Углекислый газ (СО₂) — продукт метаболизма, необходимый для жизнеобеспечения организма, который при избыточном содержании в воздухе оказывает неблагоприятное воздействие на организм, а в высоких концентрациях может быть токсичным. Его фактическое содержание в закрытых помещениях является важным гигиеническим показателем качества воздуха, который требует всестороннего изучения с целью разработки профилактических мероприятий по минимизации риска здоровью. Наибольшее внимание уделяют воздействию СО₂ как основного компонента загрязнения воздуха жилых и общественных помещений, концентрация которого наиболее часто становится причиной нарушения благоприятного состояния человека, возникновения острых и отсроченных неблагоприятных эффектов. Это особенно актуально для детских образовательных организаций, так как именно там одновременно длительное время находится большое количество детей и подростков, организм которых наиболее чувствителен к неблагоприятным воздействиям среды. При этом концентрация СО₂ до сих пор является ненормируемым показателем, учитывая, что строго регламентированные нормативы по содержанию двуокиси углерода в жилых и общественных помещениях в России отсутствуют. Однако вопрос необходимости нормирования концентрации СО₂ в образовательных организациях, а также разработка методики оценки фактического содержания СО₂ в помещениях, предназначенных для воспитания и обучения детей, требуют пристального внимания в плане профилактики неблагоприятного влияния на организм обучающихся.

Целью работы было изучить публикации российских и зарубежных исследователей, посвященные проблемам воздействия диоксида углерода на организм, принципам его нормирования, целесообразности мониторинга воздушной среды помещений, мероприятиям по приведению параметров воздушной среды помещений к гигиеническим требованиям.

Поиск научных публикаций, посвященных проблемам содержания СО₂ в жилых и общественных помещениях, принципам нормирования СО₂, влиянию на здоровье и методам профилактики, осуществляли с использованием ресурсов различных электронных поисковых платформ (электронных библиотек Е-library, PubMed, Сyberleninka). Проанализированы более 100 работ зарубежных и отечественных авторов, в основном опубликованные с 2004 по 2023 г., и нормативные материалы. В работе использовали аналитический метод исследования.

СО₂, долгое время считавшийся конечным продуктом метаболизма, негативно влияющим на организм, со второй половины XIX в. считают необходимым для жизнедеятельности организма продуктом обмена [1, 2]. Оптимальный состав воздуха, которым дышит человек, содержит 21,5% кислорода и 0,03–0,04% СО₂, остальное приходится на самый распространенный на Земле элемент — азот. Именно такой состав обеспечивает нормальный метаболизм [3, 4]. Авторы монографии [2] приводят результаты исследования [5], согласно которым компонентами единой физико-химической регуляции биологических процессов являются как молекулы газов (СО₂, активные формы кислорода (АФК) и оксид азота), так и их производные радикальной и нерадикальной природы, которые моделируют все нейроэндокринные и метаболические процессы в организме. При этом диоксид углерода, в отличие от оксида азота (NO) и АФК, не оказывает патологического и цитотоксического действия. Основываясь на экспериментальных данных, авторы выдвинули гипотезу о защитной роли диоксида углерода, который является ингибитором АФК, регулируя при этом свободнорадикальный гомеостаз в организме.

О необходимости СО₂ для организма свидетельствуют исследования последних десятилетий. О содержании СО₂ в организме судят по показателю парциального давления в крови (рСО₂), которое оказывает влияние на кору головного мозга, дыхательный и сосудодвигательный центры. Регулируя при этом тонус сосудов, бронхов, обмен веществ, секрецию гормонов и электролитный состав крови, СО₂ опосредованно влияет на ферментативную активность и скорость биохимических реакций в организме. Известно, что снижение концентрации кислорода до 15,0% или увеличение до 80% не оказывает существенного влияния на организм, в то время как изменение концентрации СО₂ на 0,1% вызывает существенные негативные изменения, что свидетельствует о большей значимости СО₂ для организма [3].

