На что способен самодельный очиститель воздуха, который можно собрать за 30 секунд?

Плохой воздух однозначно вреден ^[1], но на рынке его очистителей мы наблюдаем бардак. Каждый производитель использует свои эксклюзивные фильтры, по всей видимости, для того, чтобы клиенты были вынуждены покупать именно их. А откуда нам знать, что эти устройства вообще работают? Немногие компании публикуют лабораторные тесты. И почему какая-то большая пластиковая коробка с вентилятором и фильтром стоит аж $100-300?

Но существуют и самодельные очистители, чаще представляющие собой просто примотанный к вентилятору фильтр. Мне такая идея по душе, но в этом случае тоже нет уверенности в их эффективности. Какие-то эксперименты проводились, но недостаточно, чтобы внушить мне доверие. Поэтому я решил поэкспериментировать сам: собрал очиститель, напустил дыма и измерил, насколько эффективно он справляется с очисткой мелких частиц.

▍ Вкратце: да, он работает

Если у вас мало времени, то поясню коротко. В результате эксперимента я выяснил, что если примотать к коробочному вентилятору два HEPA-фильтра, то он будет очищать воздух от всех измеримых частиц, причём быстрее магазинного аналога, который стоит вдвое дороже.

Эксперимент

▍ Самодельный очиститель воздуха

Мой очиститель получился очень простым:

• стандартный коробочный вентилятор (стоимость: $19);
• два HEPA-фильтра, каждый размером примерно 32 x 22 см и толщиной 5 см (стоимость: $35 за оба);
• эластичный фиксирующий шнур (стоимость: бесплатно).

На всю сборку ушло полминуты. Нужно было просто расположить фильтры с втягивающей стороны вентилятора и зафиксировать шнуром. Вот так:

Об элегантности и изяществе здесь речь явно не идёт. Меня передёргивает при одном только виде этого замятого фильтра.

▍ Коммерческий очиститель

В целях сравнения я купил за $100 очиститель известного бренда, предназначенный для небольших помещений. В нём используется один HEPA-фильтр размером 25х12х5 см. Отдельно такой фильтр стоит около $25.

▍ Дым

На удивление сложно повторно генерировать одинаковый объём дыма. Я пробовал сжигать различные предметы (бумагу, картон) и выяснил, что количество получаемых в результате частиц в зависимости от процесса горения может отличаться на порядок. Этот момент сложно контролировать, и по факту он получается произвольным.

В идеале я бы предпочёл сжигать какой-нибудь пищевой продукт вроде масла, так как обычно самым активным внутренним источником загрязнения является кухня. Но и тут мне не удалось найти удачного способа, поскольку необходимо использовать одно и то же количество масла, разлитого одинаковым образом и нагретого до одинаковой температуры.

В итоге мой выбор пал на благовония. Я резал палочки длиной со стандартную кредитную карту и крепил их горизонтально. Такая схема давала уже достаточно стабильный результат. Чуть позже я подумал, что хорошим вариантом оказалось бы сжигание тоста в тостере (вот только тостера у меня нет).

▍ Измерения

Я позаимствовал у друга дешёвенький анализатор воздуха, купленный за $100. Думаю, такие изготавливают где-то в Китае, а потом перепродают под различными немарочными брендами. Изначального изготовителя определить я не могу. Исходя из встречавшихся мне данных по надёжности других анализаторов воздуха, я бы не стал верить абсолютным значениям, но относительные, думаю, должны быть в порядке.

Типичный уровень загрязнения твёрдыми частицами составляет «PM 2,5» и измеряется в мкг/м³. Такой показатель мы должны получить, если проделаем следующее:

• возьмём кубометр воздуха;
• отфильтруем из него все твёрдые частицы;
• оставим только те из них, размер которых составит 2,5 микрометра (мкм) или меньше;
• взвесим все оставшиеся частицы в микрограммах (мкг).

