Как техническими способами уменьшить потенциальный вред для здоровья от печного отопления на дровах?

Способы снижения потенциального вреда от воздействия продуктов горения печного отопления на организм человека

1. Замена вида топлива

Оптимальным направлением является полный отказ от сжигания угля и дров и переход на магистральное газовое отопление или отопление с помощью электроэнергии. Отопление на основе электроэнергии в виде прямого нагрева воздуха или опосредованного нагрева воздуха через теплоносители или термальные массы является наиболее экологически чистым видом отопления для конченого пользователя. Использование электроэнергии в системах отопления с тепловыми насосами позволяет значительно сократить расходы электроэнергии.

Использование магистрального газа для отопительных приборов приводит к уменьшению выброса в атмосферу твердых взвешенных частиц в 3000 раз по сравнению с традиционным кирпичным камином и в 550 раз по сравнению с обычной печью традиционной конструкции.

Переход от традиционных дровяных печей и каминов на системы отопления на пеллетах позволяют уменьшить выброс твердых взвешенных частиц почти в 10 раз по сравнению с традиционными печами и значительно сократить выброс канцерогенных полициклических ароматических углеводородов. Переход на пеллетные системы отопления целесообразен в регионах с недостатком электрических мощностей и отсутствием магистрального газоснабжения. Кроме того пеллеты относятся к топливу из возобновляемых ресурсов. В настоящее время многие европейские страны субсидируют замену старых дровяных печей и котлов на пеллетные отопительные системы. Например, в Германии государство субсидирует 2000 евро на покупку современного пеллетного котла, а в Норвегии государство оплачивает до 20% стоимости новой пеллетной системы отопления.

При невозможности замены отопительного оборудования на пеллетное, снижения концентрации вредных продуктов горения можно добиться, если использовать вместо дров сухие прессованные топливные брикеты.

Замена видов топлива дает ощутимые эффекты по улучшению здоровья местных жителей. Так, например, в Ирландии после запрета в 1990 году на продажу и использование битуминозного каменного угля для отопления домов концентрация взвешенных твердых частиц в атмосфере уменьшилась на 70%, смертность от респираторных заболеваний снизилась на 15%, от сердечнососудистых заболеваний — на 10%. В Тасмании после сокращения доли печного отопления на дровах с 66% (сопоставимо с Российскими показателями) до 30%, удалось добиться снижения смертности в зимние месяцы: от сердечнососудистых заболеваний на 17%, от болезней органов дыхания на 22%.

2. Замена печей

При невозможности перехода на отопление дома от магистрального газа, электричества или с помощью пеллетных отопительных систем, значительного уменьшения эмиссии вредных продуктов неполного сгорания топлива можно достичь, если заменить старую печь традиционной конструкции на современную высокотехнологичную печь с системой дожига дымовых газов – с дополнительной камерой сгорания или со сменным каталитическим элементом, который обеспечивает наиболее полный дожиг газов и минимальный уровень эмиссии.

Выбор современных печей:

Конструкции дровяных печей почти полностью изменились на рубеже 1990-х годов. Существует два основных вида современных дровяных печей, обеспечивающих дожиг дымовых газов и низкую эмиссию вредоносных продуктов неполного сгорания топлива:

Некаталитические печи

Некаталитический печи не используют катализаторы, но оснащены как минимум тремя элементами конструкции, которые обеспечивают хорошие условия для наиболее полного сгорания топлива и дожига дымовых газов. Это хорошая теплоизоляция топки, большой дефлектор для удлинения пути дымовых газов внутри печи, и подача подогретого воздуха через инжекторы над зоной горения в топке. Перегородки и другие внутренние элементы не каталитической печи требует периодической замены из-за высоких температур при хорошей эффективности горения топлива.

Каталитические печи

Каталитические печи содержат керамические сотовые каталитические элементы, которые обеспечиваю повторное возгорание недоокисленных составляющих дымовых газов. Каталитический элемент деградирует с течением времени и должен периодически заменяться.