Однако поступление избыточного количества СО₂ ингаляционным путем вызывает патологические изменения [6]. Согласно международной системе классификации, СО₂ относится к удушающим газам IV класса опасности, наряду с аммиаком. Проблема увеличения концентрации СО₂ в атмосферном воздухе появилась с наступлением промышленной революции, результатом которой стало антропогенное увеличение выбросов диоксида азота и нарушение геохимического цикла углерода в воздухе, что, несомненно, является одним из важнейших факторов влияния на жизнь и здоровье людей, при этом вопросы регулирования уровня диоксида углерода не решены и ситуация постепенно ухудшается [7]. СО₂ относится к парниковым газам, сокращение поступления которых в атмосферу, является приоритетным направлением экологической политики страны, подписавшей Киотское соглашение. Поступая в организм человека, этот газ влияет на состояние сердечно-сосудистой и дыхательной систем, в высоких концентрациях вызывая сонливость, тошноту, слабость, потерю сознания. По этой причине важно выяснить тенденции изменений поступления газа в атмосферу в результате функционирования промышленных предприятий, в структуре выбросов, которых во многих районах преобладает СО₂ [8]. При изучении влияния парникового СО₂ получены данные, свидетельствующие о воздействии на генетическую активность человека, а следовательно, и его здоровье. Исследования показали, что такое воздействие имеет место благодаря «парниковому эффекту» и может осуществляться через мембраны определенных клеток кожи [9].

Концентрация СО₂ в артериальной крови является важным показателем состояния кровоснабжения тканей организма, а значит, управление ею может способствовать управлению адаптационным потенциалом человека [10], которое, в свою очередь, будет способствовать улучшению функционирования организма [11]. В организме CO₂ присутствует в составе химических соединений (угольной кислоты, карбонатов, бикарбонатов) и в связанном с гемоглобином состоянии (карбогемоглобин). Содержание СО₂ в крови зависит от его парциального давления, отражающего баланс между количеством образующейся углекислоты и количеством выделяемого легкими СО₂. Нормальным уровнем (нормокапния) СО₂ в крови считают рСО₂ 40 мм рт. ст. в артериальной крови и 47 мм рт. ст. — в венозной крови. При повышении рСО₂ формируется состояние гиперкапнии (газовый ацидоз), при избыточном выделении СО₂ и понижении рСО₂ в артериальной крови — состояние гипокапнии (газовый алкалоз) [12]. При этом именно повышенное содержание СО₂ в атмосферном воздухе (более 7,6 мм рт. ст.) способно нарушить физиологические пороговые значения содержания СО₂ в альвеолах легких (более 40 мм рт. ст.) и артериальной крови (более 46–49 мм рт. ст.), делая необходимый для дыхания газ токсичным для организма [13].

К клиническим признакам токсического воздействия СО₂ в состоянии гиперкапнии относятся одышка в покое, тошнота, рвота, головная боль, головокружение, синюшность слизистых оболочек и кожи лица, сильное потоотделение, нарушение зрения [2]. При повышении концентрации СО₂ не более чем на 2% основные нарушения происходят со стороны сердечно-сосудистой (вначале тахикардия, затем брадикардия) и центральной нервной систем с повышением и последующим снижением возбудимости нервных окончаний. Увеличение концентрации СО₂ до 5–6% сопровождается угнетением электрической активности головного мозга [14]. При превышении нормальной концентрации СО₂ до 10–12% наступают быстрая потеря сознания и смерть [15].

К вентилируемым помещениям, в которых индикатором содержания вредных веществ является СО₂, относятся офисы, помещения общественного питания, банкетные и зрительные залы, медицинские учреждения, аудитории и классы образовательных организаций, помещения дошкольных образовательных организаций, транспорт и др. Установлено, что наилучшим уровнем СО₂ в этих помещениях является уровень, близкий к его содержанию в атмосферном воздухе [16]. Для помещений непроизводственного назначения этот показатель до недавнего времени считался единственным критерием качества, так как было принято считать, что существует прямая корреляционная связь между содержанием СО₂ в помещении с находящимися в нем людьми и уровнем химического и бактериального загрязнения [17, 18].

Использование СО₂ как важнейшего показателя качества воздушной среды, подтверждается многочисленными исследованиями, указывающими на то, что даже при наличии в воздухе помещений многочисленных загрязнителей основным загрязнителем помещений является СО₂ [19–25].

В помещениях, где в течение длительного времени пребывает большое число людей, концентрация диоксида углерода быстро нарастает, а при неэффективности либо невозможности проветривания создаются условия, способствующие нарушению самочувствия и здоровья. При этом установлено, что воздушная среда ухудшается пропорционально числу лиц и времени их пребывания в закрытом помещении [26].

Вопрос изучения гигиенической оценки содержания CO2 и его влияния на здоровье в последние годы стал актуальным как в России, так и за рубежом, где интерес к нему также был связан с ростом числа так называемых «больных зданий» (СБЗ; Sick Building Syndrome) [27].