Как можно толковать эти значения:

• Агентство по охране окружающей среды (Environmental Protection Agency, EPA) утверждает, что годовой средний показатель должен быть ниже 12, а суточный – ниже 35.
• Средний уличный показатель простирается от 6 в Финляндии до почти 100 в Непале. В развитых странах он чаще всего ниже 15. Наивысшие уровни обычно регистрируются в Азии и Африке.
• Приготовление пищи может легко привести к скачку показателя PM до сотен единиц. Я лично наблюдал, как это происходит лишь при небольшом проявлении видимого дыма.

▍ Логирование показаний

Поскольку анализаторы воздуха данные не логируют, я использовал находчивую альтернативу: установил анализатор рядом с ноутбуком, где был запущен секундомер. Затем направил планшет на оба их экрана и снял таймлапс. В завершении я вручную транскрибировал полученные данные, пройдясь по каждому минутному маркеру. Процесс оказался куда утомительнее, чем можно предположить.

▍ Результаты в маленькой комнате

Первый эксперимент я провёл в крохотной комнате объёмом 8 м³. Подозревая, что поток воздуха от очистителя может повлиять на скорость горения благовоний, я поместил его с другой стороны стены, заканчивающейся примерно на 20 см ниже потолка.

Эксперимент я проделал три раза: без очистителя, с покупным очистителем и с самодельным. Вот результаты (тот же график, что и в начале статьи):

В начале показатели выглядят спутанно, возможно, из-за гуляния дыма по комнате до момента его равномерного распределения. Без фильтра наблюдается скачок до 1000 мкг/м³, максимум, который может отобразить инструмент.

Если сделать ось y логарифмической, то станет ясно, что самодельный фильтр очищает воздух эффективнее.

Ориентируясь на установленный EPA порог в 12 мкг/м³, мы видим, что самодельный фильтр достигает этого значения за 15 минут при том, что коммерческий – за 25.

▍ Результаты в большой комнате

Слава богу, бо́льшую часть времени я провожу не в той маленькой комнатушке. Второй этап эксперимента я провёл в большом помещении объёмом около 100 м³. Здесь уже между благовонием и очистителем стены не было. Вместо этого я установил очиститель примерно в одном метре от анализатора и от благовония.

Вот результаты:

В начале наблюдается ещё бо́льшая неопределённость, возможно, всё также из-за гуляния дыма. Исходя из объёма комнаты, я ожидал, что пиковая концентрация без использования фильтра составит около 80 мкг/м³ = 1000 мкг/м³ * (8/100). Радует, что эта догадка почти совпала с фактическим наблюдением.

Самодельный очиститель проявил себя немного лучше покупного. Если использовать логарифмический масштаб, то становится более очевидно, что он действительно справляется эффективнее.

▍ Герметизация зазоров

Обычно при сборке подобных самодельных фильтров рекомендуется герметизировать периметр фильтра, чтобы воздух проходил именно через него. Мне тоже кажется, что это должно помогать, но сложно сказать с уверенностью: препятствуя потоку воздуха, вы замедляете вентилятор, что может привести к падению эффективности.

По крайней мере, в этом случае практический эксперимент проще теории. В итоге я взял скотч и тщательно замотал им зазор по периметру фильтра со стороны всасывания.

Что получилось:

…ничего!?

Неожиданно. Я думал, что скотч поможет, но был готов и к тому, что он может навредить. На деле же мы наблюдаем практически паритет. Моих познаний в области газодинамики недостаточно, чтобы даже рассуждать о происходящих здесь процессах, поэтому догадок строить не стану.

Возможно, есть какая-то особенность в том, как я проводил эксперимент. Это не обязательно означает, что все рекомендации герметизировать зазоры вокруг фильтра являются заблуждением. Но я также не видел экспериментов, подтверждающих эффективность этого.

▍ Размышления

Стоимость. Самодельный очиститель ненамного дешевле покупного, но я думаю, что в его случае фильтры придётся менять гораздо реже. В коммерческих устройствах используется один фильтр площадью 300 см², а в самодельном – два с общей площадью около 1,400 см² и более толстых. Разумно предположить, что самодельные очистители могут удалить примерно в 4 раза больше частиц до замены фильтров.

