Как выжить в экологически неблагополучном городе

Нет необходимости в общих словах говорить об актуальности проблемы экологии и загрязнения воздуха в городах. Давайте лучше перейдем к конкретике и рассмотрим голые цифры и факты, не ставя перед собой задачу туманными и запугивающими формулировками повлиять на читателей.
Ответим на вопрос – какова действительная ситуация с чистотой воздуха в Москве, а также, что можно сделать на этапе строительства для улучшения жизни людей.

Критерии оценки качества воздуха

Многие считают, что главным показателем качества воздуха в городе является концентрация угарного газа (СО), главным источником которого являются автомобили и ТЭЦ. Однако, это не так.

Существует понятие «индекс качества воздуха», который многие национальные правительства определяют по-своему, и во многих странах угарный газ вообще не учитывается в его расчете (как, например, в Великобритании, Европейском союзе и Гонконге). Конечно, это не означает, что СО не волнует европейцев, однако он отнесен к дополнительному параметру.

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) относит к главным загрязнителям воздуха: взвешенные в воздухе твердые частицы, озон, сернистый газ и двуокись азота.

Справка:

По степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на четыре класса опасности в зависимости от предельно допустимой концентрации (ПДК) в рабочей зоне:

• I категория опасности – чрезвычайно опасные (ПДК менее 0,1 мг/м ³ или менее 100 мкг/м ³);
• II категория опасности – высокоопасные (ПДК 0,1–1 мг/м ³ или 100-1000 мкг/м³);
• III категория опасности – умеренно опасные (ПДК 1,1–10 мг/м ³);
• IV категория опасности – малоопасные (ПДК более 10 мг/м ³).

Взвешенные частицы (PM)

Вы бы, наверно, никогда не подумали, что самыми опасными загрязнителями воздуха в городах являются не ядовитые газы, а твердые частицы разной величины, взвешенные (которые не оседают на землю) в атмосфере воздуха, и они наносят ущерб большему количеству людей, чем любой другой компонент загрязненной атмосферы.

Это настолько важный показатель, что ВОЗ первым делом оценивает и собирает статистику (по крайней мере, выкладывает в открытый доступ) прежде всего по нему.

Выделяют две основные категории частиц: размером менее 10 микрон – PM ₁₀, и размером менее 2,5 микрона – PM _2,5.

Твердые частицы – это сложная и разнообразная по составу смесь органических и неорганических веществ, которые в силу своей легкости постоянно пребывают во взвешенном состоянии.

Эта пыль состоит из сажи (черный уголь), частиц асфальта и автомобильных покрышек, твердых частиц солей (серы и азота), соединений тяжелых металлов. Обратим внимание на наличие в списке сажи, которая действует на организм как троянский конь, ведь уголь отличный сорбент, впитывающий в себя различные вредности, поэтому попадая в организм, приносит с собой ядовитые или вредные вещества.

Кстати говоря, существует природный источник взвешенных частиц – это эрозия почвы (в нашем случае – вынос частиц почвы ветром) и органические испарения. Поэтому, в списке стран с загрязненным воздухом много таких, где нет развитой промышленности, но существуют большие пространства с непокрытой растительностью почвой.

Частицы менее 10 микрон оседают в легких, а частицы до 2,5 микрон из легких попадают прямо в кровеносную систему. ВОЗ считает, что взвешенные частицы являются канцерогеном (от английского слова «cancer» – рак, канцерогены – вещества, повышающие вероятность заболевания раком), а также вызывают многочисленные болезни сердечно-сосудистой системы.

Рис 1. Частицы размером 10 микрон проникают в легкие, а более мелкие оказываются в кровеносной системе

К безопасному уровню содержания частиц относятся:

• РМ_2.5: среднегодовой уровень 10 мкг/м³, среднесуточный уровень 25 мкг/м ³.
• РМ₁₀: среднегодовой уровень 20 мкг/м³, среднесуточный уровень 50 мкг/м ³.

 Изучим данные по концентрации частиц РМ _2.5 в мире.

Рис 2. Концентрация взвешенных частиц РМ_2.5 в мире. Голубым выделены страны с показателем менее 10 мкг/м ³ (безопасный уровень по ВОЗ). Зеленый – страны с показателем до 12 мкг/м ³ (безопасный уровень по критериям оценки в США), далее, от желтого по градиенту к красному и коричневому по мере возрастания опасности

В 2018 году страны, показатели загрязнения в которых соответствовали высоким стандартам ВОЗ были: Канада, США, Скандинавские страны, Австралия и Новая Зеландия.

Россия, Швейцария и Великобритания близка к этим показателям.

Странами с самым загрязненным воздухом («Нездоровый уровень») стали Бангладеш, Пакистан, Афганистан, Индия, Монголия. Интересно отметить, что на вершине рейтинга оказались не только бедные страны, но также и две процветающие страны – Кувейт и Бахрейн.

Из Европейских стран самыми загрязненными (уровень «Нездоровый для чувствительных групп») стали: Босния и Герцеговина, а также Македония.

Уровень «Умеренное загрязнение» встречается в Европе почти повсеместно.

Приземный озон О₃ – I категория опасности

Если в верхних слоях атмосферы озон полезен, ведь он защищает поверхность от ультрафиолетовых лучей, то в нижних – крайне опасен и относится к наивысшему классу опасности. Озон не выбрасывается в атмосферу непосредственно от автомобилей или ТЭЦ, а образуется в результате химической реакции угарного газа, метана, азота и других соединений под воздействием солнечных лучей.

Особый вклад в ухудшение атмосферы воздуха озон вносит, участвуя в формировании так называемого фотохимического смога, когда различные загрязнители воздуха вступают в химические реакции, создавая новые вредные соединения.

Рекомендуемое значение ВОЗ: средний уровень за 8 часов 100 мкг/м³.

В 2005 году была выявлена дополнительная связь между концентрациями озона и заболеваемостью, поэтому ВОЗ снизила предельный уровень с 125 мкг/м ³ до 100 мкг/м³.

Двуокись азота – NO₂ – II категория опасности

При больших концентрациях NO₂ образуется токсичный газ красно-бурого цвета, а также это соединение вносит основной вклад в образование мелкодисперсных частиц и озона.

Рекомендуемое значение ВОЗ: среднегодовой уровень 40 мкг/м ³.

Рис 3. Выброс NO2 – «лисий хвост»

Сернистый газ – SO₂ – III категория опасности

Бесцветный газ с резким запахом, выделяемым при сжигании ископаемых видов топлива (уголь, нефть).

При соединении SO₂ с водой образуется серная кислота, которая является основным компонентом кислотных дождей. Рекомендуемое значение ВОЗ: среднесуточный уровень 20 мкг/м ³.

Угарный газ – СO– IV категория опасности

Несмотря на то, что ВОЗ не включила угарный газ в свой список, данные о нем очень важны и в большинстве городов мира осуществляется контроль этого показателя.

Угарный газ образуется при неполном сгорании углеродного топлива. Его не следует путать с углекислым газом – CO2, который выделяется при нормальном сжигании топлива (при достаточном количестве кислорода), а также при дыхании.

Для того, чтобы комплексно оценивать качество воздуха, используется индекс загрязнения воздуха (AQI), охватывающий сразу все основные загрязнители. Многие национальные правительства сами определяют свои индексы, но наибольшее распространение получил американский индекс. Он оценивает качество по следующим критериям: твердые частицы 2,5 и 10 микрон, NO₂, SO₂, О₃, а также СО.

Рис 4. Категории загрязнения по AQI, принятому в США

Москва

За качеством воздуха в Москве следят 56 автоматических измерительных станций (в Санкт-Петербурге их 25), некоторые из которых измеряют только 1-3 показателя, а некоторые около 10-ти.

Рис 5. Расположение станций в Москве. Синие круги с цифрой обозначают места с несколькими станциями, но при текущем масштабе их все не видно

Рис 6. Автоматическая станция измерения воздуха

Сравним концентрацию PM_2,5 в Москве и в других крупных городах мира. Отличная новость, что Москва занимает 1962 место по загрязненности воздуха твердыми частицами со значением 10,1 мкг/м ³, что лучше многих европейских столиц.

Однако, для меня стало удивлением, что в этом мы значительно уступаем Нью-Йорку, который может похвастаться среднегодовым значением этого показателя в 7 мкг/м ³.

Для контраста в таблицу мы добавили значение в Дубае, атмосфера которого в пять раз загрязненнее, чем в Москве.

Рис 7. Сравнение городов по загрязнению атмосферы РМ _2,5 в 2018 году

Однако, радоваться рано.

В 2019 году в Москве были зафиксированы превышения концентрации озона в 1,5-2,4 раза (напомним, что озон ответственен за появление фотохимического смога), NO₂ – в 1,5-2,5 раза, а концентрация твердых частиц в воздухе приближается к отметке 75-85% от рекомендованных значений ВОЗ.

Рис 8. В 2019 году шесть станций выявили превышение концентрации озона. Сайт Greenpeace, данные Мосэкомониторинга

Рис 9. В 2019 году четыре станции измерения показали превышение концентрации NO₂. Сайт Greenpeace, данные Мосэкомониторинга

Где лучше жить?

Одно обширное исследование состояния атмосферы в домах вблизи от нагруженных перекрестков показало, что концентрация угарного газа падает в два раза при подъеме с первого на десятый этаж. Иначе говоря, если на первом этаже концентрация угарного газа близка к ПДК, то на десятом этаже она в два раза меньше, а на 18-м этаже составляет уже 0,2 ПДК. А если вы живете на 30-м этаже в 200 метрах от трассы, то концентрация угарного газа составит 1% от ПДК.

Если говорить о твердых частицах PM₁₀, то снижение концентрации в зависимости от высоты еще заметнее. К примеру, если на нижних этажах можно получить показатель в 1,5 ПДК, то к 10-му этажу загрязнение снизится до 0,1 ПДК.

Рис 10. Математическое моделирование движения пылевых частиц в микрорайоне вблизи от проспекта (вид сверху). Черные точки – пылевые отложения частиц PM₁₀. Видно, что основная концентрация наблюдается около проспекта, но частицы могут далеко проникать вглубь застройки под действием струй воздуха

Можно отметить (см. рис 10.), что относительно крупную пыль очень хорошо задерживают механические препятствия. Казалось бы, лучшее, что можно придумать, это отделить жилую застройку от дороги густыми зарослями лиственных деревьев, которые, как фильтр, задержат пыль, но работать они будут только полгода, а с приходом осени дома останутся без защиты.

Однако, когда мы говорим о легких частицах PM_2,5, то от них защиты нет – они легко поднимаются на большую высоту (скорость оседания этих частиц в неподвижном воздухе — 0,2 мм/сек) и никакие механические препятствия их не удержат.

В принципе, на основе полученных данных можно сформулировать критерии хорошей квартиры – на 10-м или более высоком этаже, с окнами во двор, на второй, а лучше третьей линии домов.

В самом деле все так просто?

Не совсем. Во-первых, если в вашем районе есть ТЭЦ или промышленные предприятия, то вредные вещества из их труб легче достигнут окон высоких этажей, чем низких.

Во-вторых, в зависимости от ветра картина распределения пыли от дорог может значительно измениться. Что ж, получается, что при покупке квартиры не обойтись без найма подрядчика по выполнению математического моделирования аэродинамических потоков и оседания пыли вокруг дома?! Учитывая стоимость этих услуг, вы скорее всего от них откажетесь.

Опираться на данные Мосэкомониторинга? Несмотря на то, что в Москве много измерительных станций, они не стоят около каждого дома, и вы не можете получить достоверные данные.

Например, наш офис находится в тихом месте, вдалеке от широких улиц, но вблизи от строящегося элитного жилого комплекса, и вот уже второй год наши подоконники каждый день покрываются густым слоем пыли. По внешнему виду невозможно понять: это безопасные крупные частицы с размером значительно более 10 микрон, задерживающиеся в носу, или коварные РМ_2,5.

А мой дом находится рядом с огромным парком в экологически благополучном районе города, при этом окна выходят во двор, но подоконники квартиры подозрительно черны от сажи, а учитывая, что она впитывает яды, возможно, мне есть о чем беспокоиться?

Возможно, вы заметили, что в 2019 году Яндекс убрал со своего портала карту загрязненности воздуха в Москве, поскольку Мосэкомониторинг посчитал необоснованным деление города на загрязненные и незагрязненные районы, что вполне объяснимо, исходя из множества факторов, влияющих на изменчивость состояния атмосферы. Как мы поняли, концентрация вредностей меняется в пределах не только района, но даже микрорайона и даже одного дома.

Как же быть?

Решения

Измеритель качества

Есть исходный принцип в инженерном деле – вы можете управлять только тем, что можете измерить.

Поэтому, первое, что нужно сделать – установить дома и/или в офисе собственный измерительный прибор. Обычно их называют мониторами качества воздуха. Если уличный воздух очень загрязнен, монитор порекомендует не открывать окна, не совершать прогулки и не заниматься спортом на улице, а когда атмосфера за окном очистится – уведомит об этом.
Стоимость подобных мониторов около 20 000 - 30 000 руб. Некоторые из них объединяются в общую сеть, поэтому они могут обмениваться информацией между собой.

К сожалению, сейчас нет в открытой продаже устройств, которые могли бы измерять качество воздуха одновременно на улице и в помещении. Есть приборы, которые получают данные от ближайшей городской станции, но пользы от этого мало, поскольку нас интересует чистота воздуха снаружи конкретного здания на конкретном этаже. Поэтому покупателям приходится размещать монитор около открытого окна или выносить на балкон.

Когда такие устройства станут массовым явлением в Москве и России, тогда можно будет определить уровень загрязнения с необходимой нам точностью, а не до условного района.

Рис 11. Измеритель качества воздуха: РМ_2,5, СО₂, индекс качества воздуха. Иконки показывают уровень опасности в помещении и снаружи

Кстати говоря, загрязнителем воздуха в доме является не только вредный наружный воздух. До середины XX века считалось, что главным источником вредных выделений являлся сам человек (частицы кожи, влага, углекислый газ), но с приходом в наш мир пластика и подобных материалов, все изменилось. Строительные материалы, мебель, ковры, телевизоры, ноутбуки являются основными загрязнителями.

Поэтому в 2019 году в требованиях к проектной документации раздела «Вентиляция, отопление и теплоснабжение» появился расчет объема выделения в помещения вредных веществ от строительных конструкций, отделочных материалов и мебели. При их высокой концентрации помещения должны оснащаться более мощной вентиляцией.

Полноценная вентиляция

Применять приточную вентиляцию – это очевидное и комплексное решение, но в этой области есть ряд данных, о которых следует знать всем.

Во-первых, в Москве очень мало жилых комплексов, оснащенных механической приточной вентиляцией. Если еще относительно недавно жилье бизнес-класса было немыслимо без приточной вентиляции, то сейчас ее устанавливают, за редким исключением, только в домах премиум-класса. Даже если вы покупаете двухкомнатную квартиру в центре Москвы за 25-35 млн. руб., то в ней будет только вытяжная система, не говоря уже о квартирах эконом или комфорт-класса.

Рис 12. ЖК премиум класса без механической приточной вентиляции в квартирах

Во-вторых, даже если ваш дом будет оснащен приточными установкам или вы смонтируете свою, индивидуальную систему, это не обязательно решит проблему.

Стандартно большинство установок комплектуются фильтром грубой очистки класса G3, который может удерживать только крупные частицы размером более 10 микрон (пыль, пыльца, волосы) и то не более 80%.

Иначе говоря, частицы PM₁₀ (2,5-10 микрон), не говоря уже о PM_2,5, он не уловит, поэтому почти с тем же успехом вы можете просто открыть окно. Чтобы не пропустить в дом частицы PM₁₀ вам нужно использовать фильтры 5 и 6 класса.

А для того, чтобы улавливать хотя бы 70% частиц PM_2,5 вам нужно вооружиться фильтрами 7 класса. Фильтры выше класса 7 и тем более фильтры особо тонкой очистки (выше 11 класса) в общедомовые приточные установки практически не устанавливают. Если вам посчастливилось жить в доме с приточной установкой, выясните, какой класс фильтра в ней установлен.

Теперь давайте посмотрим, насколько высоки капитальные затраты на оснащение жилого комплекса механической приточной вентиляцией с фильтрам 7 класса и поймем, могут ли покупатели себе это позволить?

Рассмотрим реальный 22-этажный жилой комплекс комфорт-класса, построенный в 2019 году, и который, по традиции, оснащен только вытяжной вентиляцией, а приток осуществляется через клапаны в окнах.

Чтобы здание оснастить приточной вентиляцией, придется потерять часть полезной площади – для размещения венткамер, а также шахт с воздуховодами.

Также необходимо закупить и смонтировать оборудование, проложить воздуховоды и понести расходы на подвод дополнительного количества тепла к зданию (для обогрева вентиляции).

Итоговая таблица такова:

В результате, чтобы квартира была оснащена полноценной вентиляцией нужно доплатить 4 600 руб./кв.м., а значит для однокомнатной квартиры это обошлось бы в дополнительные 156 400 руб.

После ознакомления с загрязнениями воздуха в нашем городе, готовы ли потенциальные покупатели, а значит и девелоперы пойти на то, чтобы доплатить 3% к стоимости квартиры, чтобы в значительной степени защитить свой дом?

Использованы материалы: who.int, mosecom.ru, airvisual.com, terraplan.ru, abok.ru, bbc.com и др.