Концентрацию СО₂ измеряют в ррm (от англ. parts per million или лат. pro pro mille), то есть «частях на миллион». По сути это кубический сантиметр углекислого газа на кубический метр воздуха (см3/м3). Однако в ряде отечественных и зарубежных исследований, а также в нормативной документации уровень содержания CO₂ обозначают в мг/м3 или процентах. Соразмеримость указанных единиц измерения следует уточнить на примере нормальной условной концентрации CO₂ в атмосферном воздухе. Например, условно 400 ррm (или 400 млн–1) означают, что в 1 м³ воздуха содержится 400 см³ CO₂ или 0,04% (так как 1 ppm = 0,0001%). При этом для перерасчета из мг/м3 применяют более сложную формулу, подразумевая учет молекулярной массы газа, общего давления и температуры газовой смеси. Условно содержание СО₂ в 1 мг/м3 приблизительно стремится к 0,510725 см³/м³.

Российские исследования показали, что ухудшение самочувствия начинается при 1000 ppm: возникают ощущение духоты, общий дискомфорт, слабость, головная боль, снижение концентрации внимания. Помимо этого увеличиваются частота и глубина дыхания, происходит сужение бронхов, а при концентрации выше 15% возникает спазм голосовой щели. При длительном нахождении в помещении с избыточным количеством СО₂ происходят изменения в кровеносной, центральной нервной, дыхательной системах, при умственной деятельности нарушаются восприятие, оперативная память, распределение внимания [3, 20, 22].

Содержание СО₂ в воздухе спален влияет на сон, при этом есть мнение, что для хорошего сна важнее качество воздуха, нежели его количественные показатели [28]. Исследования показывают, что при увеличении содержания СО₂ в воздухе помещений растет число жалоб на быстрое утомление, что проявляется сложностью концентрации внимания, появлением сонливости, головной боли [29, 30]. Ключевой особенностью влияния на организм человека СО₂ является потеря возможности крови поглощать кислород. Степень отравления этим веществом зависит от времени воздействия на организм и концентрации вещества в атмосферном воздухе [31].

По данным научной работы отечественной ученой концентрация CO₂ в помещении не должна превышать 1000 ppm независимо от источника образования CO₂ (например, ночью СО₂ выделяют растения). Используя специальную методику исследования, автор пришла к выводу о том, что кратковременное вдыхание здоровыми людьми CO₂ в концентрации 500 и 1000 ppm вызывает определенные сдвиги функции внешнего дыхания, кровообращения и электрической активности головного мозга [32]. Исследования показали, что содержание CO2 в воздухе помещений на уровне 1000 ррm (0,1%) можно рассматривать как критерий безопасного качества воздушной среды жилых и общественных зданий [20]. Такая концентрация соответствует рекомендованным значениям содержания CO2 в воздухе помещений, действующим в большинстве зарубежных стран.

Проведенные исследования показали, что концентрация СО₂ в 2–2,5% не вызывает заметных отклонений в самочувствии человека, его трудоспособности [33]. При увеличении концентрации СО₂ в атмосферном воздухе до 4–5% наблюдаются одышка, усиление сердечной деятельности, имеет место прямая корреляция повышенной концентрации содержания СО₂ со снижением трудоспособности человека. При повышении концентрации СО₂ до 6% заметно снижается умственная деятельность, возникают головная боль, состояние умопомрачения. Рост концентрации СО₂ до 7% выражается в физической неспособности контролировать свои действия, потере сознания, в отдельных случаях наступает смерть. Высокое процентное содержание СО₂ в атмосферном воздухе в 10% вызывает быструю, а более 15% — мгновенную смерть из-за паралича дыхания.

В основе механизма развития нарушений лежит увеличение парциального давления СО₂ в человеческих альвеолах. Его растворимость в крови повышается, и образуется слабая угольная кислота (СО₂ + Н₂О = Н₂СО₃), распадающаяся, в свою очередь, на Н+ и НСО₃–. Первый признак ацидоза — плохое восприятие новой информации. Чем выше концентрация СО₂ в воздухе, которым постоянно дышит человек, тем ниже рН крови и тем более кислую реакцию она имеет. Люди, проводящие много времени в помещении с высоким уровнем СО₂, в 3,5 раза чаще имеют сухой кашель и в два раза больше болеют ринитом [33]. Это согласуется с более ранними исследованиями зарубежных ученых, установивших, что при уровне СО₂ в помещении выше 500 ррm может происходить снижение рН крови [34], а длительное воздействие уровней CO₂ 0,5–1% может привести к повышенному отложению кальция в тканях организма, в том числе почек [35].

