢的通风名言把这一点讲清楚了。在一本书中通风和加热从1893年开始,约翰·肖·比林斯写道:

大多数文明的男女都不愿意穿上别人刚脱下的内衣,也不愿意把别人刚吃过的食物或饮料放进嘴里,而是毫不犹豫地把刚从别人嘴里和肺里出来的空气吸进肺里,也不愿意把刚从别人嘴里和肺里出来的空气吸进肺里。

二氧化碳来拯救我们

你每次吸入的空气中有多少是“再呼吸”的空气?室内空气中二氧化碳的含量可以很好地反映出你呼吸了多少空气。室外的二氧化碳含量约为400ppm。室内的水平是室外水平加上室内任何二氧化碳来源的积累。室内二氧化碳的两个主要来源是燃烧和呼吸。

如果你家里没有人吸烟,而你的燃烧设备(如果有的话)被排到室外,那么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。它们以固定的速度这样做,因为二氧化碳不仅仅是我们新陈代谢的废物。它也被用来保持我们的血液在pH值的碱性一侧(7.40±0.05),这需要释放太多或太少。这种规律性使得将二氧化碳水平与呼吸空气联系起来成为可能,这一点我们将在下面的最后一节讲到。但首先,让我们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一成分更大的问题。然而,二氧化碳可以在帮助实现良好的室内空气质量方面发挥巨大作用,特别是在COVID-19方面。此外,测量你在室外待的室内环境中的二氧化碳水平可以让你知道风险的程度COVID-19的气溶胶传播在那个空间。

室内空气中的二氧化碳含量,用Awair Element IAQ监测器测量
室内空气中的二氧化碳含量,用Awair Element IAQ监测器测量

我一直在用两台Awair Element室内空气质量(IAQ)监测器来监测家里的二氧化碳水平,一个在书房,另一个在主卧室。上面的图表显示了上周我房间里的二氧化碳水平。在最低点时,我们室内的二氧化碳水平与室外相同。这个监测器的读数不会低于400ppm,而现在室外的浓度也不会低于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±75 ppm或10%,所以不要太在意确切的数字。完全忽略没有意义的小数点。)

室内空气中的二氧化碳含量是多少才算超标?ASHRAE、美国环保署和其他室内空气质量来源表示,1000ppm是你不想超过的数字。主要是用二氧化碳水平作为替代室内空气质量因为它表示你在室内和室外之间有多少空气交换。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,所以你不能看到低二氧化碳水平就认为你的室内空气质量是好的。同样的,你可能因为良好的过滤而有很低的PM2.5,但因为通风不良而有很高的二氧化碳。

让我们只关注二氧化碳和通风。室内超过400ppm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和丈夫什么时候进入房间呆在那里因为那是二氧化碳含量上升的时候。当我们离开房间时,那里的二氧化碳水平就会下降。我们从来没有达到1000ppm,这很好,但现在是春天,我们有一些窗户是开着的。在冬天和夏天,房子被关闭,没有整个房子的通风系统运行,二氧化碳水平会更高。等我拿到新的亿康先达ERV我希望看到二氧化碳水平保持在很低的水平,即使房子都被关闭了。

室内空气的呼吸部分

大卫Elfstrom他在领英(LinkedIn)和推特(Twitter)上发布了很多关于呼吸空气的内容。他甚至还发了一张截图电子表格(下图)他将室内二氧化碳水平与呼吸空气的比例联系起来。Elfstrom在2003年的一篇论文中使用了这些方程来建立这种联系。

二氧化碳水平与呼吸空气的比例相关
二氧化碳水平与呼吸空气的比例相关

二氧化碳含量低时,你吸入的空气量也低。在500ppm时只有0.2%。到了800ppm,这是我们在房间里看到的最高水平,呼吸空气的比例高达1%。当你达到1500 ppm时,你每一次呼吸中3%的空气是最近从某人的肺部呼出的空气。

请注意,我没有说“别人的”肺,因为呼吸的空气中有一部分是你的。如果你是房间里仅有的两个人中的一个,那么大约一半的呼吸会来自你自己。房间里有四个人,现在75%的吸入气体来自其他人。总的结论是,房间里的人越多,二氧化碳浓度越高,你呼吸的其他人的空气就越多。

由于我们知道COVID-19主要通过可在空气中漂浮数小时的气溶胶传播,所以呼吸空气的量可能是你感染这种疾病的风险的一个决定因素。如果二氧化碳含量很高,如果你周围有外人,一定要戴好口罩——或者双层口罩。否则,你还不如换内衣。

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Allison贝尔斯他是乔治亚州亚特兰大市的演说家、作家、建筑科学顾问,也是能源先锋的创始人。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

    你会看到有一天你会像我们对加热/冷却那样对ERV进行“分区”吗?就像一个基于传感器的ERV,当传感器显示出不安全的二氧化碳水平时,它会打开通风口?只有当二氧化碳超过设定值时才换气。

