Содержание co2 в воздухе ppm. Оценка уровня углекислого газа в помещении с кондиционером. Вентилирование одним агрегатом одного помещения

Ранее писал статью об угарном газе . Теперь же задался практическим исследованием CO 2 . Интерес оказался настолько великим, что я потратился. Газоанализатор AZ7787: замеряет CO 2 , температуру и влажность, почти 9000 рублей. Инструкция предоставляется только на английском языке, но разобрать можно.

Эксперимент делился на несколько частей:
- принес домой и включил в комнате 3x6x2.8 метра (50.4 кубических метра) с закрытым окном и открытой дверью. 990ppm (температура 29.2 градуса, влажность 55.9%);
- заснул с ним. Утром прибор показывал 1260ppm (температура 27.1 градуса, влажность 59.9%);
- ушел на 11 часов, вечером вошел в комнату: 1010ppm (температура 29.5 градуса, влажность 54%);
- открыл окно, находясь в комнате: 600ppm (температура 29.1 градуса, влажность 50%)
- заснул с открытым окном. Утром: 485 ppm (температура 28.5 градуса, влажность 44%);
- вечером закрыл окно и закрыл дверь: 980ppm (температура 28.8 градуса, влажность 47%);
- так и заснул: 1810ppm (температура 28.6 градусов, влажность 53%);
- включил прибор ранним утром на открытом воздухе: 390ppm (температура 19 градусов, влажность 60%).

Теперь о самом любопытном. Как интерпретировать полученные результаты:
- 1ppm - миллионная доля чего-либо. 1000ppm - 0.1% углекислого газа в воздухе;
- анализируя сайты на ПДК углекислого газа, попадались величины сильно различные (да ещё и в разных единицах измерения). И смертельная цифра разная: 35000-100000ppm (остановка дыхания, удушье). В научных журналах верхняя безопасная граница CO 2 (когда совсем никаких последствий) составляет 1000ppm: Наумов А.Л., Капко Д.В. Вентиляция с переменным расходом воздуха для офисных зданий.//НП "АВОК", №8, 2012 г. ; Гурина И.В. Безопасный уровень углекислого газа требует ревизии.//Журнал "Экологический Вестник России", №10, 2008 г. Смертельная доза: 40000ppm (Соколов В.А. Переносные приборы для контроля состава воздуха в колодцах и подземных объектах.//Журнал "Техника безопасности" №3 (4), 2004 г. ).
- нельзя путать углекислый газ с диоксином, сильнейшим экотоксикантом и ядом;
- если в случае с угарным газом нужно падать на пол и ползти к выходу - то с CO 2 , наоборот, надо на цыпочки вставать и дышать через что-нибудь влажное (молекулярная масса воздуха 29г/моль, CO 2 - 44г/моль). На концертах, к примеру, используют генераторы тяжелого дыма для смеси паров воды и углекислого газа (что делает его безопасным);
- углекислый газ находится в крови и тканях внутренних органов, стимулирует защитные системы организма (в частности, при физической нагрузке);
- гемоглобин меняет углекислый газ на кислород. Проблема в том, что если углекислого газа в организме мало, он будет испытывать кислородное голодание. Потому что гемоглобин умеет работать только с этими двумя газами, при недостатке хотя бы одного из них угнетается весь механизм передачи газов. Книга Исмукова Н.Н. "Естественная активация защитных систем организма " подробно описывает этот процесс в 6 главе. В защиту этой позиции служит статья, упоминающая о собственной атмосфере в альвеолах легких организма, где концентрация CO 2 составляет 5.7%, 57000ppm (Голик А.С., А.Ф.Син, В.Р.Дингес. Влияние углекислого газа на дыхание в изолирующих средствах индивидуальной защиты.//Журнал "Горная Промышленность", №3, 2006 г. );
- именно большое количество CO 2 создает ощущение духоты в комнате. При этом кислорода может быть ещё достаточно для того, чтобы дышать без проблем.

Выводы:
- замеры проводились в озелененном районе города Москвы. В других ее районах ситуация может быть хуже;
- без углекислого газа человеку не выжить из-за особенностей организма;
- в помещении объемом 50.4 кубических метра без полной или частичной вентиляции возможно пребывание не более 9 часов (концентрация превысит 1800ppm, почти двойное превышение ПДК);
- симптомы отравления. При концентрации выше 1500ppm и ниже 5000ppm наблюдаются симптомы первой степени отравления углекислым газом: понижение умственной и физической работоспособности, легкое головокружение, глубокое дыхание (при сохранении частоты дыхания), сонливость, апатия, несильная головная боль, некоторое падение пульса и кровяного давления. Вторая степень: частое и глубокое дыхание, резкая одышка, стук в висках, чувство жара во всем теле. Третья стадия: судороги в мышцах грудной клетки и по всему телу, потеря сознания, глубокий сон (без посторонней помощи уже не спастись);
- проветривание помещения несет основную функцию не столько в доставке в него кислорода, сколько избавления от избытка углекислого газа. В потрясающей работе Квашнина И.М. и Гурина И.И высчитывается, сколько воздуха в час нужно заменять в помещении (К вопросу о нормировании воздухообмена по содержанию CO 2 в наружном и внутреннем воздухе.//НП "АВОК", №5, 2008 г. ). Ярые энтузиасты могут вооружиться калькулятором и посчитать, насколько сильно в комнате нужно открывать окно (чтобы зимой при проветривании не мерзнуть, например).

Техника безопасности:
- при открытии подпола, погреба, подвала - не залезать сразу, а дать время для проветривания. Если там хранится картофель - проветривать длительное время: картофель поглощает кислород и выделяет CO 2 , особенно когда прорастает. Случаи смерти от CO 2 картофеля в подвале представлены в СМИ;
- на дне колодца также может содержаться губительная доза CO 2 (особенно, если пересохший);
- ни в коем случае нельзя пользоваться в дыму или в воздухе с высокой концентрацией CO 2 противогазом! При высокой температуре угольный фильтр восстанавливает CO 2 до CO. Для дыхания в таких ситуациях нужен изолирующий противогаз (пожарные ходят с ним, с баллонами на спине), либо противогаз с гопкалитовым патроном (например, РШ-4 с ДП-1). А от попадания частиц пепла в легкие защитит обычный респиратор, лучше многослойный (правда с ним особо не побегаешь).

Косвенные выводы:
- на планете до промышленного бума человечества концентрация CO 2 была около 280ppm. С развитием промышленности эта цифра растет и по сей день, чем современнее - тем быстрее; и в этом году на Гавайях станция наблюдения зафиксировала рекорд в 400ppm;
- повышение CO 2 рождает 2 вещи: на планете становится все более душно (открытие окна лет через 100 может уже не помочь), но в то же время и более растительно (стимулируется рост зеленого растительного покрова Земли, что приводит к увеличению поглощения CO 2 из воздуха). Природа сама регулирует баланс данного вещества; правда, более медленными темпами;
- огромное количество моих труда и времени потрачено как на изучение CO, так и на изучение CO 2 . А это всего лишь два самых простых газа. Уверен, если кислород взять - ещё и не такого узнать можно. Интересно, как сильно в странах ценятся химики...

(добавлено 27.07.2013): включение в той же комнате масляного обогревателя на полную мощность (2кВт) приводит к незначительному повышению CO 2: на 30 единиц. Таким образом, информация о том, что масляные обогреватели не сжигают кислород - истинна.

В сентябре 2016 года концентрация углекислого газа в атмосфере Земли преодолела психологически значимую отметку в 400 ppm (долей на миллион). Это делает сомнительными планы развитых стран по недопущению повышения температуры на Земле более чем на 2 градуса.

Глобальное потепление — это повышение средней температуры климатической системы Земли. За период с 1906 по 2005 год средняя температура воздуха возле поверхности планеты выросла на 0,74 градуса, причем темпы роста температуры во второй половине столетия примерно в два раза выше, чем за период в целом. За все время наблюдений самым жарким считается 2015 год, когда все температурные показатели на 0,13 градуса превысили показатели 2014 года — предыдущего рекордсмена. В различных частях земного шара температуры меняются по-разному. С 1979 года температура над сушей выросла вдвое больше, чем над океаном. Объясняется это тем, что температура воздуха над океаном растет медленнее из-за его большой теплоемкости.

Движение углекислого газа в атмосфере

Основной причиной глобального потепления считается деятельность человека. Косвенными методами исследования было показано, что до 1850 года на протяжении одной или двух тысяч лет температура оставалась относительно стабильной, правда с некоторыми региональными флуктуациями.

Таким образом, начало климатических изменений практически совпадает с началом промышленной революции в большинстве западных стран. Основной причиной на сегодняшний день считаются выбросы парниковых газов. Дело в том, что часть энергии, которую планета Земля получает от Солнца, переизлучается обратно в космическое пространство в виде теплового излучения.

Парниковые газы затрудняют этот процесс, частично поглощая тепло и удерживая его в атмосфере.

Добавление в атмосферу парниковых газов ведет к еще большему разогреву атмосферы и росту температуры у поверхности планеты. Основные парниковые газы в атмосфере Земли — это углекислый газ (СО 2) и метан (СН 4). В результате промышленной деятельности человечества в воздухе растет концентрация именно этих газов, что приводит к ежегодному росту температуры.

Поскольку потепление климата угрожает буквально всему человечеству, в мире неоднократно принимаются попытки взять этот процесс под контроль. До 2012 года основным мировым соглашением о противодействии глобальному потеплению был Киотский протокол.

Он охватывал более 160 стран мира и покрывал 55% мировых выбросов парниковых газов. Однако после окончания первого этапа Киотского протокола страны-участники не смогли договориться о дальнейших действиях. Отчасти составлению второго этапа договора помешало то, что многие участники избегают применения бюджетного подхода для определения своих обязательств в отношении эмиссии СО 2 . Эмиссионный бюджет СО 2 — количество выбросов за определенный период времени, который рассчитывается из температуры, которую участники не должны превысить.

Согласно решениям, принятым в Дурбане, никакое обязывающее климатическое соглашение не будет действовать до 2020 года, несмотря на необходимость срочно предпринять усилия по сокращению эмиссии газа и снизить выбросы. Исследования показывают, что в настоящее время единственной возможностью обеспечить «разумную вероятность» ограничения потепления величиной 2 градуса (характеризующей опасное изменение климата) будет ограничение экономик развитых стран и их переход к стратегии антироста.

И вот в сентябре 2016 года, по данным обсерватории Мауна-Лоа, был преодолен очередной психологический барьер эмиссии парникового газа СО 2 — 400 ppm (долей на миллион). Нужно сказать, что эта величина многократно превышалась и раньше,

но сентябрь традиционно считается месяцем с самой низкой концентрацией СО 2 в Северном полушарии.

Объясняется это тем, что зеленая растительность успевает за лето поглотить некоторое количество парникового газа из атмосферы, прежде чем листья с деревьев опадут и часть СО 2 вернется обратно. Поэтому если психологически важный порог в 400 ppm был превышен именно в сентябре, то, скорее всего, ежемесячные показатели уже никогда не будут ниже этого значения.

«Возможно ли, что в октябре этого года концентрация снизится по сравнению с сентябрем? Полностью исключено,

— поясняет в своем блоге Ральф Килинг, сотрудник Скриппсовского института океанографии Сан-Диего. — Кратковременные падения уровня концентрации возможны, но усредненные за месяц величины теперь всегда будут превышать 400 ppm».

Также Килинг отмечает, что тропические циклоны могут снизить уровень концентрации СО 2 на короткое время. С ним соглашается и Гэвин Шмидт, главный климатолог : «В лучшем случае можно ожидать некий баланс, и уровень СО 2 не будет расти слишком быстро. Но, по моему мнению, СО 2 уже никогда не упадет ниже 400 ppm».

Согласно прогнозу, к 2099 году концентрация СО 2 на Земле будет равняться 900 ppm, что составит порядка 0,1% от всей атмосферы нашей планеты. В результате средняя дневная температура в таких городах, как Иерусалим, Нью-Йорк, Лос-Анджелес и Мумбаи, будет близка к +45°C. В Лондоне, Париже и Москве летом температура будет превышать +30°C.

Датчики углекислого газа являются составной частью системы автоматизации здания и управляют, как правило, принудительной вентиляцией и кондиционированием. Настройка мощности приточно-вытяжной вентиляции ранее должна была осуществляться в соответствии с установленными нормативами, которые ориентировались на максимальные расчетные показатели, к примеру, на необходимую кратность воздухообмена в зависимости от типа и объема здания.
Адаптивная система вентиляции, управляемая датчиками CO2, потребляет на 30 – 50% меньше электроэнергии в сравнении с постоянно работающей принудительной системой вентиляции. Ведь в течение для требуемый объем подаваемого и удаляемого воздуха может быть намного меньше расчетных показателей. При этом адаптивная система вентиляции, оснащенная датчиками CO2, своевременно выполняет воздухообмен в помещении, когда это требуется, создавая комфортные и безопасные условия для жизни и труда.

Чем опасен для человека углекислый газ

Предельно допустимая норма содержания CO2 в воздухе составляет всего 700 ppm. Если этот порог превышен в 2,5 раза, у людей, дышащих загрязненным углекислым газом воздухом, появляются головные боли и чувство усталости. Уже через 6 часов работы в таких условиях сильно снижается концентрация внимания и работоспособность. При этом содержание CO2 в плохо проветриваемом помещении, где находится большое количество человек, увеличивается в арифметической прогрессии за считанные минуты. К примеру, когда в небольшом переговорном кабинете (около 20 кв. м), собирается около 20 человек, концентрация углекислого газа в течение часа вырастет до 10000 ppm, если не будет выполняться подача свежего воздуха.

Повышенная концентрация CO2 негативно влияет на состояние здоровья человека не только днем, но и ночью, даже несмотря на то, что все процессы в организме замедляются. Ученые из Нидерландов установили, что для здорового сна будет важнее качество воздуха, а не продолжительность сна. Длительное вдыхание воздуха с повышенным содержанием углекислоты приводит к ухудшению иммунитета, развитию острых и хронических заболеваний верхних дыхательных путей, сердечно-сосудистой системы, крови и др.

В каких случаях необходимы датчики углекислого газа

Датчики CO2 позволяют запускать вентиляцию, в том числе и аварийную, и другие системы инженерных коммуникаций.

Сфера применения:

• адаптация работы принудительной приточно-вытяжной вентиляции в соответствии с показателями концентрации углекислоты в воздухе в общественных, промышленных и жилых зданиях, особенно в изолированных помещениях (туннелях, подземных гаражах, моторных и испытательных стендов и др);
• запуск аварийной сигнализации в общественных и промышленных сооружениях;
• снижение потребляемой мощности системами вентиляции и кондиционирования;
• контроль качества отработанного воздуха на промышленных предприятиях для своевременного устранения неисправностей.

Представляем вашему вниманию линейку датчиков CO2 от FuehlerSysteme:

Точность диагностики концентрации CO2 составляет 100 ppm (промилей). Возможна настройка трех различных интервалов пороговых значений: 0 – 2000/5000/10000 ppm.

Устройства способны работать при температуре от -20 до +50 градусов по Цельсию. Рабочий диапазон относительной влажности – от 0 до 98%, при условии, что воздух не конденсирован и не содержит большого процента химических веществ.

Имеется возможность как двухпроводного, так и трехпроводного подключения. Сигнал на выходе составляет 0 – 10 вольт или от 4 – 20 миллиампер. Предусмотрена ручная настройка нулевой точки. Производится автоматическая калибровка через каждые семь дней. Выход в рабочий режим происходит только после самодиагностики и запуска термостата.

Тип сенсорного устройства – инфракрасный нерассеянный (NDIR) измерительный элемент.

Виды датчиков углекислого газа FuehlerSysteme:

Наружные

Канальные

Комнатные

Датчики CO2 и температуры

Также разработана линейка датчиков углекислого газа, дополнительной опцией которых является возможность замера температуры в диапазоне от 0 до +50°C. Датчики CO2 и температуры представлены в трех конфигурациях - канальные, комнатные, наружные.

Они позволяют выполнять запуск аварийной сигнализации, вентиляции, отопления или термостата в автоматическом режиме во всех типах помещений. Итоговый сигнал может подаваться по двум критериям, что актуально для производств, где необходимо не только отслеживать концентрацию углекислоты, но и строго соблюдать температурный режим.

Представленное оборудование соответствует европейским нормам: CE, EAC, RoHS.

Датчики углекислого газа способны улучшить качество жизни людей и создать комфортные условия труда, предотвратив влияние вредных концентраций углекислого газа на организм. Они незаменимы и на производстве, когда выполняется контроль отработанного воздуха. Датчики CO2 могут быть интегированы в систему кондиционирования или подлючены к иному виду термостата, если оснащены дополнительной опцией замера температуры. Это позволит выполнять более строгий контроль за производственными процессами. Кроме того, датчики углекислого газа позволяют существенно снизить расходы на обслуживание принудительной системы вентиляции, уменьшив количество потребляемой ей электроэнергии. Это делает этот прибор незаменимой составляющей в современных автоматизированных системах инженерных коммуникаций.

Воздух состоит, как известно, из молекулярного азота (78%), молекулярного кислорода (21%), аргона (1%), небольшого количества паров воды и еще ряда веществ, содержание которых измеряется сотыми и тысячными долями процента. Среди них и углекислый газ, или, как его предпочитают называть ученые, - диоксид углерода (CO 2). Для удобства содержание CO 2 в воздухе оценивают не в процентах (сотых долях), а в миллионных долях, которые обозначают латинскими буквами ppm (part per million - частиц на миллион). Содержание углекислого газа в атмосфере Земли за всю историю ее существования колебалось в довольно широких пределах (см.: 300 миллионов лет назад углекислого газа в атмосфере было гораздо больше, чем сейчас). Сейчас его концентрация оценивается в 380–390 ppm (или 0,038–0,039%), хотя еще 50 лет назад она составляла всего 310–320 ppm. Основная причина роста содержания углекислого газа в атмосфере за последнее столетие - выбросы его при сжигании ископаемого топлива (нефти, угля, газа), а также сведение лесов.

Само существование жизни на Земле теснейшим образом связано с наличием в атмосфере углекислого газа. Во-первых, углекислый газ, наряду с парами воды и метаном, создает парниковый эффект - обеспечивает сохранение тепла, которое излучает нагретая солнечными лучами земля. Если бы в атмосфере не было парниковых газов, то средняя годовая температура воздуха у поверхности Земли была бы не +15°C, как сейчас, а –23°C.

Во-вторых, углекислый газ - это источник углерода для всех зеленых растений, планктонных микроскопических водорослей и цианобактерий. Используя энергию солнечного света, все эти организмы в ходе фотосинтеза производят из углекислого газа и воды органическое вещество, а в качестве побочного продукта выделяют кислород. Суть процесса фотосинтеза отражается простым уравнением:

CO 2 + H 2 O + энергия → (CH 2 O) + O 2 ,

где (CH 2 O) - обобщенная формула органического вещества.

Однако если в ходе фотосинтеза углекислый газ связывается (соответственно, изымается из атмосферы), то в ходе другого процесса - дыхания - он снова выделяется:

(CH 2 O) + O 2 → CO 2 + H 2 O + энергия .

В современной биосфере подавляющее большинство организмов получают необходимую им энергию именно в процессе аэробного дыхания - окисления органического вещества кислородом. Таким образом, жизнедеятельность множества организмов сама по себе оказывается важным источником углекислого газа. Наибольший вклад вносит дыхание грибов и бактерий, разлагающих отмершее вещество растительных тканей, а также дыхание самих растений (в первую очередь корней).

Сейчас ученые научились очень точно измерять концентрацию углекислого газа в воздухе. В самых разных точках Земного шара, от Аляски до Южного полюса существуют специальные станции, на которых в течение круглого года ведутся наблюдения за всеми изменениями содержания CO 2 . Собранные данные позволили построить трёхмерный график, показывающий зависимость количества углекислого газа в воздухе сразу от двух параметров - географической широты расположения станции и времени года (см. рис. 1).

Задача

Рассмотрите внимательно приведенный выше график сезонных изменений содержания углекислого газа в атмосфере на разных широтах. Обратите внимание на то, что для Северного полушария, особенно - области высоких его широт, характерны необычайно сильные колебания в содержании CO 2 . Максимальные значения отмечаются весной - в апреле–мае, а минимальные - осенью, в сентябре–октябре. В Южном полушарии подъемы и спады количества CO 2 также наблюдаются, но в противофазе тому, что происходит в Северном полушарии, а главное - с совсем незначительной амплитудой.
Задание. Попробуйте объяснить полученную картину. Из-за чего так сильно колеблется содержание углекислого газа в течение года и почему в Северном полушарии размах колебаний значительно больше, чем в Южном?

Если вам трудно разобраться в трёхмерном графике, приведенным выше, посмотрите еще на один (рис. 2). Он ориентирован по-другому: Южное полушарие ближе к вам, а Северное - дальше. Это другие годы, но характер сезонных изменений на разных широтах тот же самый: в Южном полушарии они выражены очень слабо, в Северном - сильно.

Подсказка 1

В качестве подсказки советую взять глобус (лучше даже сломанный, отвалившийся от подставки) и посмотреть на него внимательно со стороны Северного полюса и со стороны Южного. Ниже приведена соответствующая пара рисунков (рис. 3). Вам нужно понять, чем различаются Северное и Южное полушария и как эти различия могут сказаться на процессах поглощения и выделения углекислого газа.

Подсказка 2

Посмотрите на график сезонных изменений содержания углекислого газа, полученный за последние годы на астрофизической обсерватории Мауна-Лоа на острове Гавайи (рис. 4). Хотя это всего 20° с. ш., колебания концентрации CO 2 выражены очень четко. Самая высокая концентрация отмечается в мае, самая низкая - в сентябре-октябре.

Решение

Наверное вы обратили внимание на то, что Северное полушарие - преимущественно континентальное (бо льшую часть его занимает суша), а Южное - океаническое (в центре - покрытая льдом Антарктида, а вокруг - огромное пространство океана). Можно предположить далее, что суша и океан различаются по интенсивности процессов связывания и выделения углекислого газа. Из графика сезонных изменений концентрации CO 2 , полученным на Мауна-Лоа (рис. 4), следует, что в летние месяцы в Северном полушарии количество этого газа сильно снижается (минимум достигается осенью), а в зимние месяцы растет и достигает максимума к весне. Теперь нетрудно догадаться, что уменьшение содержания углекислого газа летом происходит благодаря деятельности растений, а именно - фотосинтезу, в ходе которого CO 2 потребляется. Рост растений, увеличение массы листьев, стеблей и корней происходит за счет углерода, который был поглощен ими из воздуха в форме углекислого газа.

Если за изъятие углекислого газа из атмосферы отвечает фотосинтез, то за его поступление - дыхание всех организмов, в первую очередь бактерий и грибов, разлагающих органическое вещество отмерших растений. Дыхание происходит и весной, и летом, и осенью, а с небольшой интенсивностью - и зимой, по крайней мере в тех местах, где сохраняются положительные температуры. Период вегетации (активного роста растений) в умеренных и высоких широтах ограничен концом весны - началом лета. Но именно тогда количество углекислого газа, связываемого быстро растущими растениями, существенно превосходит количество его, выделяемое в процессе дыхания всех организмов. Поэтому мы и наблюдаем в это время снижение концентрации углекислого газа в воздухе. Затем фотосинтез резко ослабевает, а дыхание всех организмов продолжается, что и приводит к накоплению CO 2 . Еще один дополнительный источник углекислого газа, работающий круглогодично, - это сжигание человеком ископаемого топлива.

Здесь читатель вправе заметить, что процессы фотосинтеза и дыхания имеют место не только на суше, но и в океане. Почему же над океаном мы не наблюдаем столь значительных изменений в содержании CO 2 в воздухе? Ведь наиболее активный фотосинтез происходит в море также весной и в начале лета, когда становится тепло, а главное - светло, и когда в воде содержится еще достаточно много элементов минерального питания (азота и фосфора в доступной форме). На самом деле сезонные колебания концентрации углекислого газа в Южном, океаническом, полушарии также существуют, но протекают они, естественно, в противофазе тому, что происходит в Северном. Удивительно, почему у них такая небольшая амплитуда. Здесь могут работать несколько механизмов.

Во-первых, океан (даже его верхние слои) обладает огромной теплоемкостью, что сглаживает сезонные колебания температуры в сравнении с происходящим на суше. Во-вторых, в воде углекислый газ хорошо растворяется (в холодной лучше, чем в теплой) - то есть существует физико-химический механизм связывания CO 2 ; правда, поверхностные слои океана могут и отдавать CO 2 атмосфере в случае низкого его там парциального давления. В-третьих, и это, пожалуй, самое главное - величина чистой первичной продукции, то есть количество органического вещества, образованного в ходе фотосинтеза автотрофными организмами, в расчете на единицу площади для суши примерно в 2,5 раза выше, чем для океана. Фитопланктон не может обеспечить изъятие из окружающей среды такого количества CO 2 , которое изымает наземная растительность умеренных и северных широт. Колебания в содержании углекислого газа, обнаруживаемые обсерваторией на Мауна-Лоа, определяются прежде всего сезонностью в развитии растительности Евразии и Северной Америки.

Послесловие

Вообще-то, воздушная среда в сравнении с водной очень подвижна. Невольно возникает вопрос: почему перемешивание воздушных масс не выравнивает содержание углекислого газа в атмосфере Земли? Здесь необходимо напомнить, что воздух легко и быстро перемещается в широтном направлении, но не в меридиональном. Поэтому на Гавайских островах можно наблюдать результаты сезонного развития растительности на удаленных материках. Но в направлении «север - юг» мы видим сохранение серьезных различий в содержании CO 2 на разных широтах. Мешает меридиональному переносу ячеистая структура воздушной циркуляции. Воздух в районе экватора нагревается сильнее всего, поэтому он поднимается там вверх, расширяясь, движется к северу и югу, постепенно охлаждается и опускается в обоих полушариях к земле примерно на 30°. Потом этот охлажденный воздух движется у поверхности земли к экватору и замыкает круговорот. Таким образом формируются ячейки Гадлея , названные по имени описавшего их английского ученого XVIII века Джорджа Гадлея (George Hadley). Движение воздушных масс в каждой из этих ячеек заставляет двигаться соседние воздушные массы вниз, а затем к северу и югу (в зависимости от полушария). Это уже ячейки Феррела , названные в честь американского метеоролога XIX века Уильяма Феррела (William Ferrel). Наличие подобной ячеистой структуры циркуляции сильно препятствуют перемешиванию воздушных масс в меридиональном направлении, но не создает препятствий для движения по широте.

Большинство из нас немалую часть времени проводят на работе в офисах, в мастерских с паяльником, и других закрытых помещениях где зачастую отсутствует какая-либо естественная вентиляция. Особенно ситуация с поступлением свежего воздуха извне, усугубилась в последние года с повсеместным приходом пластиковых окон, которые практически "не дышат". В помещениях, где находятся люди всегда присутствует какая-то часть углекислого газа (CO 2), который выдыхает человек. И если помещение периодически не проветривать, то его концентрация постепенно растет.

Концентрация CO 2 (диоксид углерода) измеряется в пропромилле (ppm). За городом и в сельской местности концентрация углекислого газа обычно составляет 350 ppm, в городе 400 ppm, в центре города 450 ppm. Цифры сильно различаются и зависят от плотности транспортного потока, силы ветра и других факторов. К примеру в Москве, на оживленных магистралях уровень CO 2 может достигать значений 800-900 ppm.

При высокой концентрации диоксида углерода у человека появляются дискомфорт, головные боли, сонное состояние, тошнота и др. симптомы. Опасность в том, что порог ухудшения состояния порой очень трудно заметить и величина эта индивидуальная для каждого человека. Поэтому для поддержания нормального самочувствия в помещении важно не превышать порог концентрации CO 2 , который составляет приблизительно 800-900 ppm. В среднем, один человек за 3 часа нахождения в закрытом помещении 20 кв.м повышает уровень концентрации углекислого газа до отметки 1500 ppm. А если там находится три человека, то всего за 1 час.

Существует несколько методов измерения концентрации углекислого газа. В портативных устройствах получил распространение NDIR метод недисперсионной инфракрасной спектрометрии. NDIR-сенсор - это спектрометр, измеряющий поглощение света единственной длины волны в зависимости от концентрации измеряемого газа. Для углекислого газа используется ИК-светодиод с длиной волны 4 мкм.

До недавнего времени CO 2 измерительные приборы были слишком дороги для бытового применения. Во всем мире производителей бытовых измерителей CO 2 можно пересчитать по пальцам. Но тем не менее они есть и уже вовсю продаются на AliExpress и eBay: CO2 Monitor . Правда стоимость даже самых простейших моделей начинается с отметки 100$, а более менее достойных приборов и вовсе от 200$. Во многих из них применяется именно NDIR метод измерения углекислого газа.

Не так давно на отечественном рынке появилось недорогое решение "Детектор углекислого газа" от широко известной в радиолюбительских кругах компании МастерКит. Данный материал посвящен небольшому обзору этого измерителя. Как и у всех товаров от МастерКит у данного измерителя присутствует свой уникальный код - МТ8057.

Характеристики прибора:

Детектор упакован в такую коробку:

На обратной стороне приведена информация об углекислом газе и его уровнях в помещениях.

Страна изготовления прибора - Китай. Забегая вперед сообщу, что нагуглил два прибора внешне практически полностью идентичные обозреваемому:
- ZGm053U
- CO2mini RAD-0301

Стоимость первого на сайте не указана, а второй прибор стоит 100$ без учета стоимость доставки. За прибор от МастерКит я отдал 3400 руб. вместе с доставкой (данные на конец января 2015 г). На сегодняшний день я думаю навряд ли можно найти где-нибудь подобный прибор по меньшей или аналогичной цене.

В коробке находится сам измеритель, USB-кабель и инструкция на русском языке.

Извлекаем измеритель:

На лицевой стороне измерителя мы видим экран для отображение уровня CO 2 и температуры, а также три светодиодных индикатора: зеленый, оранжевый и красный для пороговой индикации. По моему мнению это очень удачное решение - простого взгляда (особенно вечером или ночью) достаточно для быстрой оценки уровня концентрации CO 2 . После недельной эксплуатации прибора, я для себя отметил, что в первую очередь обращаю внимание именно на данные индикаторы, а не цифры на экране прибора. В настройках прибора для каждого светодиода можно задать уровни СО 2 .

Также это хороший вариант для конструирования DIY-устройств, скажем для управления приточной вентиляцией, бытовыми проветривателями и другой климатической техникой. Можно подпаяться к светодиодам или использовать фоторезисторы (или фотодиоды) разместив их напротив светодиодов измерителя. Настроив уровни включения светодиодов, можно включать или выключать приточную вентиляцию при достижении определенного порога. Это может быть существенно дешевле, чем отдельный модуль измерения CO 2 .

С обратной стороны прибора приклеена наклейка с названием, краткими характеристиками и серийный номер, а также 2 кнопки для настроек.

Я когда заказывал измеритель, честно сказать ожидал прибор большего размера. Но прибор оказался достаточно компактным.

Масса составила 64 г.

Размеры: 116*38*23.8мм

Данные на дисплее читаются достаточно отчетливо. Показания СО 2 и температуры:

Питается прибор от USB-шины 5 Вольт. Кабель - microUSB. На корпусе прибора под разъем USB имеется некоторое углубление, из-за чего не каждый micro-USB кабель можно подключить. Во всяком случае из имеющихся у меня в наличии 3-х кабелей, ни один не вошел до конца. Поэтому с родным кабелем нужно быть аккуратным и не терять его, иначе потом придется думать как подключить его к обычному нормальному кабелю.

Питание от батареек не предусмотрено, что немного огорчило меня. Для автономного использования придется использовать Power Bank с USB-выходом.

Отщелкнув заднюю крышку получаем доступ к внутренностям прибора.

Длинный элемент с наклейкой "ZGm053UK" и есть сердце прибора - NDIR датчик концентрации углекислого газа. На видео ниже можно увидеть как вспыхивает лампа для проведения измерений. Частота вспышек составляет примерно 1 вспышка в 5 секунд.

Как видно из осциллограммы выше - напряжение на лампу подается 5 Вольт.

Форма импульса для лампы - нарастающая, видимо для продления срока службы лампы. Длительность импульса - примерно 300 мс.

Качество сборки и пайки достаточно хорошее.

Может возникнуть закономерный вопрос про продолжительность работы сенсора. У производителя ZyAura можно найти ответ на этой страничке :

How long is the NDIR life?
We use dual channel(beam) NDIR (Non-Dispersive Infrared), thermopile from PerkinElmer, which improves the long-term stability of the measurement; it has longer durability than single channel design so the device has a durable life more than 5~10 years.

Т.е. время жизни сенсора составляет 5-10 лет. Калибровать датчик необходимо примерно раз в три года.

Для измерителей существует специальный софт для отображения графиков, а также проведения калибровки. Скачать софт можно на этой страничке . Не забудьте после скачивания переименовать файл ZG.eye в ZG.exe. Для чего так сделали - непонятно, особенно учитывая что все находится в архиве.

Желтая линия на вышеприведенном графике - температура (шкала справа). Нижняя линия - уровень CO 2 .
Комната примерно 12 кв.м. 1 человек. Пластиковые окна. Примерно в 14-35 было открыто окно. Как видно из графика, температура стала падать и вслед за ней сразу же стал понижаться уровень СО2 до приемлемого значения, через 10 минут полностью перейдя в безопасную (на графике зеленым цветом) зону. Примерно в 14-50 окно было закрыто и температура и СО 2 начали постепенно возрастать.

Для операционных систем Linux также существует OpenSource софт, выложенный на GitHub . К сожалению под ОС Debian у меня не получилось скомпилировать приложение, т.к. постоянно ругалось на отсутствие пакета, хотя он был установлен. Но теоретически, это дает возможность подключить измеритель по USB-интерфейсу к различным Linux-микрокомпьютерам (Raspberry Pi, CubeBoard, BeagleBone) и управлять устройствами (через GPIO) или скидывать данные на какой-нибудь сервер, использовать для системы "Умный дом" и т.п. Тут уже открывается масса возможностей.

Нужен измеритель СО 2 или нет - каждый решит сам, лично я потраченных на него денег не жалею и даже подумываю прикупить второй, один для дома, один в офис где я работаю.

Плюсы измерителя углекислого газа MT8057:

• Низкая цена по сравнению с аналогичными приборами
• Наличие "светофора" - три разноцветных индикатора
• Использование современного NDIR-сенсора, а не химического
• Большой интервал времени для проведения калибровки
• Подключение к компьютеру по USB для построения графиков
• Наличие OpenSource софта для Linux-систем

Минусы MT8057 :

• Отсутствие встроенного источника питания
• Нештатное углубление в корпусе под Micro-USB разъем
• Невысокая точность 100ppm, но вполне достаточная для домашнего применения
• Хотелось бы еще присутствие датчика влажности