Современные сертифицированные по экологическим стандартам печи имеют следующие преимущества по сравнению с устаревшими несертифицированными отопительными приборами:

• Количество токсичных выбросов снижается на 55%
• Среднесуточная эмиссия РМ2.5 снижается на 70%
• Энергетическая эффективность возрастает на 50- 70%
• Используется на 30-50% меньше дров

Лучшие современные печи имеют экологическую маркировку, указывающую уровень эмиссии твердых возвещенных частиц. По закону США «О чистом воздухе» от 1990 года эмиссия твердых частиц не должна превышать 7,5 г/ч для печей без каталитического элемента и 4,1 г/ч для каталитический печей. По стандарту Американского агентства по охране окружающей среды (EPA) эмиссия не должна превышать 4,5 г/ч. По канадским стандартам 2010 года нормы составляют 4,5 г/ч для печей без каталитического элемента и 2,5 г/ч для каталитический печей. К 2020 году все сертифицированные по экологическому стандарту печи в США и Канаде должны будут иметь эмиссию твердых частиц не более 2,5 г/ч.

Современный эконстандарт Скандинавии для дровяных печей — это Nordic EcoLabel. Он включает в себя стандарты EN 13240, NS 3058-1, NS 3058-2 and NS 3059. Его требования:

• Среднестуоочная эмиссия твердых частиц PM — 2 г/час.
• Эмиссия СО не более 1250 мг/м3.
• Эмиссия органических газов не более 100 мг/м3.
• Энергоэффективность более 76%.

Среди производителей печей, отвечающих современным и перспективным экологическим стандартам можно упомянуть Jotul, Tulikivi Oy, Bosca Chile S.A., Gruppo Piazzetta S.P.A., Ravelli /EcoTeck, Morso Jernstoberi A/S, England’s Stove Works,Inc. Fireplace Products International Limited, Qingdao Hichanse Group и другие.

Замена отопительных приборов на современные также дает немедленный эффект по улучшению состояния здоровья населения. Так в городке Либби штата Монтана в период 2005-2008 гг. по Великой Американской программе замены устаревших печей (бесплатно для жителей) была произведена замена 1100 отопительных приборов на современные, сертифицированные Агентством по охране окружающей среды, что позволило уменьшить в зимнее время концентрацию твердых взвешенных частиц PM2,5 в атмосфере на 28%. Суточная концентрация PM2,5 внутри помещений снизилась на величину от 50% до 71%. Одновременно частота респираторных заболеваний у школьников снизилась на 26% на каждые 5 мкг/м 3 снижения концентрации PM2,5 в атмосферном воздухе.

Что касается экологической безопасности кирпичных дровяных печей: исследование 2008 года, проведенное в США по заказу Агентства по охране окружающей среды [6] показало, что кирпичные печи традиционной конструкции (то есть — печи, не обеспечивающие передовых технологий сгорания, имеющие относительно высокие показатели выбросов и теплопотерь через дымоход) имеют очень высокие среднесуточные показатели эмиссии канцерогенных твердых взвешенных частиц (более 20 г/ч).

Из всех обследованных кирпичных дровнях печей самые низкие показатели эмиссии оказались у финских печей с противотоком дымовых газов (слева на картинке ниже) и немецких печей конструкции грундофен (справа):

3. Приточная вентиляция для домов с печным отоплением.

Любой дом, в котором установлены печь, камин или котел требует устройства приточной вентиляции. Задачи приточной вентиляции следующие:

• обеспечить приток кислорода к зоне горения для обеспечения наиболее полного сгорания без значительного снижения концентрации кислорода во внутренней атмосфере дома;
• обеспечить инфильтрацию чистого воздуха в дом для снижения концентрации вредных побочных продуктов горения во внутренней атмосфере;
• снизить депрессию внутри дома, вызывающую усиленную инфильтрацию радиоактивных почвенных газов в дом.