    1. creativedestruction||#2

      问得好,我很好奇Allison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水平进行设置,但据我所知,唯一的“分区”是单独的单元,例如公寓的单独hrv或穿墙单元同步对。

    2. arossti||# 5

      我们打算在家里用一台VanEE 150ERV和一台新的EcoBee4恒温器来实现这个目标。虽然有用于生态蜜蜂的IFTTT小程序,虽然我们有由生态蜜蜂控制的ERV -目前没有IFTTT小程序从我们的空气(或其他)二氧化碳监测器获取结果,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,运行空气处理程序循环,而不是ERV。看来智能恒温器还没弄清楚空气。NEST甚至不能直接连接到ERV/HRV。在EcoBee开发出正确的applet之前——我们将不得不等待,因为我不打算编写一个启用了IFTTT的低压开关来单独触发HRV……(已经炸了一个ERV主板-我不再摆弄它了!)

    3. tundracycle||# 8

      我认为二氧化碳水平的变化太快了,这很难奏效。正如你在艾莉森的例子中看到的那样,两个人走进一个房间,二氧化碳的浓度很快就会上升。也许更重要的是,二氧化碳是其他污染物的代表,比如VOC和病原体,它们可以在房子的任何地方传播。

      一般来说,一个家庭中二氧化碳含量最高的地方是晚上密闭的卧室。在我看来,一个很好的策略是将空气从浴室抽干,然后在空气处理器之前将新鲜空气提供给返回的空气,或者直接提供给卧室。我认为最好的办法是在醒着的时候返回,在睡觉的时候返回卧室,因为卧室的电源也会直接短路到当地的浴室,这样就不能给整个家通风了。

  2. Jon_R||# 3

    “相对于600ppm(百万分之一),当二氧化碳浓度达到1000ppm时,九个决策绩效量表中的六个出现了适度的、统计上显著的下降。”

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

    所以我不会设计一个1000ppm的高质量房子。因此,在闭门的房间里,每人使用>= 20 CFM的新鲜空气供应,而在闭门的办公室里,有一个合理的论点是30 CFM/人。

    它累积起来很快,所以自动分区可能是一个好主意。

    1. tundracycle||# 9

      是的。在1990年OSHA说10000 ppm的二氧化碳是可以接受的。: -)

      我们的目标是在我们的房子里达到百万分之700ppm的最大值,但尽量保持在较低的水平,特别是在我们的桑拿房。

      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

    几年前我读过戴夫·埃尔斯特罗姆的一篇文章。他试图通过二氧化碳来控制他的HRV,但没有成功。我使用Netatmo健康家庭教练监测器来测量二氧化碳、湿度、温度和噪音水平。从1个设备开始,我很快意识到自己有问题。当亲戚来度假时,二氧化碳会超过百万分之1500。关上卧室的门,到凌晨4点温度就会上升到1100。

    我在我3600平方英尺的房子里移动这个设备来诊断这些问题。为了解决这个问题,我为较低的水平添加了一个单独的HRV,改变了输入和输出的数量,平衡了系统,并增加了3个设备来监控我手机上的空气。我设置了通知的阈值,以避免过多和少报。

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

    我们经常打开窗户。

  5. djmoore14||# 7

    这是一篇非常有帮助和及时的文章。我有一栋1965年的房子,当我们搬进来时,它的ACH50值是7.5,空气质量不是问题。经过大量的绝缘和空气密封改进,我们的ACH50为3.5(最后的鼓风机门测试是在几周内安装最后4扇窗户后进行的)。我怀疑我们需要增加一些机械通风,以说明这种改善的空气密封,但不确定。我在看完这篇文章后购买的显示器已经很清楚地告诉我,我们需要一些新鲜空气。每年的这个时候,我们通常都开着窗户,但在关上窗户的几个小时内,二氧化碳就会上升到1200-1600,这取决于家里有多少人(见附图)。我怀疑这将是一个更加令人担忧的问题,因为在炎热的夏季和冬季,我们会更加一致地关闭商店。倾向于松下FV10VEC2,但仍有一些更多的研究要完成。谢谢你的文章。

  6. tundracycle||# 10

    在选择显示器时要谨慎。有些没有实际的NDIR传感器,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,因此可以提供非常不准确的信息。Awair v1对PMx的效果很差,对CO2的效果也不太好,不过v2要好得多。

    我们找到的最好的是IQAir。CO2通常在5-10%之间(如果CO2是恒定的,则在2%左右,因为这往往滞后于实际,这是更大的差异)。它们的RH可能相差11点(11% RH),所以如果实际RH为53%,则可能在42%到64%之间。

    Awair v2是第二好的,Netatmo紧随其后。

    对这些设备有一些可验证的标准和测试是件好事,因为Foobot和uRad等设备的准确性和误导性令人惊讶。

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