За последние несколько лет частых и интенсивных сезонов лесных пожаров во многих частях США в течение нескольких дней наблюдалось опасное качество воздуха. В то же время на рынке появился ряд недорогих мониторов качества воздуха, позволяющих потребителям проверять уровень загрязняющих веществ в своих домах и районах. Итак, ученые по качеству воздуха из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) хотели знать: хороши ли эти недорогие мониторы?
Ответ: да - в некоторой степени.
Недавно опубликованное в журнале Sensors, их исследование протестировало четыре модели недорогих мониторов качества воздуха во время реальных событий загрязнения лесными пожарами и обнаружило, что их показания PM2,5 - или твердых частиц менее 2,5 микрон, что было связано на респираторные и сердечно-сосудистые проблемы - были постоянно выше, чем эталонный монитор, используемый регулирующими органами; однако, поскольку у каждого монитора была относительно последовательная реакция на дым, можно использовать показания для оценки истинных уровней PM2,5. В целом исследователи пришли к выводу, что мониторы могут предоставить полезную информацию.
Мы сравнили недорогие мониторы с теми, которые используются регулирующими органами на станциях мониторинга воздуха. Оказалось, что их корреляции феноменально хороши. Когда один поднимается вверх, другой поднимается одновременно, и она пропорциональна. Это дает нам большие надежды на то, что мы сможем использовать их для получения реальной информации», - сказал Вуди Делп, один из ведущих авторов исследования.«И это может дать кому-то знать, насколько хорошо их новый портативный воздушный фильтр уменьшает частицы дыма. Но с абсолютной точки зрения становится ясно, что эти датчики требуют некоторых настроек и проверок, чтобы использовать цифры».
Для исследования под названием «Коэффициенты корректировки дыма от лесных пожаров для недорогих и профессиональных мониторов PM2,5 с оптическими датчиками» Delp и соавтор Бретт Сингер протестировали четыре недорогих монитора качества воздуха:
- IQAir AirVisual Pro
- PurpleAir Indoor
- Яйцо качества воздуха
- станция eLichens Indoor Air Quality Pro
Эти устройства, стоимость которых составляет несколько сотен долларов, сравнивались с эталонными мониторами, используемыми регулирующими органами и исследователями, которые стоят 20 000 долларов и более. Они также протестировали два монитора, которые используются исследователями и промышленными гигиенистами и стоят от 5 000 до 10 000 долларов. Кроме того, исследователи сравнили общедоступные данные с мониторов PurpleAir PA-II с близлежащими регулирующими станциями мониторинга, пострадавшими от четырех лесных пожаров в 2018 году.
Калибровки и поправочные коэффициенты
В прошлом мониторинг качества воздуха ограничивался дорогостоящими профессиональными мониторами, что делало их недоступными для личного использования. Производители рекомендуют калибровать устройства на конкретный интересующий источник загрязнения, потому что датчики используют оптический метод измерения, который по-разному реагирует на разные источники. Загрязнение от барбекю на заднем дворе или выхлопных газов автомобиля может отличаться по размеру и плотности от загрязнения от лесного пожара, а лесной пожар может выделять другие типы частиц, чем городской пожар.
В недорогих мониторах используется тот же метод оптического зондирования - оценка концентрации частиц на основе светорассеяния, - но в них используются серийно выпускаемые оптические датчики, которые не так точно обработаны, как в устройствах профессионального уровня. Напротив, самые дорогие мониторы, используемые регулирующими органами, калибруются с использованием гравиметрического анализа, основанного на весе частиц.
С помощью мониторов качества воздуха, развернутых в лаборатории Беркли внутри хорошо проветриваемого одноэтажного лабораторного здания, исследователи собрали данные, когда осенью 2018 года в Северной Калифорнии горел костер. Они обнаружили, что четыре низко- мониторы затрат значительно завышали уровни PM2,5, в 1,6-2,4 раза выше, чем показания контрольного монитора. Однако относительные изменения хорошо коррелировали как с нормативными, так и с профессиональными наблюдателями.
Исследователи рассчитали поправочный коэффициент примерно 0,48 при использовании мониторов PurpleAir PA-II на открытом воздухе во время комплексных пожаров Кэмп, Карр и Мендосино в Калифорнии и пожара в Поул-Крик в Юте (это означает, что показания следует умножить на 0,48). для оценки истинного уровня PM2,5). Это исправление очень близко к одному из вариантов преобразования данных («LRAPA»), представленных на веб-сайте PurpleAir.
Хорошо и для других загрязнителей помещений
В отдельном исследовании, проведенном ранее в этом году, Делп и Сингер вместе с первым автором Чжицяном Ваном оценили шесть недорогих мониторов качества воздуха, сравнив их выходные данные с эталонными измерениями PM2,5 и PM10 из 21 обычного жилого источника. таких как жарка, приготовление на гриле, приготовление попкорна в микроволновой печи, уборка пылесосом и зажигание свечей. Исследование, опубликованное в журнале Building and Environment, стало обновлением исследования 2018 года.
Они обнаружили, что для большинства источников загрязнения недорогие мониторы отслеживали PM2,5 с точностью до двух раз по сравнению с профессиональными. Дельп сказал, что потребительские мониторы «позволяют людям выявлять действия, которые выбрасывают мелкие твердые частицы внутри их домов, и определять, эффективно ли использование фильтров или просто закрытие окон снижает воздействие внутри, когда снаружи очень сильное загрязнение воздуха. Для этих целей они работают. а также мониторы профессионального уровня и кажутся очень надежными."
«Мы впечатлены и воодушевлены полезностью и эффективностью этих мониторов качества воздуха, которые стоят менее 300 долларов», - сказал Сингер, глава группы внутренней среды в области энергетических технологий лаборатории Беркли.
Оба исследования были поддержаны Управлением строительных технологий Министерства энергетики и Отделом внутренней среды Агентства по охране окружающей среды США.