Indoor air quality: the latest sampling and analytical methods [Third edition] 9781138306615, 1138306614, 9781315098180

"This is a practical, user-friendly guide to the identification and assessment of indoor air contaminants that cont

598 122 12MB

English Pages [420] Year 2019

Report DMCA / Copyright

DOWNLOAD FILE

Polecaj historie

Indoor air quality: the latest sampling and analytical methods [Third edition]
 9781138306615, 1138306614, 9781315098180

Table of contents :
Content: Background --
Historic overview --
Investigation plan --
The hypothesis --
Bioaersols --
Pollen and spore allergens --
Viable microbial allergens --
Pathogenic microbes --
Toxigenic microbes --
Chemicals and gases --
Volatile organic compounds --
Microbial volatile organic compounds and mold detection --
Carbon dioxide --
Carbon monoxide --
Ozone --
Formaldehyde --
Product emissions --
Dust and particulates --
Forensics of environmental dust --
Animal allergenic dust --
Building systems and materials --
Hvac systems --
Waste and sewage system noxious and toxic gases --
Tainted chinese drywall --
Green buildings.

Citation preview

Indoor Air Quality

Indoor Air Quality The Latest Sampling and Analytical Methods Third Edition

Authored by Kathleen Hess-Kosa

CRC Press Taylor & Francis Group 6000 Broken Sound Parkway NW, Suite 300 Boca Raton, FL 33487-2742 © 2019 by Taylor & Francis Group, LLC CRC Press is an imprint of Taylor & Francis Group, an Informa business No claim to original U.S. Government works Printed on acid-free paper International Standard Book Number-13 978-1-138-30661-5 (Hardback) This book contains information obtained from authentic and highly regarded sources. Reasonable efforts have been made to publish reliable data and information, but the author and publisher cannot assume responsibility for the validity of all materials or the consequences of their use. The authors and publishers have attempted to trace the copyright holders of all material reproduced in this publication and apologize to copyright holders if permission to publish in this form has not been obtained. If any copyright material has not been acknowledged, please write and let us know so we may rectify in any future reprint. Except as permitted under U.S. Copyright Law, no part of this book may be reprinted, reproduced, transmitted, or utilized in any form by any electronic, mechanical, or other means, now known or hereafter invented, including photocopying, microfilming, and recording, or in any information storage or retrieval system, without written permission from the publishers. For permission to photocopy or use material electronically from this work, please access www.copyright.com (http://www.copyright.com/) or contact the Copyright Clearance Center, Inc. (CCC), 222 Rosewood Drive, Danvers, MA 01923, 978-750-8400. CCC is a not-for-profit organization that provides licenses and registration for a variety of users. For organizations that have been granted a photocopy license by the CCC, a separate system of payment has been arranged. Trademark Notice: Product or corporate names may be trademarks or registered trademarks, and are used only for identification and explanation without intent to infringe. Library of Congress Cataloging-in-Publication Data Names: Hess-Kosa, Kathleen, author. Title: Indoor air quality : the latest sampling and analytical methods / by Kathleen Hess-Kosa. Description: Third edition. | Boca Raton : CRC Press/Taylor & Francis, 2019. | Includes bibliographical references and index. Identifiers: LCCN 2018039371 | ISBN 9781138306615 (hardback : alk. paper) | ISBN 9781315098180 (ebook) Subjects: LCSH: Indoor air pollution—Measurement. | MESH: Air Pollution, Indoor—analysis. Classification: LCC TD890 .H49 2019 | DDC 628.5/3—dc23 LC record available at https://lccn.loc.gov/2018039371 Visit the Taylor & Francis Web site at http://www.taylorandfrancis.com and the CRC Press Web site at http://www.crcpress.com

Contents Preface  ....................................................................................................................xv Acknowledgments  ............................................................................................ xvii Author Biography  ............................................................................................... xix List of Abbreviations/Acronyms  ..................................................................... xxi

Section I  Background 1. Historic Overview������������������������������������������������������������������������������������������3 Evolution of Indoor Air Quality Investigations������������������������������������������4 Litigation�����������������������������������������������������������������������������������������������������������5 Differences in Health Effects�������������������������������������������������������������������������7 A Misguided Premise�������������������������������������������������������������������������������������8 Regulations and Guidelines���������������������������������������������������������������������������8 National Ambient Air Quality Standards�����������������������������������������������9 OSHA Workplace Standards���������������������������������������������������������������������9 U.S. Government Directives��������������������������������������������������������������� 11 ACGIH Workplace Guidelines����������������������������������������������������������� 11 American National Standards Institute/ASHRAE Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality������������������������������������������������ 12 ACGIH Exposure Guidelines Referenced in Older ASHRAE Standard�������������������������������������������������������������������������������������������� 13 Criteria for Low-Rise Residential Buildings������������������������������������ 13 Criteria for High-Performance Buildings����������������������������������������� 15 International Recommendations and Guidelines��������������������������� 15 Summary��������������������������������������������������������������������������������������������������������� 15 References������������������������������������������������������������������������������������������������������� 16 2. Investigation Plan����������������������������������������������������������������������������������������� 17 Documents Review���������������������������������������������������������������������������������������� 19 Building a Walk-Through����������������������������������������������������������������������������� 20 Occupied Areas����������������������������������������������������������������������������������������� 21 Air Handling System��������������������������������������������������������������������������������22 Bathroom Air Exhaust������������������������������������������������������������������������������ 23 Sewer System��������������������������������������������������������������������������������������������� 23 Temperature and Relative Humidity����������������������������������������������������� 23 Occupant Activities���������������������������������������������������������������������������������� 23 Interviews with Facilities Personnel����������������������������������������������������������� 24 Maintenance Staff������������������������������������������������������������������������������������� 24 Custodial Staff������������������������������������������������������������������������������������������� 25 v

vi

Contents

Observation of Surrounding Areas������������������������������������������������������������� 25 Assessing Occupant Complaints����������������������������������������������������������������� 26 Questionnaires������������������������������������������������������������������������������������������ 26 Types of Questionnaires���������������������������������������������������������������������� 26 Questionnaire Response Rate������������������������������������������������������������ 27 Informational Data������������������������������������������������������������������������������� 28 Interviews��������������������������������������������������������������������������������������������������� 29 Summary���������������������������������������������������������������������������������������������������������30 References�������������������������������������������������������������������������������������������������������30 3. The Hypothesis��������������������������������������������������������������������������������������������� 31 Information Review��������������������������������������������������������������������������������������� 31 Building Assessment�������������������������������������������������������������������������������� 32 Occupant Complaints������������������������������������������������������������������������������� 33 Hypothesis Development����������������������������������������������������������������������������� 36 The Proactive Approach������������������������������������������������������������������������������� 38 Beyond the Scope������������������������������������������������������������������������������������������� 39 Medical Physicians����������������������������������������������������������������������������������� 39 Industrial Hygienists and Toxicologists������������������������������������������������ 39 Psychiatrists����������������������������������������������������������������������������������������������� 40 Summary��������������������������������������������������������������������������������������������������������� 41 Reference��������������������������������������������������������������������������������������������������������� 41

Section II  Bioaerosols 4. Pollen and Spore Allergens������������������������������������������������������������������������45 Occurrence of Pollen and Spore Allergens������������������������������������������������ 45 General Information��������������������������������������������������������������������������������� 46 Spore-Producing Fungi and Bacteria����������������������������������������������������� 51 Fungi����������������������������������������������������������������������������������������������������������� 51 Molds������������������������������������������������������������������������������������������������������ 51 Mushrooms�������������������������������������������������������������������������������������������54 Rusts and Smuts�����������������������������������������������������������������������������������54 Slime Molds������������������������������������������������������������������������������������������� 55 Bacteria������������������������������������������������������������������������������������������������������� 55 Sampling Strategy������������������������������������������������������������������������������������������ 56 Sampling and Analytical Methodologies��������������������������������������������������� 57 Spore Trap Air Sampling������������������������������������������������������������������������� 57 Analytical Methods���������������������������������������������������������������������������������� 58 Commercial Laboratories������������������������������������������������������������������������� 58 Helpful Hints��������������������������������������������������������������������������������������������� 58 Interpretation of Results������������������������������������������������������������������������������� 59 Summary���������������������������������������������������������������������������������������������������������63 References�������������������������������������������������������������������������������������������������������64

Contents

vii

5. Viable Microbial Allergens������������������������������������������������������������������������65 Occurrence of Allergenic Microbes������������������������������������������������������������� 66 Fungi����������������������������������������������������������������������������������������������������������� 66 Molds���������������������������������������������������������������������������������������������������������� 66 Yeasts���������������������������������������������������������������������������������������������������������� 69 Bacteria������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 71 Bacillus�������������������������������������������������������������������������������������������������������� 71 Thermophilic Actinomycetes������������������������������������������������������������������ 72 Air Sampling Methodologies����������������������������������������������������������������������� 73 Sampling Strategy������������������������������������������������������������������������������������� 73 When and Where to Sample��������������������������������������������������������������� 73 Equipment��������������������������������������������������������������������������������������������� 74 Sample Duration����������������������������������������������������������������������������������� 76 Sample Numbers����������������������������������������������������������������������������������77 Culture Media���������������������������������������������������������������������������������������77 Procedural Summary��������������������������������������������������������������������������80 Diagnostic Sampling Methodologies���������������������������������������������������������� 82 Sampling Strategy������������������������������������������������������������������������������������� 82 Where to Sample���������������������������������������������������������������������������������������83 What to Sample�����������������������������������������������������������������������������������������84 Sampling Supplies������������������������������������������������������������������������������������84 Procedural Summary�������������������������������������������������������������������������������84 Interpretation of Results�������������������������������������������������������������������������������85 Genus Variability�������������������������������������������������������������������������������������� 86 Airborne Exposure Levels����������������������������������������������������������������������� 87 Bulk and Surface Sample Results����������������������������������������������������������� 88 Helpful Hints�������������������������������������������������������������������������������������������������� 88 Summary��������������������������������������������������������������������������������������������������������� 89 References������������������������������������������������������������������������������������������������������� 89 6. Pathogenic Microbes������������������������������������������������������������������������������������91 Airborne Pathogenic Fungi�������������������������������������������������������������������������� 92 Disease and Occurrence��������������������������������������������������������������������������� 92 Aspergillus�������������������������������������������������������������������������������������������� 92 Histoplasma capsulatum�������������������������������������������������������������������� 94 Coccidioides immitis��������������������������������������������������������������������������� 96 Cryptococcus neoformans������������������������������������������������������������������ 98 Other Pathogenic Fungi���������������������������������������������������������������������� 99 Sampling and Analytical Methodologies������������������������������������������������� 102 Interpretation of Results������������������������������������������������������������������������ 103 Airborne Pathogenic Bacteria�������������������������������������������������������������������� 103 Pathogenic Legionella��������������������������������������������������������������������������������� 104 Sampling and Analytical Methodologies for Legionella������������� 106 Interpretation of Results�������������������������������������������������������������������� 106 Helpful Hints�������������������������������������������������������������������������������������� 107

viii

Contents

Other Pathogenic Bacteria��������������������������������������������������������������������� 109 Disease and Occurrence of Prominent Airborne Pathogenic Bacteria�������������������������������������������������������������������������������������������� 109 Sampling and Analytical Methodologies�������������������������������������������� 114 Interpretation of Results������������������������������������������������������������������������ 115 Pathogenic Protozoa������������������������������������������������������������������������������������ 115 Sampling and Analytical Methodology���������������������������������������������� 116 Interpretation of Results������������������������������������������������������������������������ 117 Viruses����������������������������������������������������������������������������������������������������������� 117 Summary������������������������������������������������������������������������������������������������������� 118 References����������������������������������������������������������������������������������������������������� 118 7. Toxigenic Microbes������������������������������������������������������������������������������������121 Mycotoxins���������������������������������������������������������������������������������������������������� 121 Disease and Occurrence������������������������������������������������������������������������� 123 Sampling and Analytical Methodologies�������������������������������������������� 125 Fungi Identification���������������������������������������������������������������������������� 125 Toxin Identification���������������������������������������������������������������������������� 126 Interpretation of Results������������������������������������������������������������������������ 127 Bacterial Endotoxins������������������������������������������������������������������������������������ 128 Sampling and Analytical Methodology���������������������������������������������� 129 Interpretation of Results������������������������������������������������������������������������ 131 Summary������������������������������������������������������������������������������������������������������� 132 References����������������������������������������������������������������������������������������������������� 132

Section III  Chemicals and Gases 8. Volatile Organic Compounds������������������������������������������������������������������137 Health Effects and Occurrences���������������������������������������������������������������� 138 Air Sampling Strategy��������������������������������������������������������������������������������� 141 When to Sample�������������������������������������������������������������������������������������� 141 Where to Sample������������������������������������������������������������������������������������� 142 How to Sample���������������������������������������������������������������������������������������� 143 Rationale for Total VOC Screening (As Opposed to Component Identification)������������������������������������������������������������������������������������������� 143 Air Sampling and Analytical Methodologies������������������������������������������ 146 Solid Sorbents and Air Sampling Pumps�������������������������������������������� 147 NIOSH Method 1500�������������������������������������������������������������������������� 147 EPA Method TO-17����������������������������������������������������������������������������� 149 Passive Organic Vapor Monitors������������������������������������������������������ 151 Evacuated Ambient Air Containers������������������������������������������������ 153 Whole Air Canisters�������������������������������������������������������������������������� 154 Ambient Air Sampling Bags������������������������������������������������������������� 156