Исследования, проведенные белорусскими учеными, свидетельствуют о корреляции снижения работоспособности с повышением процентного содержания СО₂ в атмосферном воздухе. При приближении этого показателя к 1% увеличивается время двигательной реакции, уменьшается точность реакции слежения; при 1,5–2% начинает качественно меняться умственная деятельность человека, нарушаются функции дифференцировки, восприятия, оперативной памяти и распределения внимания. При длительной работе в атмосфере, содержащей 3% СО₂, возникают выраженные расстройства мышления, памяти, тонкой двигательной координации, резко возрастает число описок и ошибок деятельности, возникают расстройства слуха и зрения [14].

Однако, изучая вопрос влияния условно допустимых концентраций СО₂ в воздухе атмосферы, отмечаются достаточно интересные данные. Так, согласно данным зарубежных исследований, при концентрации СО₂ выше 600–800 ppm наблюдается снижение внимания на 30%; при концентрациях более 1500 ppm у 79% испытуемых отмечают чувство усталости; у 97%, страдающих мигренью, жалобы на головную боль появляются при уровне СО₂ в воздухе от 1000 ppm и выше [36]. Длительное нахождение в помещениях с повышенным содержанием СО₂ в воздухе можно рассматривать как фактор риска развития синдрома хронической усталости, учащения случаев заболеваний верхних дыхательный путей [20, 37]. По данным финских ученых, полученным в результате эксперимента, проведенного в офисном помещении, такие симптомы, как воспаление глаз, заложенность носа, воспаление носоглотки, проблемы, связанные с дыхательной системой, головная боль, усталость и сложность с концентрацией внимания, которые возникали у сотрудников при высокой концентрации СО₂, значительно снижались, если уровень СО₂ в офисном помещении был ниже 800 ppm (0,08% об.) [38].

Воздействие 2000 или 4000 ppm CO₂ индуцировало воспалительные реакции в нейтрофилах ex vivo (человека и мыши) и in vivo (мыши), вызывали повреждение сосудов в тканях мышц, мозга и дистального отдела толстой кишки, которое сохранялось в течение 13 ч после двухчасового воздействия. Воздействие 1000 ppm вызывало воспалительные реакции ex vivo, но не in vivo. Кроме того, у мышей, подвергшихся воздействию CO₂ в концентрации 5000 ppm, возможно усиление воспаления в бронхиальном эпителии [39], а воздействие 3000 ppm может вызвать легкое воспаление носовой полости у человека [40]. Рандомизированное двойное слепое контролируемое экспериментальное исследование показало, что при воздействии 550, 945 и 1400 ppm СО₂ в течение обычного восьмичасового рабочего дня на протяжении недели в офисной среде когнитивные показатели были ниже на 15% при 945 ppm, на 50% при 1400 ppm по сравнению с 550 ppm CO₂. В среднем показатели участников снижались на 21% при увеличении на 400 ppm [41].

В последнее время возрос интерес к безопасности пребывания в помещениях образовательных организаций, связанный с рисками негативного влияния факторов, формирующихся в результате длительного пребывания большого числа обучающихся в образовательном пространстве. Актуальность проблемы обусловлена более высоким долевым вкладом в индекс опасности веществ, поступающих из окружающего воздуха помещений, по сравнению с атмосферным воздухом. Это указывает на необходимость усиления контрольно-надзорных мероприятий, касающихся источников поступления химических токсикантов, соблюдения режима проветривания и нормативов наполняемости помещений [42].

В учебных заведениях оптимальным уровнем концентрации CO₂ в помещении принимают диапазон 800–1000 ppm. Отметка на уровне 1400 ppm — предел допустимого содержания CO₂ в помещении. Если его больше, то качество воздуха считается низким, ведь чем больше CO₂ в воздухе, тем сложнее сосредоточиться и справиться с учебной нагрузкой. Однако уже 1000 ppm не признает вариантом нормы целый ряд исследований, посвященных зависимости состояния организма от уровня CO₂. Их данные свидетельствуют о том, что на отметке 1000 ppm больше половины испытуемых ощущают последствия ухудшения микроклимата: учащение пульса, головную боль, усталость и, конечно, пресловутое «нечем дышать» [14].

В другом исследовании спрогнозировано формирование концентрации CO2 в учебных помещениях в зависимости от числа находящихся в помещении обучающихся, объема помещения и его вентилирования. Установлено, что к концу занятий значение концентрации СО₂ в помещениях соответствует недопустимому уровню и достигает 2500 ppm. При этом в небольших по объему помещениях (до 200 м3, на 25–30 человек) на фоне роста концентрации СО₂ происходит увеличение температуры воздуха до 27 °С и изменение до 30,0–40,0% влажности воздуха [43].

Помимо этого, один из экспериментов в образовательной организации показал, что больше половины учебного времени количество СО₂ в воздухе превышает 1300 ppm, а иногда приближается к 2500 ppm.

В таких условиях невозможно сосредоточиться, способность к восприятию информации критически снижается. Другие вероятные симптомы избытка СО₂ — это гипервентиляция, потливость, воспаление глаз, заложенность носа, затрудненное дыхание [44].

Изучены показатели концентрации СО₂ в стандартных и нестандартных спортивных залах при разных гигиенических условиях их эксплуатации. Представлен анализ изменения общего самочувствия студентов до, во время и после физической нагрузки в помещениях с нормальной и повышенной концентрацией СО₂. В результате было установлено, что повышение концентрации СО₂ пагубно сказывается на возможностях студентов, их концентрации внимания, координационных способностях и общем самочувствии. Прослеживается четкая взаимосвязь концентрации СО₂ самочувствия, работоспособности и результативности студентов во время физической нагрузки [45]. На превышение содержания диоксида углерода в спортивных залах к концу занятий в 1,5–3 раза указывают исследования [46], что свидетельствует о неудовлетворительной работе вентиляционной системы.

Имеющиеся исследования демонстрируют важность регламентации содержания СО₂ и задач по оценке и контролю за состоянием воздушной среды помещений. В особенности это касается организаций для воспитания и обучения, где дети находятся длительное время, подвергаясь негативному воздействию различных химических веществ, содержащихся в воздухе образовательных помещений, ведущее значение среди которых придают СО₂. На территории Российской Федерации общие требования к оптимальным и допустимым показателям микроклимата обслуживаемой зоны помещений жилых, детских дошкольных учреждений, общественных, административных и бытовых зданий регламентирует Межгосударственный стандарт [47], который также уделяет внимание качеству воздуха в помещениях, зависящему от процентного содержания СО₂. В соответствии с данным документом для детских учреждений, больниц и поликлиник следует принимать показатели качества воздуха 1-го класса, а для жилых и общественных зданий оптимальные показатели воздуха допустимо принимать по заданию на проектирование с учетом загрязнения наружного воздуха, источника загрязнения воздуха в помещении.

Помимо Межгосударственного стандарта качество воздуха жилых и общественных зданий обеспечивают согласно действующему Национальному стандарту [48], в основу которого положен Европейский стандарт по качеству воздуха в помещениях с пребыванием людей 2004 г. [49]. Согласно Национальному стандарту [48], качество воздуха складывается из необходимого уровня вентиляции (величиной воздухообмена в помещениях), которое обеспечивает допустимое значение содержания СО₂ в помещении. В Европейском стандарте [49] сказано, что воздух высокого качества в помещении должен отличаться от наружного воздуха населенного пункта всего на 350 ррм СО₂, но содержание СО₂ не должно превышать 1000 ppm. Поскольку в России никто не замеряет уровень СО₂, ориентиры для правильного расчета необходимого уровня подачи воздуха в помещение вентиляционными системами отсутствуют.

Гигиеническое нормирование микроклимата в организациях воспитания и обучения предусматривает строгое нормирование только трех количественных показателей: температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха, которые строго регламентируются Санитарными правилами 2020 г. [50] и Санитарными правилами и нормативами 2021 г. [51]. Про качество воздушной среды помещений организаций обучения и воспитания в санитарных правилах сказано, что «в воздухе не допускается превышение предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ, определенных требованиями гигиенических нормативов» [50]. Учитывая действующий список загрязняющих веществ атмосферного воздуха, установленный гигиеническими нормативами [51], СО₂ не относится к загрязняющим веществам атмосферы. Однако в то же время концентрация СО₂ в воздухе рабочей зоны нормирована. Газообразное химическое вещество «углерода диоксид» входит в список загрязняющих веществ (№ 2124), а в международной системе классификации опасности газов СО₂ относят к удушающим газам IV класса опасности, наряду с аммиаком [51]. При этом максимальная разовая предельно допустимая концентрация (ПДК) СО₂ в воздухе рабочей зоны составляет 27 000 мг/м³ (13 790 ppm или см³/м³), а среднесменная ПДК СО₂ равна 9000 мг/м³ (4597 ppm или см³/м³) [51]. Для сравнения, согласно Стандартам безопасности и гигиены труда США [52], «…токсичные и опасные вещества, предельные значения загрязнителей воздуха: двуокись углерода PEL (допустимый, базовый предел экспозиции в среднем за смену) — 5000 ppm средневзвешенное значение за 8 часов (TWA), STEL (предел кратковременной экспозиции) — 30 000 ppm…». В перерасчете на более привычные для нас значения в мг/м³ эти цифры составляют 30 000 ppm (58 740 мг/м³) (это максимальная разовая концентрация, которая вдвое превышает нормативы РФ) и 5000 ppm (9790 мг/м3) (среднесменная концентрация, которая почти равнозначна нашей среднесменной концентрации СО₂).

В России такие концентрации впервые были установлены Гигиеническими нормативами в 2006 г. [53]. Первым научным обоснованием ПДК СО₂ в СССР послужила научная работа [54], по обоснованию ПДК СО₂ в воздухе жилых и общественных зданий в концентрациях 1000 ррm (0,1%) и 5000 ррm (0,5%) на организм человека.

Однако во всем мире важной остается проблема обеспечения высокого качества окружающей среды в школьных зданиях, что связано с отсутствием юридически обязательных предельных значений для большинства загрязнителей воздуха помещений [55]. В Финляндии максимально допустимая концентрация CO₂ в используемом помещении при нормальных погодных условиях составляет 1200 ppm. В норвежских и шведских нормах для жилых помещений, школ и офисов установлена максимальная концентрация CO₂ 1000 ppm.

Япония, Португалия, Корея, Франция, Дания также установили 1000 ppm в качестве стандарта для конкретных помещений, включая школы и офисные здания. Стандарты и руководящие принципы по содержанию CO₂ в жилых, школьных и офисных зданиях были обобщены в единый документ в рамках оценки содержания CO₂ в воздухе помещений Национальным агентством по охране окружающей среды и труда (ANSES) [:lit_56, 57]. В Германии применяют значение концентрации CO₂ в 0,15% или 1500 ppm, что является гигиенической ориентировочной величиной. Ориентировочные значения концентрации CO₂ в помещениях также были опубликованы Комиссией по гигиене воздуха в помещении Федерального министерства окружающей среды и Государственным органом по здравоохранению [58].

Различные методы и показания для проектирования и оценки качества воздуха в помещении и теплового комфорта в школьных зданиях предусмотрены такими стандартами, как Европейский стандарт [59], Британский строительный бюллетень [60] и Стандарт американского общества инженеров [61]. Европейский стандарт предоставляет входные параметры внутренней среды для проектирования и оценки энергоэффективности зданий с учетом различных аспектов качества среды внутри помещений (IEQ). Расчетные концентрации СО₂ в этом документе представлены в четырех категориях, сформированных по уровню ожидаемого процента недовольных качеством воздуха (чем ниже категория, тем меньше ожидаемый процент недовольных; минимальный показатель — 15%, максимальный — 40%). Таким образом, верхний порог для 1-й категории — 550 ppm, для 2-й категории — 800 ppm, для 4-й категории — 1350 ppm. При этом нормальным уровнем будет 2-я категория. Для школьников с особыми потребностями может быть выбран более низкий уровень. Более высокий уровень не представляет опасности для здоровья, но может снизить комфорт.

Британский строительный бюллетень [60] устанавливает правила, стандарты и рекомендации по вентиляции, тепловому комфорту и внутреннему качеству воздуха для школьных зданий. Что касается учебных помещений, он устанавливает разные требования к качеству воздуха в помещении для разных стратегий вентиляции. Для механических систем и гибридных систем при использовании в механическом режиме должно быть обеспечено достаточное количество наружного воздуха для достижения среднесуточной концентрации CO₂ менее 1000 ppm в течение рабочего периода. Кроме того, максимальная концентрация также не должна превышать 1500 ppm более 20 мин подряд каждый день в течение рабочего периода. Для помещений с естественной вентиляцией и смешанной системы, в которой используется естественная вентиляция, среднесуточная концентрация СО₂ не должна превышать 1500 ppm в период пребывания людей, а максимальная концентрация также не должна превышать 2000 ppm на протяжении более 20 мин подряд каждый день.

Стандарт американского общества инженеров [61] не содержит предельного значения содержания CO₂ в помещении с момента издания стандарта в 1989 г., где намеренно убрали ранее использовавшийся порог (1000 ppm), чтобы избежать переоценки значимости этого предела как показателя приемлемого IAQ в целом, в то время как эта концентрация в лучшем случае является показателем скорости вентиляции наружного воздуха на человека. Сравнение Стандарта американского общества инженеров [61] с Европейским стандартом [59] показывает, что текущая минимальная скорость вентиляции Американского стандарта для классных комнат составляет половину порогового значения Европейского стандарта (5 вместо 10 л/с на человека). С другой стороны, старое и больше не используемое значение 1000 ppm будет приблизительно эквивалентно пределу 1-й категории Европейского стандарта (950 ppm при концентрации на открытом воздухе 400 ppm).

Сравнительная оценка оценки качества воздуха в школьных помещениях в Южном Тироле (Италия) с использованием разных стандартов показала сопоставимые, но не идентичные результаты. В ходе исследования выявлено, что в тех случаях, когда классы не проветривают в течение всего урока, уровни CO₂ могут превышать 2000 ppm или даже 3000 ppm. Через 13–18 мин без вентиляции достигается пороговое значение CO2 в 1000 ppm, тогда как порог в 1500 ppm может быть превышен через 23–35 мин во всех школах, если отсутствует вентиляция. Концентрации СО₂, измеренные в классах, большую часть времени были ниже 1000 ppm. Превышение порога CO₂ в 2000 ppm наблюдалось редко (0–2%), что указывает на то, что классы проветривали по крайней мере один раз за урок [62].

В настоящее время в России существует несколько методов определения уровня CO₂ в воздухе. Предложенный в позапрошлом веке врачом-гигиенистом М. Петтенкофером метод является косвенным интегральным санитарным показателем чистоты воздуха, который указан в Национальном стандарте Российской Федерации [63]. Значение уже несколько десятилетий используют в качестве критерия удовлетворительного качества воздуха в замкнутом помещении, а также при проектировании систем кондиционирования и вентиляции воздуха в действующей редакции Европейского [64] и Национального стандартов [65], устанавливающих технические требования к системам вентиляции и кондиционирования.

При определении уровня CO₂ в воздухе используют объемные методы — содержание CO₂ определяют при помощи газоанализаторов Холдена, Кудрявцева, Калмыкова; титрометрические методы Субботина- Нагорского и Гесса; сравнительный метод Прохорова [66]. В качестве экспресс-методов используют: а) метод Д. В. Прохорова как экспресс-метод, основанный на сравнительном исследовании воздуха помещений и воздуха наружной атмосферы, в котором содержание СО₂ сохраняется на уровне 0,03–0,04% (300–400 ppm или см3/м3); б) метод на основе реакции углекислоты с раствором соды и фенолфталеина, который применим даже в условиях школьной лаборатории. Основные современные утвержденные методики разработаны в соответствии с Национальным стандартом [63], который идентичен Международному стандарту [67]. Настоящие стандарты устанавливают основные положения, которые необходимо учитывать при планировании измерений содержания диоксида углерода в воздухе замкнутых помещений.

Для измерения концентрации химических веществ методом прямых измерений и получения количественных значений из содержания в атмосферном воздухе, воздухе рабочей зоны, закрытых (замкнутых) и жилых помещениях, промышленных выбросах, вентвыбросах и технологических процессах в целях охраны окружающей среды, обеспечения безопасности труда и оптимизации технологических процессов лабораторно- инструментальные центры применяют газоанализаторы ГАНК-4 в соответствии с руководством по эксплуатации [68]. Для измерения концентрации диоксида углерода (СО₂) в соответствии с определенными актуальными аттестованными методиками выполнения измерений (МВИ) и эксплуатационной документацией КПГУ используют стационарный газоанализатор ГАНК-4ФЕх. В соответствии с Федеральным законом Российской Федерации № 102 от 26.06.2020 «Об обеспечении единства измерений» [69] все методики выполнения измерений, используемые в сфере государственного регулирования, должны осуществляться согласно порядку, установленному в аттестованных методиках выполнения измерений.

Вопрос необходимости нормирования концентрации диоксида углерода в образовательных организациях обусловлен прежде всего неэффективностью или невозможностью обеспечения достаточного проветривания до нормализации и стабилизации всех параметров микроклимата до значений, которые обеспечивают оптимальный микроклимат в закрытых помещениях при высокой ежечасной наполняемости учебных кабинетов (например, при недостатке времени для эффективного проветривания во время перемены, так как проветривание запрещено при присутствии детей [50]). Кроме того, необходимость пристального внимания к концентрации СО₂ в воздухе закрытых помещений приобрела актуальность в связи с повсеместной заменой деревянных оконных рам на пластиковые окна, которые превращают учебные кабинеты в закупоренные камеры, что при несовершенной системе воздухообмена создает условия для увеличения концентрации СО₂ [70, 71].

Оценка и контроль содержания СО₂ в помещениях позволит минимизировать риски его неблагоприятного влияния на организм. В этой связи в последнее время уделяют большое внимание разработкам, позволяющим автоматизировать регистрацию и анализ показателей содержания диоксида углерода в воздухе помещений с их дальнейшей централизованной обработкой [72]. Это особенно важно для образовательных организаций, так как дает возможность вовремя определить уровень СО₂ и принять соответствующие меры по его регулированию. Оборудование помещений системами измерения температуры, относительной влажности и концентрации СО₂ наряду с системами принудительной вентиляции обеспечивает приведение газовоздушной среды к требованиям санитарных норм и правил. Для этого системы принудительной вентиляции следует оборудовать устройствами автоматического пуска при достижении концентрации СО₂, превышающей оптимальный уровень (1200 ppm (0,12%) [73].

Важным средством профилактики являются установка приточной вентиляции, помогающей стабильно снижать уровень СО₂, исключая его пагубное воздействие на здоровье, и установка датчиков для контроля концентрации СО₂. При этом следует отметить, что в основе проектирования вентиляционных систем лежит нормирование воздухообмена. В России нормируемый воздухообмен не менее 30 м3/ч (в Европе 72 м3/ч) не зависит от площади и объема комнаты, только от «скорости дыхания» и объема вентиляции. Таким образом, в состоянии спокойного бодрствования концентрация СО₂ вырастет до 1000 ppm, а при физической активности превысит норму. Воздухообмен 30 м3/ч,

принятый нормативным в России, не позволяет чувствовать себя комфортно в помещении. К тому же для обеспечения оптимального содержания диоксида углерода в помещении требуется увеличение воздухообмена, что отражено в рекомендациях по борьбе с СО₂. Так, воздухообмен, требуемый для обеспечения концентрации СО₂ 1000 ppm, составляет 33 м3/ч, а для обеспечения концентрации 500 ppm — 200 м3/ч [3].

Однако постоянный рост содержания СО₂ в атмосфере городов делает поддержание безопасного и комфортного для человека уровня СО₂ в помещении с помощью вентиляционных систем более энергозатратным в отсутствие его принудительного удаления из помещения. В настоящее время многие признают, что наиболее эффективным способом является очистка воздуха в помещениях, где находятся люди, для чего используют очистители воздуха, основанные на методе абсорбции загрязняющих воздух помещения веществ. Правильное сочетание очистителей воздуха с разумным уровнем вентиляции может дать очень хороший результат наряду с хорошим уровнем энергосбережения, что показывают исследования и разработки, описанные в научных публикациях последних лет [74–80].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ результатов исследований, опубликованных как в российских, так и зарубежных источниках, свидетельствуют о значительном внимании к проблеме содержания СО₂, обусловленном стремительным ростом его концентрации в воздушной среде закрытых помещений. В многочисленных источниках литературы внимание акцентировано на изучении влияния различных концентраций СО₂ в воздухе помещений на функциональное состояние и здоровье, результаты которого свидетельствуют о том, что даже при небольших отклонениях от рекомендованных (в частности для помещений организаций обучения и воспитания детей и подростков) допустимых концентраций выявляют неблагоприятные изменения со стороны отдельных систем организма, что оказывает острое и отсроченное отрицательное влияние на общее самочувствие обучающихся, а также выражается в снижении показателей работоспособности и умственной деятельности, повышении утомляемости и низкой сопротивляемости к инфекционным и неинфекционным агентам с ростом заболеваний верхних дыхательных путей. Аналитический обзор подчеркивает необходимость изучения вопроса нормирования фактического содержания СО₂ как одного из факторов риска среды воспитания и обучения, а также разработки и утверждения методической базы для мониторинга и контроля этого показателя с целью профилактики отрицательного воздействия.