Долговечность. Одна из проблем в том, что коробочные вентиляторы не предполагают использования в сочетании с фильтрами и могут быстрее выходить из строя. Звучит разумно. Тем не менее они намного дешевле коммерческих решений, и я уже несколько лет использую конкретно этот самодельный экземпляр с разными фильтрами без каких-либо проблем. Более же серьёзная проблема, пожалуй, в том, что накопление тепла может привести к возгоранию, а это уже опасно. Кроме того, есть предположение, что нагрев электрических компонентов может вызывать испарение токсичных частиц, представляющих угрозу для птиц. Не знаю, насколько эту угрозу можно считать серьёзной.

Электричество. Ещё один фактор – это затраты электроэнергии. Типичные коробочные вентиляторы потребляют около 55 Вт, а коммерческие очистители – в районе 30–45 Вт. При стоимости электричества $0,13/кВт круглосуточная эксплуатация коробочного вентилятора будет обходиться в $62/год, а 30-ваттного очистителя – в $34/год. Очевидно, что при менее активном использовании выйдет дешевле. Некоторые (более дорогие) коммерческие устройства оснащаются датчиками качества воздуха, регулирующими их включение/отключение.

MERV или HEPA? Большинство самодельщиков используют MERV ^[2]-фильтры, предназначенные для сушильных печей. В коммерческих же устройствах используются HEPA ^[3]-фильтры. Грубо говоря, последние «лучше» тем, что предназначены для удаления большего процента частиц за один проход. Хотя неизвестно, будут ли они действительно работать лучше при использовании с вентилятором. Фильтр, который задерживает меньше частиц за раз, может оказаться лучше, если будет пропускать больше воздуха.

То самое видео. Если вы читаете статью, перейдя по ссылке с какого-то форума, то в комментариях наверняка кто-нибудь уже оставил ссылку на это видео ^[4], снятое центром Michigan Sinus Center. Мне оно показалось вдохновляющим, но обратите внимание на пару вещей: во-первых, хоть в описании и говорится, что они используют HEPA-фильтр, в видео явно проглядывается MERV. Опять же, это не обязательно плохо. Авторы утверждают, что за один проход удаляется около 90% частиц размером 0,3 микрона и более. Это хорошо, но не даёт полной гарантии. Вопрос в том, удалит ли такой фильтр 99% за два прохода? Если 90% частиц в воздухе окажутся крупными, и фильтр сможет задерживать только их, тогда дополнительные проходы никак не приведут к улавливанию наиболее опасных мелких частиц. Именно поэтому я чуть больше доверяю HEPA-фильтрам, так как они в итоге задерживают почти все частицы. По этой же причине я предпочитаю эксперименты, в которых измеряются частицы, удалённые из воздуха в комнате, а не просто из воздуха, прошедшего через очиститель.

Оставшиеся вопросы. В дальнейших экспериментах можно рассмотреть ещё много всего:

1. Сильно ли влияет на эффективность скорость вращения вентилятора (я всегда использовал их на максимуме)?
2. Как самодельный очиститель соотносится с более мощными коммерческими аналогами?
3. Как MERV-фильтры соотносятся с HEPA-фильтрами при одинаковых условиях?
4. Как так получилось, что герметизация зазоров вокруг фильтров не повлияла на результат?
5. С какой стороны вентилятора лучше устанавливать фильтры: с втягивающей или выдувающей? По логике лучше с втягивающей, но, как мы видели, возможны сюрпризы.

Очистители и здоровье. Если в местности вашего проживания воздух не загрязнён, то с приобретением очистителя можно не спешить. Но я бы рекомендовал проявить осторожность при готовке на кухне. Имея анализатор воздуха, вы можете воочию пронаблюдать, что даже небольшое количество дыма способно вызвать гигантские скачки уровня частиц. Для большинства людей лучшей стратегией противодействия будет не создавать эти частицы в принципе. Попробуйте готовить без дыма. Если у вас есть вытяжка, используйте её! Если же без дыма не обойтись, сразу открывайте окна. Одна из загвоздок здесь в том, что сложно определить, сколько конкретно частиц вы создали. Так что вполне разумным будет сначала обзавестись анализатором воздуха, а потом уже очистителем.

Благовония. Считаю, что они оказывают пагубное влияние. Я бы избегал их использования.