Contents

ix

Analytical Comparisons������������������������������������������������������������������������ 158 Helpful Hints�������������������������������������������������������������������������������������� 160 Interpretation of Results�������������������������������������������������������������������� 161 Summary������������������������������������������������������������������������������������������������������� 163 References����������������������������������������������������������������������������������������������������� 163 9. Microbial Volatile Organic Compounds and Mold Detection��������� 165 Health Effects and Occurrence������������������������������������������������������������������ 165 Sampling for MVOCs���������������������������������������������������������������������������������� 168 Sampling Strategy����������������������������������������������������������������������������������� 168 Sampling Methodology�������������������������������������������������������������������������� 169 Screening Methodologies��������������������������������������������������������������������������� 169 Visual Observations�������������������������������������������������������������������������������� 170 Odor Tracking������������������������������������������������������������������������������������������ 171 Moisture Testing������������������������������������������������������������������������������������� 172 Interpretation of Results����������������������������������������������������������������������������� 174 Summary������������������������������������������������������������������������������������������������������� 175 References����������������������������������������������������������������������������������������������������� 175 10. Carbon Dioxide�������������������������������������������������������������������������������������������177 Health Effects and Occurrence������������������������������������������������������������������ 178 Sampling Strategy���������������������������������������������������������������������������������������� 180 Sampling Methodologies���������������������������������������������������������������������������� 180 Direct Reading Instrumentation����������������������������������������������������������� 181 Colorimetric Detectors��������������������������������������������������������������������������� 181 Helpful Hints������������������������������������������������������������������������������������������������ 183 Interpretation of Results����������������������������������������������������������������������������� 183 Summary������������������������������������������������������������������������������������������������������� 184 References����������������������������������������������������������������������������������������������������� 184 11. Carbon Monoxide���������������������������������������������������������������������������������������185 Health Effects and Occurrence������������������������������������������������������������������ 185 Sampling Strategy���������������������������������������������������������������������������������������� 187 Sampling Methodologies���������������������������������������������������������������������������� 188 Direct Reading Instrumentation����������������������������������������������������������� 188 Colorimetric Detectors��������������������������������������������������������������������������� 188 Helpful Hints������������������������������������������������������������������������������������������������ 190 Interpretation of Results����������������������������������������������������������������������������� 190 Summary������������������������������������������������������������������������������������������������������� 191 Reference������������������������������������������������������������������������������������������������������� 191 12. Ozone������������������������������������������������������������������������������������������������������������193 Health Effects and Occurrence������������������������������������������������������������������ 193 Sampling Strategy���������������������������������������������������������������������������������������� 198

x

Contents

Sampling Methodologies���������������������������������������������������������������������������� 199 Helpful Hints������������������������������������������������������������������������������������������������ 200 Interpretation of Results����������������������������������������������������������������������������� 200 Summary������������������������������������������������������������������������������������������������������� 201 References����������������������������������������������������������������������������������������������������� 202 13. Formaldehyde����������������������������������������������������������������������������������������������205 Exposures and Occurrence������������������������������������������������������������������������ 206 Sampling Strategy���������������������������������������������������������������������������������������� 209 Diagnostic Sampling by Instrumentation������������������������������������������������ 211 Sampling Methodologies���������������������������������������������������������������������������� 211 Analytical Methodologies�������������������������������������������������������������������������� 215 Helpful Hints������������������������������������������������������������������������������������������� 216 Interpretation of Results����������������������������������������������������������������������������� 216 Summary������������������������������������������������������������������������������������������������������� 217 References����������������������������������������������������������������������������������������������������� 218 14. Product Emissions��������������������������������������������������������������������������������������219 Global Response and Product Labeling��������������������������������������������������� 220 Product Emissions Awareness�������������������������������������������������������������������222 Sensory Irritation Testing in Environmental Chambers�����������������������225 Product Collection��������������������������������������������������������������������������������������� 226 Environmental Chamber Testing and Analytical Methodology���������� 230 Measurements of Product Emission Factors�������������������������������������������� 233 Interpretation of Results����������������������������������������������������������������������������� 235 Summary������������������������������������������������������������������������������������������������������� 238 References����������������������������������������������������������������������������������������������������� 238

Section IV  Dust and Particulates 15. Forensics of Environmental Dust������������������������������������������������������������243 Uses for Forensic Microscopy�������������������������������������������������������������������� 244 Environmental Pollution������������������������������������������������������������������������ 245 Indoor Air Quality���������������������������������������������������������������������������������� 247 Sampling Methodologies���������������������������������������������������������������������������� 250 Settled Surface Dust Sampling������������������������������������������������������������� 251 Specialty Tape������������������������������������������������������������������������������������� 251 Clear Tape�������������������������������������������������������������������������������������������� 251 Post-it® Paper��������������������������������������������������������������������������������������� 252 Micro-vacuuming������������������������������������������������������������������������������� 252 Airborne Dust Sampling������������������������������������������������������������������������ 252

Contents

xi

Spore Trap������������������������������������������������������������������������������������������������ 252 Membrane Filters������������������������������������������������������������������������������� 253 Cascade Impactors����������������������������������������������������������������������������� 255 Other Methods������������������������������������������������������������������������������������ 255 Bulk Sampling����������������������������������������������������������������������������������������� 255 Textile/Carpet Sampling������������������������������������������������������������������������ 256 Analytical Methodologies�������������������������������������������������������������������������� 256 Visible Light Microscopy����������������������������������������������������������������������� 257 Specialized Microscopic Techniques��������������������������������������������������� 258 X-Ray Diffraction�������������������������������������������������������������������������������� 258 Scanning Electron Microscope��������������������������������������������������������� 258 Transmission Electron Microscope�������������������������������������������������� 259 Electron Microprobe Analyzer��������������������������������������������������������� 260 Ion Microprobe Analyzer������������������������������������������������������������������ 261 Commercial Laboratories��������������������������������������������������������������������������� 261 Summary������������������������������������������������������������������������������������������������������� 262 References����������������������������������������������������������������������������������������������������� 262 16. Animal Allergenic Dust����������������������������������������������������������������������������263 Animal Allergens���������������������������������������������������������������������������������������� 264 Mites/Spiders������������������������������������������������������������������������������������������� 264 Booklice���������������������������������������������������������������������������������������������������� 268 Cockroaches and Other Insects������������������������������������������������������������ 269 Domestic Animals���������������������������������������������������������������������������������� 271 Cats������������������������������������������������������������������������������������������������������� 272 Dogs����������������������������������������������������������������������������������������������������� 273 Rodents������������������������������������������������������������������������������������������������ 273 Farm Animals������������������������������������������������������������������������������������� 274 Other Animals������������������������������������������������������������������������������������ 275 Occurrence of Animal Allergens�������������������������������������������������������������� 275 Sampling Strategy���������������������������������������������������������������������������������������� 275 Screening for Rodents��������������������������������������������������������������������������������� 277 Sampling Methodologies���������������������������������������������������������������������������� 278 Analytical Methodologies�������������������������������������������������������������������������� 281 Human Testing���������������������������������������������������������������������������������������� 281 Allergenic Dust Testing�������������������������������������������������������������������������� 282 Interpretation of Results����������������������������������������������������������������������������� 283 Other Types of Allergenic Substances������������������������������������������������������ 285 Summary������������������������������������������������������������������������������������������������������� 287 References����������������������������������������������������������������������������������������������������� 287

xii

Contents

Section V  Building Systems and Materials 17. HVAC Systems��������������������������������������������������������������������������������������������291 The Basic Design������������������������������������������������������������������������������������������ 291 HVAC Visual Inspection����������������������������������������������������������������������������� 294 Outdoor Air Intake��������������������������������������������������������������������������������� 294 Outdoor Air in Vicinity of Building Air Intake��������������������������������� 295 Indoor HVAC Equipment Rooms��������������������������������������������������������� 295 Filters��������������������������������������������������������������������������������������������������������� 296 Condensate Drain Pan���������������������������������������������������������������������������� 298 Fan Housing���������������������������������������������������������������������������������������������300 Unit and Duct Liner�������������������������������������������������������������������������������� 301 Supply Registers and Return Air Grilles��������������������������������������������� 303 Level of Maintenance����������������������������������������������������������������������������� 303 Air Duct����������������������������������������������������������������������������������������������������304 Strategy and Sampling��������������������������������������������������������������������������������306 Analyzing the Unknown����������������������������������������������������������������������������308 Interpretation Not So Simple���������������������������������������������������������������������308 Summary�������������������������������������������������������������������������������������������������������309 Reference�������������������������������������������������������������������������������������������������������309 18. Waste and Sewage System Noxious and Toxic Gases������������������������� 311 Occurrence of Noxious and Toxic Gases�������������������������������������������������� 312 Hazardous Gases������������������������������������������������������������������������������������ 312 Biological Components��������������������������������������������������������������������������� 313 Noxious Odor Confusion����������������������������������������������������������������������� 315 Investigation Procedures���������������������������������������������������������������������������� 315 Air Sampling�������������������������������������������������������������������������������������������� 315 Identification of Components����������������������������������������������������������� 316 Tracking Sewer Gases������������������������������������������������������������������������ 317 Waste Drainage System Inspection������������������������������������������������������ 317 Poorly Installed Wastewater Plumbing Vents�������������������������������� 317 Plumbing Fixtures and Associated Traps��������������������������������������� 319 In-Foundation Line Breaks��������������������������������������������������������������� 320 Septic/Sewage Drains and Lines����������������������������������������������������� 320 Interpretation of Results����������������������������������������������������������������������������� 321 Summary������������������������������������������������������������������������������������������������������� 322 Reference������������������������������������������������������������������������������������������������������� 322 19. Tainted Chinese Drywall�������������������������������������������������������������������������323 Health Effects����������������������������������������������������������������������������������������������� 326 Screening Considerations��������������������������������������������������������������������������� 327 Homeowner Assessment����������������������������������������������������������������������� 328 Inspection Screening������������������������������������������������������������������������������ 328

Contents

xiii

Components of Chinese Drywall�������������������������������������������������������������� 330 Sampling and Analytical Methodologies������������������������������������������������� 331 Bulk Sample Collection and Analysis for Identification of Chinese Drywall���������������������������������������������������������������������������� 332 Bulk Sample Collection��������������������������������������������������������������������� 332 Bulk Sample Analysis������������������������������������������������������������������������ 332 Wall Cavity and Occupied Space Air Sampling���������������������������������334 Air Sample Collection������������������������������������������������������������������������ 335 Air Sample Analyses������������������������������������������������������������������������� 335 Corrosion Testing������������������������������������������������������������������������������������ 336 Corrosion Test Sample Collection and Analysis���������������������������� 336 Interpretation of Results����������������������������������������������������������������������������� 337 Chinese-Manufactured Drywall���������������������������������������������������������� 338 Off-Gassing Sulfur-Containing Gases������������������������������������������������� 338 Causes of Corrosion�������������������������������������������������������������������������������� 339 Summary������������������������������������������������������������������������������������������������������� 339 References�����������������������������������������������������������������������������������������������������340 20. Green Buildings������������������������������������������������������������������������������������������341 21st Century Green��������������������������������������������������������������������������������������342 Green Flush-Out Protocols�������������������������������������������������������������������������343 LEED Indoor Air Quality Management Plan�������������������������������������344 ANSI/ASHRAE Standard 189.1—Construction and Plans for Operation���������������������������������������������������������������������������������������������345 Sampling and Analytical Methodologies������������������������������������������������� 347 Interpretation of Results����������������������������������������������������������������������������� 353 Summary�������������������������������������������������������������������������������������������������������354 References����������������������������������������������������������������������������������������������������� 355 Glossary���������������������������������������������������������������������������������������������������������������357 Appendix A: Units of Measurement��������������������������������������������������������������367 Volume����������������������������������������������������������������������������������������������������������� 367 Length������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 367 Weight������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 367 Temperature�������������������������������������������������������������������������������������������������� 368 Sample Units������������������������������������������������������������������������������������������������� 368 Flow Rates����������������������������������������������������������������������������������������������������� 368 Appendix B: Allergy Symptoms���������������������������������������������������������������������369 Common Allergy Symptoms��������������������������������������������������������������������� 369 Allergic Asthma������������������������������������������������������������������������������������������� 369 Allergic Dermatitis�������������������������������������������������������������������������������������� 369 Allergic Rhinitis������������������������������������������������������������������������������������������� 370 Eye Pain��������������������������������������������������������������������������������������������������������� 370 Hay Fever������������������������������������������������������������������������������������������������������ 370

xiv

Contents

Inner Ear Pain and Hearing Loss�������������������������������������������������������������� 371 Nasal Congestion����������������������������������������������������������������������������������������� 371 Sinus Headache�������������������������������������������������������������������������������������������� 371 Other Allergy-Related Diseases���������������������������������������������������������������� 372 Allergic Bronchopulmonary Aspergillosis����������������������������������������� 372 Contact Dermatitis���������������������������������������������������������������������������������� 372 Hives��������������������������������������������������������������������������������������������������������� 372 Hypersensitivity Pneumonitis�������������������������������������������������������������� 373 Index��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 375

Preface With the new millennium came change. Indoor air quality methodologies had expanded, evolved, and morphed. The focus shifted from a knee-jerk response to a more proactive response. Although indoor air quality in older buildings continues to present old challenges, new construction goes forward with new challenges. And since the 2011 publication of the last edition of this book, there have been many changes in technical data and instrumentation. The intent of this book is to provide environmental professionals, industrial hygienists, and indoor air quality specialists with the latest-and-greatest methods in response to the knee-jerk indoor air quality challenges and for assessing new construction prior to occupancy. The focus is to provide a practical guide for developing a theory and following it through to the identification and interpretation of unknown air contaminants. The Background section provides an historic overview with regulatory limits and guidelines; preliminary investigation methods, including means for assessing complaints; and a means for speculation, narrowing the hunt for offenders. With a well-defined hypothesis, the investigator must test the hypothesis by sampling. Direction is provided for determining what, when, where, and how to sample for the various airborne components that may be found in indoor air quality situations. The Bioaerosols section is inclusive of microbials only. This section discusses sampling methodologies for microbial allergens such as fungi and pollen; invasive pathogenic microbes; and toxigenic molds/bacteria. Other biological components such as animal allergens are discussed in another section. The Chemicals and Gases section contains sampling methodologies for volatile organic compounds; microbial volatile organic compounds; carbon dioxide; carbon monoxide; ozone; formaldehyde; and product emissions. The microbial volatile organic compounds are discussed within this section because some researchers speculate that microbial (e.g., mold) by-products may contribute to the total volatile organic compounds in an enclosed building. The Dust and Particulates section contains sampling methodologies for animals allergens such as dust mites and forensic methods for identifying dust components. Dust components can be checked for chemicals adsorbed onto or settled on the surface of dust particles, toxic metals, and various types of fibers (e.g., resin-coated fiberglass). The Building Systems and Materials section is a new section. Often overlooked and underused, sewage gases and HVAC systems are discussed and assessment guidelines provided. The topic of tainted Chinese drywall xv

xvi

Preface

has become a bucket of worms—legally, financially, and analytically. In the chapter on tainted Chinese drywall, the background information and more prominent sampling methodologies are discussed. The last chapter is Green Buildings. The concept of green buildings has shifted from resource conservation only to resource conservation and healthy indoor air quality. The LEEDV4 Rating System and ASHRAE 189.1 are discussed, and air sampling methodologies and sample limits are detailed. As a passion for detective work is a delightful motivator for performing an indoor air quality assessment, the person performing such a survey is herein referred to as the “investigator.” The investigator’s greatest asset is his or her ability to weave through a convoluted web of complex problems. This book provides strategies and tools to herald Sherlock Holmes!

Acknowledgments I wish to dedicate this book to my husband, Mikael J. Kosa, who had suffered through my late night and weekend trials and tribulations in updating this publication. As I had turned into a reclusive troll, it is a wonder that those dearest to me are still standing. I would also like to thank Irma Shagla Britton, Senior Editor for Environmental and Engineering with CRC Press/ Taylor & Francis Group, who has been a delight through all the turmoil of updating this edition.

xvii

Author Biography

Kathleen Hess-Kosa is the president/owner of Omega Environmental Consulting. She holds a Bachelor of Science degree in Biology, with a minor in microbiology and chemistry from Oklahoma State University and a Master of Science in Industrial Hygiene from the College of Engineering at Texas A&M University. In 1982, she was introduced to her first indoor air quality study and became enamored with building-related challenges. She has written numerous books on the subject of indoor air quality.

xix

List of Abbreviations/Acronyms  merican Academy of Allergy, Asthma, A and Immunology ACGIH American Conference of Governmental Industrial Hygienists AGI All glass impinger AHU Air handling unit AIDS Acquired immunodeficiency syndrome ANSI American National Standards Institute ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating, and Air-conditioning Engineers ASHRAE Standard ANSI/ASHRAE Standard 189.1 BA Blood agar BIFM British Institute of Facilities Management CDC Centers for Disease Control and Prevention CFM Cubic feet per minute CFR Code of Federal Regulations CFU Colony-forming units CIH Certified industrial hygienist CO Carbon monoxide CO2 Carbon dioxide CREL Chronic Reference Exposure Limit CRI Carpet and Rug Institute DNPH Dinitrophenylhydrazine DOT Department of Transportation EDX/EDXRA Energy dispersive X-ray analyzer EMA Electron microprobe analyzer EPA Environmental Protection Agency EU Endotoxin units FDA Food and Drug Administration FID Flame ionization detector FTIR Fourier-transform infrared spectrometry GC Gas chromatography GC/ECD Gas chromatography/electron capture detector GC/FID Gas chromatography/flame ionization detector GC/MS Gas chromatography/mass spectrometry GC/NPD Gas chromatography/nitrogen phosphorous detector GC/NSD Gas chromatography/nitrogen selective detector GC/SCD Gas chromatography/sulfur chemiluminescence detector GEN Global Ecolabelling Network AAAAI

xxi

xxii

HEPA HPLC HPLC/UV HRP-SA HUD HVAC IAQ IC IMA IP KLARE LEED LEL MPI MSDS MVOC NA NAB NIOSH NPD OSHA OVA PCH PID PM2.5 PM10 ppb ppm ppt RBA RH RT SAED SEM TCLP TEM

List of Abbreviations/Acronyms

High-efficiency particulate air High-pressure liquid chromatography High-pressure liquid chromatography/ultraviolet detector Horseradish peroxidase-streptavidin Department of Housing and Urban Development Heating, ventilation, and air conditioning Indoor air quality Ion chromatography Ion microprobe analyzer Indoor Pollutant Methods (EPA) Kinetic-Turbidimetric Limulus Assay with Resistantparallel-line Estimates (Test) Leadership in Energy and Environmental Design Lower explosion limit Mass psychogenic illness Material safety data sheet Microbial/mold volatile organic compounds Not applicable National Allergy Bureau (Program under the American Academy of Allergy, Asthma, and Immunology) National Institute for Occupational Safety and Health Nitrogen phosphorous detector Occupational Safety and Health Act Organic vapor analyzer 4-Phenylcyclohexene Photoionization detector Particulate matter with an aerodynamic diameter less than or equal to 2.5 microns (respirable); fine particles Particulate matter with an aerodynamic diameter less than or equal to 10 microns (thoracic); course and fine particles Parts per billion Parts per million Parts per trillion Rose Bengal agar Relative humidity Room temperature Selected area electron diffraction Scanning electron microscopy Toxicity characteristic leaching procedure Transmission electron microscopy

List of Abbreviations/Acronyms

TLV-TWA TO TSA TVOC UFFI UEL VAS VAV VOC WHO

Threshold Limit Value - Time-Weighted Average Toxic Organic Methods (EPA) Tryptic soy agar Total volatile organic compounds Urea Formaldehyde Foam Insulation Upper explosion limit Visual absorption spectrometry Variable air volume Volatile organic compound World Health Organization

xxiii

Section I

Background

1 Historic Overview All of us face a variety of risks to our health as we go about our dayto-day lives. Driving in cars, flying in planes, engaging in recreational activities and being exposed to environmental pollutants all pose varying degrees of risk. Some risks are simply unavoidable. Some we choose to accept because to do otherwise would restrict our ability to lead our lives the way we want. And some are risks we might decide to avoid if we had the opportunity to make informed choices. Indoor air pollution is one risk that you can do something about. (U.S. EPA 2017b)

U.S. Environmental Protection Agency (EPA) studies of human exposures to air pollutants indicate that indoor levels of pollutants are typically two to five times—and occasionally more than 100 times—higher than outdoor levels. These levels of indoor air pollutants are of concern because most people spend about 90 percent of their time indoors (U.S. EPA 2017c). In 2000, USA Today reported that an estimated 1.34 million office buildings have problems with air quality and approximately 30 percent of all office employees are potentially exposed to the health effects of poor indoor air quality. The U.S. EPA (2017c) estimates that about 10 percent of our nation’s schoolaged children have asthma and other respiratory illnesses that are associated with poor indoor air quality due to indoor airborne exposures to allergens, such as dust mites, pests, and molds, and due to diesel exhaust from school buses and other vehicles that exacerbates asthma and allergies. There are tens of thousands of regulated and unregulated chemicals used in our building materials, equipment, and cleaning supplies. Some of these chemicals can cause asthma as well as any number of health effects in new and/or old structures, including homes, schools, hospitals, and offices buildings. Many indoor air quality situations culminate in litigation. There are individual differences in actual and perceived health effects. Regulation limits and directives change. Guidelines are expanded upon and evolve, many of which are created by recognized public agencies, and investigators are being called upon to make decisions with unclear, minimal support and direction. Subsequently, indoor air quality investigations are becoming more proactive, part-and-parcel of the “healthy” green building movement.

3

4

Indoor Air Quality

Evolution of Indoor Air Quality Investigations The EPA ranks indoor air pollution among the top four environmental risks in America. People spend about 90 percent of their lives indoors, and pollution is consistently two to five times higher indoors than outdoors. The indoor pollutant levels have been reported to be as high as 100 times the levels encountered outdoors. Since the worldwide energy crisis in 1973, advances in energy efficient building construction have not been without a downside. In an effort to conserve fuel in commercial and residential buildings, builders started constructing airtight buildings and inoperable airtight windows, which reduced air exchange rates. In well-weatherized homes, the air exchange rate is 0.2 to 0.3 air changes per hour. In older, less energy-efficient homes, exchange rates are as high as 2 changes per hour. In energy-efficient office buildings, air exchange rates are around 0.29 to 1.73 changes per hour. The higher exchange rates in older buildings dilute and clean indoor air contaminants, whereas the newer buildings retain them. Thus, illness associated with new buildings has come to be referred to as “tight building syndrome.” By 1986, the news media began to sensationalize the condition and coined the term “sick building syndrome.” Sick building syndrome is a condition whereby the occupants of a building experience health and comfort problems that seem to be linked to a building, and the cause is unknown. Indoor air quality investigative methods to identify unknown sources of buildingrelated health complaints have continued to evolve. At the low end of the evolutionary scale, formaldehyde off-gassing from furnishings in office buildings and from particleboard in mobile homes was targeted as the single most investigated culprit. One article, published in 1987, refers to formaldehyde as a “deadly sin.” News media touted, “It Could Be Your Office That Is Sick,” “Tight Homes, Bad Air,” and “The Enemy Within.” Sensational! Insurance claims were on the rise, and insurance companies began to exclude “claims arising directly or indirectly out of formaldehyde whether or not the formaldehyde is airborne as a fiber or particle, contained in a product, carried or transmitted on clothing contained in or a part of any building, building material, insulation product or any component part of any building.” With the passage of time, it became clear that the problem was not a simple one, and looking for unknowns was not a simple process. As industrial hygienists scrambled to identify other possibilities, office building investigations became research projects. The cost was in the thousands of dollars. Ongoing complaints recurred, and ultimately, the industrial hygiene profession pioneered the investigative and sampling methodologies that are in use today. The original hit list evolved to include not only formaldehyde but carbon monoxide, carbon dioxide (fresh air/indicator gas), and total organics.

Historic Overview

5

Industrial hygienists further attempted to identify volatile organic compounds (VOC). Many began looking at carpet emissions (e.g., 4-phenylcyclohexene), tobacco smoke, and airborne/surface allergens. All things were possible. All possibilities were “open for discussion.” In the latter part of the 20th century, residential concerns were being addressed with greater frequency. Considerations for sampling included formaldehyde, carbon monoxide, carbon dioxide, allergens, electromagnetic radiation, radon, and a medley of household products (e.g., VOC). By 2000, mold had become the new “hot topic,” shifting the focus away from formaldehyde and chemicals to mold. Media headlines heralded, “The Dish on Hotel Air,” “Moldy Attitudes on Indoor Air Need a Good Scrubbing,” “The Good, The Bad and The Moldy,” and “Fungal Sleuths.” The shift was phenomenal. In the public’s eye, mold had become the single most common cause of indoor air quality complaints. This was a little shortsighted, yet it was the perceived reality. Requests to perform indoor air quality studies were equivalent to requesting a “mold study” even when it wasn’t visibly apparent. Many in the public had turned a blind eye to other possibilities. In many cases, when the elusive mold blame game failed and complaints persisted, investigators were forced to revert back to the basics and carpet emissions. Yet even today very few investigators go the extra mile of spending the extra money to identify VOC components and to consider other possibilities (e.g., forensic dust and fine particles). Other considerations were emissions from copy machines, sewer gases, ozone, and outdoor air. Then there came tainted Chinese drywall. In the 21st century, “green buildings” have become prime time. Although energy and resource conservation were the primary concerns, healthy buildings began to take on a whole new complexion. Green buildings are becoming synonymous with healthy buildings, and product emissions testing has become a component of many green building protocols. The wave of the future is for buildings to be assessed as a unit. Building systems and materials are seen as a total package. The swaths of complexities are great. Indoor air quality challenges are many. Regulations are limited, and guidelines are evolving. The future is now!

Litigation Managing indoor air quality has become one of the most demanding challenges facing school administrators, commercial building facility owners and managers, and hospitals. Homeowners seek redress for damages from insurance companies and building contractors and subcontractors. Legal action, negotiation, and arbitration are on the rise. Allegedly, over 80 percent of all construction lawsuits are based on water damage and

6

Indoor Air Quality

mold growth. Facility managers and hospitals are challenged with toxic “unknowns” allegedly causing discomfort, health issues, and, in some cases, chronic illness. If a student or faculty member initiates an indoor air quality claim against a school, the person must establish certain facts. First, the claim must demonstrate that the school has a duty to protect faculty from reasonably foreseeable harm. Second, after having demonstrated the existence of a duty, the claimant must demonstrate that the school failed to provide a reasonable standard of care. This constitutes negligence. For example, if a staff member reports building-related health symptoms and the administrators fail to show a reasonable standard of care, ignoring the complaint would constitute a clear failure to show reasonable care. Third, the breach must be directly related to the harm claimed. Recently the term sick building syndrome has come to mean that a building is causing health problems and the source is unknown (Hays 2000). Today, most of the high-profile cases involve “toxic mold.” One of the biggest, most renowned cases was filed in 1999. In Ballard v. Fire Insurance Exchange (Texas Dist. Ct., 354th Dist., No. 99-05252), the plaintiffs sued Fire Insurance Exchange for failure to remit water damage (due to a plumbing leak) in their home, which in turn caused the growth of toxic mold, causing one of the plaintiffs, Ronald Allison, to suffer debilitating and permanent brain damage. The personal injury claims were dismissed because the epidemiological expert study offered by the plaintiffs to show causation did not meet the strict standards required of expert evidence. Nonetheless, the jury returned an award of $6 million for “property damage,” $5 million for mental anguish, $12 million in punitive damages, and $8.9 million in attorney’s fees for a total award of $32 million (Patterson 2002). Since the Ballard case, over 10,000 mold cases have been filed nationally. In the court case of Dean H.M. Chenensky et al. v. Glenwood Management Corp. et al., there is a pending lawsuit involving $180 million regarding mold exposures. In another case, Robert E. Coiro et al. v. Dormitory Authority of the State of New York, the plaintiffs are seeking $65 million. In Rivera v. Phipps Houses Services, plaintiffs filed a rent-abatement action with implicit claims of mold contamination and later settled for $1.8 million. Dozens of other mold claims had been filed under various pretenses and appeared to be the genesis of an oncoming wave of new “toxic tort” litigation—property damage and personal injury. While mold cases prevail, poor indoor air quality allegations have been hovering in the background and are an emerging public concern. There has been a rise in cases involving off-gassing of building materials, equipment, and furnishings. And with the increase in claims, lawyers pursue damage compensation. Plaintiffs sue building owners, building contractors, subcontractors, property owners, insurance companies, building inspectors—the list goes on. While multiple defendants may be named, deep pockets are sought.

Historic Overview

7

Thus, the driving force in indoor air quality investigations has become fear of litigation, bad publicity, and disruption of business. The cost of a thorough indoor air quality investigation is small compared to the cost of litigation.

Differences in Health Effects The health effects of poor indoor air quality are dependent upon several factors. Relevant considerations when determining potential health effects on a population are the effect of each air contaminant, concentration, duration of exposure, and individual sensitivity. The air contaminant may be an allergen, or it may be a carcinogenic chemical. The allergen will cause an immediate reaction with minimal long-term effects. A carcinogenic chemical may not have any warning signs of exposure but may cause cancer years after exposure. It may be an irritant with passing health effects, or it may be a sensitizing chemical (e.g., isocyanates) whereby future exposures may result in an extreme immune response. Indoor air generally consists of a complex medley of substances that may have one or a combination of effects, and those substances that have the same health effect may not singularly cause health problems, whereas two different substances (e.g., irritants) may significantly impact human health when present at the same time. Proper diagnosis is of course dependent upon proper identification of all contributing components. Then, once the contaminants have been identified, concentration should be measured. Although there are known concentrations for many air contaminants at which well-defined health effects become evident, exposure levels defining the more subtle health effects are, more often than not, poorly researched and, thus, unknown. Furthermore, of over 100,000 toxic substances to which building occupants are potentially exposed, fewer than 400 recommended exposure limits exist for industrial chemicals. The Occupational Safety and Health Administration (OSHA) regulates industry, and EPA regulates outdoor ambient air quality. Currently, no regulatory agencies regulate indoor air quality in office buildings and residences. Exposure duration is a concern, particularly when assessing indoor air quality exposures. In office buildings, exposures are generally 8 to 10 hours a day, five days a week. In residential structures, exposures may be up to 24 hours a day, seven days a week. As some substances build up in the body over time, 24-hour exposures may result in an accumulation of toxic substances with elevated health effects. Thus, the impact of a given concentration of air contaminant is less in office buildings than in residences. Other areas that should be considered potential long duration exposures include hospital patient rooms, hotels, retirement homes, long-term health care facilities, mental health facilities, and prison cells.

8

Indoor Air Quality

Furthermore, individual sensitivity contributes significantly to a combination of factors that may affect the health of building occupants. Infants, elderly people, and sickly people are the most vulnerable to the health effects of air contaminants. Immune-suppressed individuals (e.g., AIDS patients and organ transplant recipients) and those with genetic diseases (e.g., lupus erythematosus) are particularly sensitive to common molds. Individuals who drink alcohol in excess are more susceptible to air contaminants that may affect the liver. People with dry skin are more susceptible to further drying and skin penetration by chemicals. Those who smoke tobacco products have diminished body defense mechanisms. Certain medications enhance the effect of environmental exposures. Individuals with predisposed conditions (e.g., lungs damaged by fire) may have a heightened response to air contaminants.

A Misguided Premise As they compare the indoor air quality to industrial environments, traditional industrial hygienists see the good, the bad, and the ugly. The indoor air quality environment is the good, and industrial environments are the bad and the ugly. This is a misguided premise that requires comment. Indoor air quality exposures involve multiple exposures to unknown substances in enclosed environments often with minimal fresh air, no exposure duration limits, and a wide range of individual susceptibility. Industrial exposures involve limited exposures to known chemicals in work environments with local exhaust ventilation, limited exposure duration, and healthy adults. The indoor environment does not begin to compare to the dirt and grime of industry. Yet clearly there are differences. A tight building has multiple factors that can result in sick building syndrome. An enclosed environment does not equal clean air!

Regulations and Guidelines Currently, U.S. federal regulatory limits for indoor air quality are limited. The National Ambient Air Quality Standards (NAAQS) are limited to regulating outdoor environmental pollution, and OSHA mandates are limited to worker exposures to toxic substances in the workplace. In brief, U.S. federal regulations regarding indoor air quality have been severely lacking.

Historic Overview

9

In response to limited government regulations, there has been a public outcry to stem the tide of indoor air quality health complaints, which has resulted in guidelines. Whereas regulatory standards are mandated and enforceable, guidelines are recommended and unenforceable. Guidelines are developed, reviewed, and updated by committees of professional experts. Frequently cited U.S. guidelines regarding worker exposures are those of the American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) and the American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE). International guidelines frequently cited include Canadian and European recommendations regarding indoor and outdoor exposures.

National Ambient Air Quality Standards The U.S. EPA is tasked with the protection of human health outdoors. The principal program that may be of value to the reader is the NAAQS. The intent of this standard is to control emissions of six environmental pollutants and their precursors that typically originate from vehicle exhausts and industrial air pollution. The NAAQS may be applicable to indoor air quality investigations where the outside air pollutants may contribute to indoor air quality such as may occur in nonattainment areas, predominantly cities. A nonattainment area is an area that does not comply with one or a combination of the air quality standards as set forth in Table 1.1. Although nonattainment cities are generally large cosmopolitan cities (e.g., Los Angeles and New York City) and large industrial areas (e.g., New Jersey), some nonattainment areas are inclusive of small counties such as Saline County, Kansas, and Arecibo, Puerto Rico (U.S. EPA 2017a). Information is posted and updated routinely by the U.S. EPA on their Green Book website, where you will find reports, maps, and data downloads. Where exceeded outdoors, the NAAQS is likely to be exceeded indoors. Nonattainment area research should be part of the consideration when assessing indoor air quality.

OSHA Workplace Standards OSHA claims jurisdiction over all workplace environments. The workplace includes indoor air quality exposures in office buildings as well as in industry and construction. Yet when it comes to indoor air quality, OSHA capabilities are limited in that the contaminants must be known and permissible exposure limits are based on outdated limits published by ACGIH in 1968.

10

Indoor Air Quality

TABLE 1.1  National Ambient Air Quality Standards Pollutant Carbon monoxide Lead Nitrogen dioxide

Primary Stds.

Averaging Times

9 ppm

8-houra

Secondary Stds. —

35 ppm

1-hour



1.5 µg/m3

Rolling 3 month average

same as primary

53 ppb

Annual (arithmetic mean)

same as primary

1-hourb



a

100 ppb Particulate matter (PM10)

150 µg/m

24-hour



Particulate matter (PM2.5)

35 µg/m3

24-hourb

same as primary

12.0 µg/m3

1-yeard



0.070 ppm

8-houre

same as primary

75 ppb

1-hourb





3-houra

0.5 ppm

Ozone Sulfur dioxide (SO2)

3

c

Source: U.S. Environmental Protection Agency. 2016. Accessed October 31, 2018. https:// www.epa.gov/criteria-air-pollutants/naaqs-table. Note: The primary standard is intended to provide public “health” protection, and the secondary standard provides public “welfare” protection. a Not to be exceeded more than once per year. b 98th Percentile of 1-hour daily maximum concentrations, averaged over 3 years. c Not to be exceeded more than once per year on average over three years. d Annual mean, averaged over 3 years. e Annual fourth-highest daily maximum 8-hour concentration, averaged over 3 years.

Not only are most OSHA limits easily attained in indoor air quality investigations, but there are no provisions for low-level irritants, mold, and allergens. Those investigators who do insist on applying the OSHA standards in office environments will generally find a dead-end street. These same investigators often state that the OSHA standards have been met so there must not be a problem. In a building wherein 80 percent of the occupants have health complaints, a statement that infers the only problem is mass hysteria will most assuredly find the investigator’s credibility questioned. The original OSHA exposure limits were derived from the 1968 ACGIH recommendations. Limits for only a handful of chemical contaminants (e.g., asbestos and benzene) have since been updated. For this reason, most industrial hygienists consider OSHA limits outdated and opt to use the ACGIH guidelines.

Historic Overview

11

Although backed up by the force of federal law, the OSHA limits are rarely exceeded in office environments where one or more of the contaminants have been properly identified. The complex nature of indoor air quality is not supported by OSHA limits. U.S. Government Directives A few U.S. federal agencies have been given directives to address indoor air quality in a very limited sense. In 1994, the U.S. Department of Energy (DOE) was directed to consider the impact of energy-efficient options on habitability and people and to achieve a balance between a healthy environment and energy conservation. In their impact study, the DOE did discuss concerns regarding various allergens and toxic substances. They did not recommend a means for gauging limits. In 1997, the Department of Housing and Urban Development (HUD) promulgated standards for the construction and safety of “manufactured housing” that included features related to indoor air quality. In a 2012 publication, the Centers for Disease Control and Prevention and HUD stated the following: Numerous forms of indoor air pollution are possible in the modern home. Air pollutant levels in the home increase if not enough outdoor air is brought in to dilute emissions from indoor sources and to carry indoor air pollutants out of the home. In addition, high temperature and humidity levels can increase the concentration of some pollutants. Indoor pollutants can be placed into two groups, biologic and chemical. (The) biologic pollutants include bacteria, molds, viruses, animal dander, cat saliva, dust mites, cockroaches, and pollen… . The chemical pollutants include … carbon monoxide … environmental tobacco smoke and secondhand smoke …volatile organic compounds … radon … pesticides … asbestos … lead … and arsenic.

For HUD indoor air quality, there are no stated limits, no regulations, and no exposure guidelines. ACGIH Workplace Guidelines The ACGIH is a professional society of scientists that annually reviews and recommends guidelines to industrial hygienists for use in the assessment of occupational workplace exposures. The American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) limits are intended for use in the practice of industrial hygiene as guidelines or recommendations in the control of potential workplace health hazards and for no other use…These limits are not fine lines between safe and dangerous concentrations nor are they a relative index of toxicity.

12

Indoor Air Quality

Some individuals may experience discomfort or even more serious adverse health effects when exposed to a chemical substance at the TLV® or even at concentrations below the TLV®. There are numerous possible reasons for increased susceptibility to a chemical substance, including age, gender, ethnicity, genetic factors (predisposition), lifestyle choices (e.g., diet, smoking, abuse of alcohol and other drugs), medications, and pre-existing medical conditions (e.g., aggravation of asthma or cardiovascular disease). Some individuals may become more responsive to one or more chemical substances following previous exposures (e.g., sensitized workers). (ACGIH 2018)

Yet, the ACGIH guidelines were created to address exposures in the workplace. Occupational exposures are generally limited to eight-hour exposure durations for healthy adults between the ages of 18 and 65. In conclusion, the ACGIH exposure guidelines do not apply to residential exposures where the exposure parameters differ. Subsequently, in the late 1970s, ASHRAE and other international agencies began to forge the way to address indoor air quality concerns and to develop exposure guidelines. American National Standards Institute/ASHRAE Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality In 1981, ASHRAE introduced what is now referred to as the Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality Standard. At the time, ASHRAE developed and later evolved “consensus guidelines” to address indoor air quality in public buildings through air ventilation requirements such as “minimum ventilation rates” in the breathing zone. One such example is 10 cubic feet per minute (CFM) per person in a daycare facility and 5 CFM in office buildings. According to the American National Standards Institute (ANSI), of which ASHRAE is a member, consensus is defined as “substantial agreement reached by directly and materially affected interest categories. This signifies the concurrence of more than a simple majority, but not necessarily unanimity. Consensus requires that all views and objections be considered, and that an effort be made toward their resolution. Compliance with this is voluntary until and unless a legal jurisdiction makes compliance mandatory through legislation” (ASHRAE 2017). The purpose of the 2017 ASHRAE standard is to “specify minimum ventilation rates … that will be acceptable to human occupants and are intended to avoid adverse health effects.” The health effects information and acceptable exposure limits rely on recognized authorities and their recommendations. Thus, the ASHRAE standard has become the most commonly cited guideline for ventilation design and maintenance protocols in commercial and institutional facilities around the world except where more stringent design specifications apply. Furthermore, the 2017 ASHRAE disclaimer states that they use their “best efforts to promulgate Standards and Guidelines for the benefit of the public in light of available information and accepted industry practice does

Historic Overview

13

not guarantee, certify, or assure the safety or performance of any products, components, or systems tested, installed, or operated in accordance with ASHRAE’s Standards or Guidelines or that any tests conducted under its Standards or Guidelines will be nonhazardous or free from risk.” Although not intended to be a guideline, the ventilation standard provides an informative appendix with tables regarding regulations and guidelines pertinent to indoor environments. See Table 1.2. ACGIH Exposure Guidelines Referenced in Older ASHRAE Standard In a 1999 publication, ASHRAE recommended the investigator start with an acceptable limit of one-tenth of the ACGIH Threshold Limit Values (TLVs) for acceptable indoor air quality. A concentration of 1/10 TLV would not produce complaints in nonindustrial population(s) in residential, office, school, or other similar environments. The 1/10 TLV may not provide an environment satisfactory to individuals who are extremely sensitive to an irritant. … Where standards or guidelines do not exist, expert help should be sought in evaluating what level of such a chemical or combination of chemicals would be acceptable. (ASHRAE 1999)

This recommendation has not continued to the succeeding publications, but it has been referred to by the California Relative Exposure Limits (REL) for individual organic compounds. The California REL is frequently deferred to in assessing product emissions. Criteria for Low-Rise Residential Buildings ANSI/ASHRAE 62.2-2016, “Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality in Low-Rise Residential Buildings,” is the only ASHRAE standard that addresses residential indoor air quality, but it does not address acceptable air quality issues, as does ANSI/ASHRAE 189.1, “Standard for the Design of High Performance Green Buildings.” The standard merely sets guidelines to achieve acceptable indoor air quality for homes by ensuring minimum ventilation. Its purpose is to address only mechanical ventilation by means of: • Source control of moisture and other specific improvements through the use of exhaust fans • Local ventilation in wet rooms to remove odor and moisture • Carbon monoxide detectors • Criteria to minimize back-drafting and other combustion-related contaminants • Provision to reduce contamination from attached garages • Guidance on how to select, install, and operate systems

14

TABLE 1.2  Comparison of U.S. and International Regulations and Guidelines of Most Common Airborne Contaminants U.S. Enforced Regulatory Limits Airborne Contaminant Carbon dioxide Carbon monoxide

Formaldehyde Lead Nitrogen dioxide Ozone Particles