Лучшим вариантом устройства приточной вентиляции является комбинация общей приточной вентиляции для дома и отдельного воздуховода для подачи воздуха в зону горения.

Без приточной вентиляции в доме при снижении концентрации кислорода ухудшаются условия сгорания топлива, и увеличивается эмиссия вредных продуктов неполного сгорания древесины. Так называемые печи «длительного горения» с режимом «тления», где реакция окисления углерода происходит в условиях недостатка кислорода, являются, по сути, генераторами вредных продуктов неполного сгорания топлива.

4. Фильтрация воздуха в доме.

Использование фильтрации внутреннего воздуха в доме с помощью с HEPA-фильтров позволяет снизить концентрацию PM2,5 на 50-60%. Использование HEPA-фильтрации в эксперименте на добровольцах всего в течение одной недели позволил снизить показатели системного воспаления в организме и улучшить состояние стенок сосудов.

5. Вынос дровяного отопительного прибора из дома.

Более безопасной с точки зрения экологии является схема отопления дома, при которой отопительный прибор выносится за пределы обитаемого пространства. В простейшем случае это может быть отдельная котельная с входом снаружи без воздушного сообщения с жилой средой. Еще лучше устроить отдельную от дома котельную с подачей теплоносителя по утепленным подземным трубопроводам. В США существует схема с внешним жидкостным нагревателем (gydronic heater), который представляет собой крупноформатную утепленную уличную печь, топка в которой окружена кожухом с нагреваемым теплоносителем, поступающим в дом, где тепло через теплообменник распределяется по внутренней жидкостной или воздушной системе отопления.

6. Правильная подготовка дров и технология топки печи

При невозможности замены вида топлива и отопительного оборудования некоторое снижение эмиссии вредных продуктов горения даст правильная подготовка дров и оптимизация самого процесса топки печи.

Как получить наилучшую эффективность от дровяной печи или камина:

• Сушить дрова необходимо не менее 6 месяцев. Их влажность должна быть не более 20%.
• Хранить дрова нужно на открытом воздухе, под укрытием от осадков и изолированными от грунта.
• Не использовать влажные дрова, окрашенную, старую древесину, остатки мебели, мусор.
• Не заполнять топку дровами полностью.

Основные выводы:

1. Печное отопление вовсе не так безопасно, как кажется на первый взгляд. Продукты неполного сгорания топлива, неминуемо поступающие в атмосферу дома при использовании печей, являются опасными для здоровья человека. Постоянное использование печного отопления в доме для постоянного проживания в течение многих лет является фактором риска развития тяжелых заболеваний и преждевременной смерти.
2. Печное отопление является одним из ведущих факторов загрязнения атмосферы населенных пунктов.
3. Лучшим решением для улучшения экологической обстановки и снижения заболеваемости является полный отказ от использования отопления на дровах и угле и переход на системы отопления использующие электроэнергию или магистральный газ.
4. При невозможности использования газового или электрического отопления для дома лучшим выбором становится пеллетные системы отопления.
5. При необходимости сохранить печное отопление следует заменить малоэффективные и неэкологичные печи на современные низкоэмиссоные печи с системой дожига дымовых газов.
6. Улучшить эмиссию вредоносных продуктов неполного сгорания топлива в традиционных печах при невозможности их замены можно с помощью использования в качестве топлива сухих спрессованных топливных брикетов либо сухих дров. Дополнительно печь стоит оснастить отдельным приточным воздуховодом для подачи достаточного количества воздуха, а дом необходимо оборудовать системой активной или пассивной приточной вентиляции.

Литературные источники:

1.Residential heating with wood and coal: health impacts and policy options in Europe and North America. World Health Organization, 2015

2. Code of practice for residential wood burning appliances.Canadian Council of Ministers of the Environment, 2012

3. U.S. Environmental Protection Agency (EPA) https://www.epa.gov/burnwise

4. Strategies for reducing residential wood smoke. U.S. