Как измерить уровень углекислого газа в квартире с помощью смартфона
Каждый день в процессе дыхания человек выделяет до 1 кг чистого углекислого газа и в каждом выдохе его содержание примерно в 100 раз больше, чем в обычном уличном воздухе. И несмотря на то, что сам по себе CO2 не считается токсичным, по воздействию на организм человека, он является удушающим газом и относится к веществам четвертого класса опасности.
Нормы концентрации углекислого газа
Углекислый газ принято измерять в миллионных долях (ppm) от общего объема воздуха. Для города концентрация углекислого газа варьируется на уровне 400−700 ppm, в зависимости от транспортной загруженности. Для жилых помещений нормой считается концентрация на уровне 600−800 ppm.
Предельно допустимой концентрацией для рабочей зоны считается уровень в 9000 ppm, однако уже при уровне CO2 в 1500—2500 ppm у человека уже может наблюдаться плохое самочувствие и общая утомляемость.
Критически опасным для человека принято считать уровень концентрации выше 50 000 ppm, то есть когда содержание углекислого газа в воздухе выше 5%. Такая концентрация СО2 может приводить к тахикардии, одышке и даже к потере сознания. Концентрация выше 80 000 ppm приводит к быстрому отравлению и смерти.
Какие факторы приводят к скоплению CO2 в квартире
Основных причин повышенной концентрации CO2 в помещении может быть несколько:
Плохая вентиляция
Ухудшению качества воздуха в квартире, в первую очередь, способствует плохая вентиляция. Часто люди не уделяют должного внимания вытяжке на кухне и в санузле. А между тем, кухня с работающей газовой или электрической плитой — самый большой источник скопления углекислого газа в квартире. Эксперименты показывают, что даже одна газовая горелка, несмотря на работающую вытяжку, способна поднять уровень CO2 до значений в 1500—2000 ppm за довольно короткий промежуток времени.
Чрезмерная герметичность помещения
В погоне за экономией тепла, многие привыкли как следует герметизировать свои жилища. Еще больше эта ситуация усугубилась после наступления эры пластиковых окон и натяжных потолков. Несмотря на всю эстетику и функциональность, современные пластиковые окна несут в себе опасность в виде излишней герметизации помещения, что, в свою очередь, способствует росту концентрации углекислого газа в квартире. И если летом эта проблема не так актуальна, так как часто мы держим окна открытыми, то зимой концентрация CO2 часто может доходить до критических отметок.
Для создания комфортных условий в квартире советуем вам установить современные системы очистки воздуха, такие как:
Более подробно о том, как можно очистить воздух в квартире, мы писали здесь.
Чем измерить уровень CO2 в квартире
Для того, чтобы лучше понять, когда стоит использовать приточную вентиляцию, не лишним будет знать текущий уровень концентрации CO2 в квартире. Контролировать уровень углекислого газа вам помогут компактные детекторы CO2. До недавнего времени детекторы из-за дороговизны были практически недоступны для бытового применения, но сегодня ситуация изменилась, а хороший детектор можно приобрести практически на любых популярных маркетплейсах по цене до 100$.
Для измерения современные устройства используют несколько методов. Для измерения самых низких концентраций CO2 в технологических газах или в атмосферном воздухе используют газохроматографический метод, основанный на распределении компонентов анализируемой смеси между двумя несмешивающимися и движущимися относительно друг друга фазами.
В большинстве портативных детекторов получил распространение метод недисперсионной инфракрасной спектрометрии (NDIR). Прибор с помощью инфракрасного светодиода измеряет поглощение света длины волны в зависимости от концентрации углекислого газа в анализируемом пространстве, и переводит значение в миллионные доли.
Такие настольные детекторы представляют собой небольшой прибор, который подключается к источнику питания и непрерывно выводит результаты измерений на дисплей. Детектор оснащен звуковым оповещением и тремя светодиодами, которые загораются при достижении определенного уровня концентрации CO2 в помещении. Звуковое оповещение напомнит о необходимости проветрить помещение в зависимости от концентрации углекислого газа в квартире.
Еще один интересный гаджет не так давно представила группа калифорнийских ученых. Карманный Детектор Atmotube способен к измерениям не только концентрации углекислого газа в квартире, но и распознает уровни других летучих соединений, таких, например, как формальдегид и фенол.
Кроме того, прибор может отслеживать физические условия: относительную влажность, температуру, атмосферное давление, окружающий шум и уровень освещенности. И все это в одной компактной алюминиевой трубке с титановым покрытием, которая подключается к смартфону по Bluetooth и имеет встроенный аккумулятор на 350 m/Ah.
В начинке прибора установлен комплексный металлооксидный датчик газов (MOX). Принцип работы такого датчика основан на чувствительности резистивного слоя, нанесенного на тонкую мембрану из диоксида кремния. Встроенный вольфрамовый нагреватель очень быстро нагревает мембрану до 400 гр. Цельсия, а изменения сопротивления сенсора говорят о наличии того или иного вредного вещества в воздухе и передаются в приложение на ваш смартфон в виде понятных величин.
Заключение
Основная масса людей большую часть своего времени так или иначе вынуждена находиться в закрытых плохо проветриваемых помещениях. Такие мелочи, как закрытая форточка, кажутся нам незначительными в нескончаемом рабочем ритме. Практически такая же ситуация складывается и во многих городских квартирах, где простой вентиляции обычно недостаточно, чтобы обеспечить нормальный уровень кислорода. Мы уверены, что измерители уровня углекислого газа — это не очередная игрушка, а устройство, которое способно позаботиться о вашем самочувствии и предупредить вас о необходимости внести глоток свежего воздуха в вашу квартиру.
Измеряем концентрацию CO2 в квартире с помощью MH-Z19
Практически любая метеостанция, включая дешевые китайские модели за несколько долларов, умеет измерять основные параметры воздуха — температуру и влажность. С углекислым газом все сложнее: бытовых приборов, способных его измерять, практически нет в продаже. Усложняет ситуацию и то, что CO2 — газ без цвета и запаха, так что «носом» ощутить его концентрацию практически невозможно.
Подробности и измерения под катом.
Сам датчик MH-Z19 уже описывался здесь на сайте. За основу была взята статья «Обзор инфракрасного датчика CO2», а данный материал является его логическим продолжением. Про измерение концентрации CO2 на улице было написано здесь, однако данных о концентрации в квартире там не приводилось. Восполним этот пробел.
Железо
40$, или 2600р. Фирменный прибор от известной компании стоит примерно вдвое дороже, хотя здесь скорее вопрос не экономии, а технического интереса.
Код для Arduino был позаимствован из вышеприведенной статьи, в него был добавлен вывод данных на дисплей, а для более удобного анализа данных вывод был переделан в формат простой строки с разделителем. Также были добавлены метки времени, каждая соответствует 10 секундам.
Все это было собрано вместе, скетч залит в ардуину, результат выглядит примерно так: 
Конечно это не верх промышленного дизайна (в планах подыскать какой-то корпус), но для задачи показометра, способного работать как автономно, так и передавать данные по USB, устройство вполне справляется. Для получения данных по USB достаточно открыть в Arduino IDE монитор порта, в нем будут выводиться данные. Текст оттуда можно скопировать и открыть в любой программе, например в Excel.
Измерения
Следующий вопрос: что мы собственно измеряем? Устройство выдает данные в ppm (parts per million, частей на миллион). 1000 ppm = 0,1% содержания СО2. В интернете можно найти следующую таблицу допустимых концентраций:
— 350 — 450 ppm: Нормальный уровень на открытом воздухе.
— 1000 ppm держатся не менее часа.
Конец графика: было открыто окно, и уровень co2 упал практически сразу же.
Выводы
Устройство оказалось довольно-таки интересным, и особенно актуальным для работающих дома за компьютером. Так например, за время написания этой статьи уровень co2 вырос в помещении с 500 до 770ppm. Поглядывание на экран заставляет либо чаще открывать окно, либо наконец-таки задуматься об устройстве в доме нормальной вентиляции (наверное режим микропроветривания в окне был бы не лишним, а лучше какая-то вытяжка). Если бы я сейчас покупал новые окна, наверно задумался бы о более-менее качественной модели с нормальным проветриванием.
Также важно отметить актуальность хорошей вентиляции на кухне: как показывает график, даже за 10 минут одна газовая горелка может „выжечь“ весь запас кислорода, доведя концентрацию CO2 до весьма высокой. Измерения в спальне показали, что в плане вентиляции тоже все не очень хорошо: к утру концентрация co2 составляет более 1000ppm, а для умственного труда хороший сон это весьма актуально.
В общем, это нехитрое и недорогое устройство позволяет весьма эффективно проверить качество воздуха в квартире или офисе.
Автор желает всем хорошего здоровья и хорошего настроения. Ну и хорошего воздуха разумеется, тоже.
Оценка уровня углекислого газа в помещении с кондиционером
Есть прописные истины, знакомые любому человеку практически с рождения. Зимой холодно, а летом тепло. При дыхании потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Когда в помещении скапливается много углекислого газа, то становится душно, а чтобы в помещении стало находиться комфортнее — его нужно проветрить. Но при этом большинство людей склонно недооценивать влияние повышенной концентрации CO2 на здоровье и качество жизни. Об этом я и хочу поговорить в данной статье, а также показать, как влияет кондиционер на процесс очистки воздуха. И заодно представить обзор детектора уровня CO2, который помогает держать качество воздуха в помещении под контролем.
• 1 Что нужно знать о CO2
• 2 Техническая информация
• 3 Внешний вид и принцип действия
• 4 Измерения
• 5 Домашняя автоматизация
• 6 Выводы
1. Что нужно знать о CO2
CO2 или углекислый газ — неотъемлемая часть любой воздушной смеси, содержание которого измеряется в миллионных долях (ppm — parts per million). Условно нормальный уровень CO2 в свежем уличном воздухе принято считать за 400ppm. Эта цифра непостоянна и зависит от конкретной локации — так, в экологически чистом районе с отсутствием промышленности и малой плотностью заселенности содержание углекислого газа в атмосфере может быть ниже среднего значения, а в густонаселенном мегаполисе, да еще с промышленными предприятиями практически наверняка будет выше среднего.
Воздух в помещении считается качественным, если содержание CO2 в нем колеблется в пределах 800ppm. При достижении концентрации углекислого газа 1000ppm у многих людей уже появляется ощущение духоты и вялости, а 1400ppm — предел нормы по рекомендациям Сан-Пина.
Опасным уровнем является 30000ppm — при достижении такой концентрации CO2 у человека учащается пульс, возникает ощущение тошноты и прочие симптомы кислородного голодания. Хорошая новость заключается в том, что «надышать» такую концентрацию углекислого газа практически невозможно в офисных и жилых помещениях даже очень низкого качества. Тем не менее, даже небольшие превышения допустимой концентрации CO2 способны существенно влиять на качество жизни. Уже при 1000ppm снижается концентрация внимания, появляется ощущение вялости, мозг начинает хуже обрабатывать информацию. При концентрации CO2 выше 1400ppm в офисе становится трудно концентрироваться на работе, а дома появятся проблемы со сном. Содержание СО2 зависит, в большей степени, от количества людей, находящихся в закрытом помещении.
«Управлять можно только тем, что можно измерить», писал основоположник современной теории управления Питер Друкер. И первый шаг к управлению микроклиматом помещения заключается в начале отслеживания его объективных показателей.
В этом-то нам и поможет детектор углекислого газа от компании Даджет.
2. Техническая информация
Название модели: Детектор СО2 (Mini Monitor СО2)
Диапазон измерения CO2: 0 — 3000 ppm
Диапазон измерения температуры: 0 — 50
Точность измерений: ±10% ppm, ±1,5°C
Вывод информации: ЖК-дисплей, светодиодные индикаторы
Потребление тока: до 200мА
Дополнительные функции: звуковой сигнал превышения концентрации CO2
3. Внешний вид и принцип действия
Детектор CO2 поставляется в картонной коробке, содержащей сведения о производителе и краткую памятку по влиянию повышенных концентраций углекислого газа на самочувствие человека.
Внутри находится сам прибор, инструкция на русском языке и USB-кабель. У детектора нет встроенного аккумулятора, поэтому работать он может только от внешнего источника питания: USB-порта компьютера или обычного зарядного устройства для смартфона.
Само устройство крупным планом. На передней панели находится экран и три индикационных светодиода, отображающих усреднённо результаты измерений: при концентрации CO2 ниже 800ppm светится зеленый светодиод, при 800-1200ppm — желтый, выше 1200ppm — красный. Значения интервалов действия индикаторов можно изменить в настройках.
Вообще, светодиодная индикация оказалась очень информативной вещью. Не нужно подходить к прибору и всматриваться в текущие значения показателей. Издалека видно, что если индикатор переключился с зеленого на желтый, то помещение можно уже и проветрить, а если он покраснел — проветривание желательно начать уже прямо сейчас.
На правом боку находится microUSB-порт и отверстие, через которое происходит забор воздуха для анализа.
Сзади отверстия для вентиляции, наклейка с технической информацией и две кнопки, которыми осуществляется настройка.
Сердцем устройства является датчик углекислого газа ZGm053UK, работающий по технологии NDIR (non-dispersive infrared radiation, недисперсионное инфракрасное излучение): в световодную трубку заходит поток воздуха и попадает под излучение инфракрасной лампы, а на другом конце трубки стоит инфракрасный детектор с соответствующим фильтром. Чем больше в воздушной смеси содержится CO2 — тем сильнее ослабевает инфракрасное свечение, что и позволяет датчику определить текущую концентрацию CO2.
Себестоимость NDIR-сенсоров выше, чем у аналогов с другим принципом работы (электрохимическим или электроакустическим), но при этом они имеют длительный срок службы и обеспечивают более точные результаты.
Теперь испытаем детектор в работе. Место проведения измерений — Челябинск, двухкомнатная квартира в относительно тихом районе, окна выходят во двор.
Опыт №1. Знакомство с прибором
Первым делом я измерил концентрацию углекислого газа на улице, разместив детектор у открытого окна на 4 этаже.
Измерения показали 440ppm. Нормальный уровень содержания CO2 в атмосфере, напоминаю, составляет 400ppm. Ну что же, с поправкой на безветренную погоду и проживание в промышленном мегаполисе с традиционно проблемной экологией, 440ppm можно считать нормальным результатом.
Теперь измерим уровень CO2 в самой квартире, предварительно хорошо ее проветрив все комнаты.
Получилось 550ppm. Это отличный результат, воздух почти как на улице.
Но, забегая наперед, скажу: поддерживать такое качество воздуха на постоянной основе в квартире, не оснащенной продвинутыми системами вентиляции, практически невозможно.
Опыт №2. Длительные измерения
По ходу обзора я еще не упоминал, что детектор не только отображает моментальные значения концентрации CO2, но и способен работать в связке с компьютером.
Если установить специальную программу, то устройство будет фиксировать уровень концентрации CO2 и температуры в помещении с привязкой ко времени и строить график на основании этих показателей.
Дальнейшие измерения будем проводить при помощи этой программы.
Ночь с закрытыми окном и дверью. К утру концентрация CO2 в комнате подскакивает практически до 2000ppm.
Открываем створку окна на проветривание и смотрим на график. Примерно за 40 минут концентрация углекислого газа снижается с 2000ppm до здорового уровня 700ppm.
Вечер. Затихает естественный шум и становятся особенно слышны голоса отдыхающих во дворе компаний. Они мешают, поэтому закрываю окно.
За час концентрация CO2 повышается почти что вдвое, с 700ppm до 1300ppm.
Опыт №3. Суточный мониторинг
Теперь посмотрим, как меняется концентрация CO2 в помещении в течение одного полного дня.
Исходные данные: все та же двухкомнатная квартира, в которой одновременно находятся от одного до трех человек. Окно на кухне практически всегда открыто, окна и балконная дверь в комнатах открываются и закрываются в течение дня, межкомнатные двери закрываются на ночь.
Хорошо проветриваю комнату перед сном, закрываю окно и ложусь спать.
К полуночи концентрация CO2 уже превышена, но до пяти часов утра сохраняется на уровне, который с натяжкой можно назвать удовлетворительным. На временном промежутке с пяти до девяти утра концентрация CO2 повышается до 2000ppm. Кстати, это вполне коррелирует с личными ощущениями при сне с закрытым окном. Где-то в 5 утра я просыпаюсь в достаточно бодром состоянии, но поскольку еще слишком рано — остаюсь в кровати досыпать до звонка будильника. По звонку будильника в 7 утра просыпаюсь с тяжелой головой и в подавленном настроении, как будто и не спал всю ночь — к этому времени организм уже успевает надышаться «плохим» воздухом, что сказывается на самочувствии.
С 9 до 10 часов — проветривание. Открыты окна во всех комнатах, концентрация CO2 спадает с 2000ppm до 600ppm.
С 10 до 15 часов — окна в комнатах закрыты, на кухне открыта форточка. В квартире 1 человек. Концентрация CO2 в норме.
С 15 до 18 часов — открыты форточки во всех комнатах. В квартире 2 человека. Концентрация CO2 всё еще в норме.
С 18 до 21 часа — открыты форточки во всех комнатах. В квартире 3 человека. Концентрация CO2 начинает нарастать, форточки уже не спасают.
С 21 до 22-30 часов — проветривание с открытыми окнами. В квартире 3 человека. Концентрация CO2 приходит в норму, но начинает повышаться сразу же, стоит закрыть окна и оставить одни форточки для проветривания.
А теперь рассмотрим другой день с другим распорядком.
Ночью в комнате открыта форточка, концентрация CO2 немного превышена, но все же не растет до совсем диких величин.
С 8 до 14 часов — в квартире никого нет, межкомнатные двери открыты, во всех комнатах открыты окна. Концентрация CO2 спадает до уровня уличного воздуха.
С 14 до 18 часов — в квартире 2 человека, межкомнатные двери открыты, во всех комнатах открыты форточки. Концентрация CO2 уже не как на улице, но в пределах нормы.
С 18 часов и до утра — в квартире 3 человека, межкомнатные двери закрыты, форточки открыты. Концентрация CO2 немного превышена, но стабильна.
Вывод: если жить одному в двухкомнатной квартире, то о качестве воздуха можно практически не беспокоиться. Достаточно лишь иногда проветривать помещение. А вот при двух-трех обитателях на том же количестве квадратных метров для поддержания концентрации углекислого газа в нормальных пределах придется осуществлять проветривание практически круглосуточно.
Опыт №4. CO2 и кондиционер
Теперь посмотрим, что происходит в комнате при использовании кондиционера.
Исходные данные: проветренное помещение, но на улице жарко, а соответственно и в помещении тоже.
Закрываю окна чтобы воздух не уходил, включаю кондиционер.
В результате, за час работы кондиционера температура в комнате упала на несколько градусов, а концентрация CO2 возросла.
Подвох в том, что если не выходить из помещения на свежий воздух, то субъективно воздух в нем воспринимается как свежий и качественный просто за счет своей прохлады. И только цифры на приборе показывают реальную картину.
Кондиционирование не заменяет проветривания, поэтому сидя целый день в уютной и прохладной комнате можно незаметно для себя «надышать» концентрацию CO2 в 2000ppm, а то и больше. Особенно это актуально для офисов, где в одном небольшом помещении находятся сразу несколько человек. Широко распространено заблуждение, что раз для кондиционера монтируется отдельный воздуховод прямо на улицу, то кондиционер забирает уличный воздух, охлаждает его внутри себя и выпускает в помещение. На самом же деле воздуховод служит для выброса горячего воздуха из помещения на улицу, то есть работает как вытяжка. Причём такие кондиционеры встречаются далеко не везде. Обычная сплит система «гоняет» воздух в помещении по кругу, а по трубкам поступает охлаждённых хладагент.
Пользуясь кондиционером следует помнить о необходимости насыщать помещение свежим воздухом.
5. Домашняя автоматизация
В завершение обзора хочу отметить, что сфера применения детектора CO2 не ограничивается одним лишь проведением измерений и построением графиком на компьютере.
Это устройство можно использовать в проектах домашней автоматизации, причём сделать это можно двумя различными способами.
Первый способ — подключение силового реле к одному из индикационных светодиодов.
Принцип действия очевиден: при повышении концентрации CO2 в воздухе зеленый индикатор сменяется на желтый, при этом автоматически замыкается электронный ключ в реле, что в свою очередь включает подключенное к реле устройство (например, вентилятор приточной системы).
Второй способ — программный.
Поскольку детектор поддерживает передачу данных с датчика на компьютер по USB-протоколу, его можно внедрить в любую самодельную систему «умного дома», считывая показатели с датчика на головное устройство. А уже с головного устройства, на основании получаемых показателей, управлять другой подключенной к системе электроникой.
Было интересно увидеть реальное состояние воздуха в своей квартире. С использованием детектора CO2 стало наглядно видно, что имеющаяся пассивная вентиляция малоэффективна, и если в теплое время еще можно держать окна открытыми практически круглосуточно (хотя и летом это не всегда удобно из-за уличного шума), то зимой это неосуществимо по причине быстрого остывания помещений. Появился повод задуматься о модернизации домашней вентиляции, да и о поддержании здорового микроклимата в помещении в целом. Кроме того, в ассортименте магазина имеется продвинутый монитор качества воздуха, обладающий более крупным дисплеем и позволяющий измерять помимо концентрации CO2 и температуры еще и относительную влажность воздуха. Скидка 10% предоставляется по промокоду GT-CO2 в течение 14 дней.
В одной из следующих статей будет описано, как подружить детектор СО2 с микрокомпьютером Raspberry Pi.
Автор: Дмитрий Чебанько, г. Челябинск
Блогерам и авторам
Компания «Даджет» заинтересована в публикации независимых объективных обзоров наших даджетов. Мы с радостью предоставим даджеты авторам, желающим протестировать их, написать и опубликовать обзор в нашем блоге. Даджет после написания обзора остается у автора. Подробнее.
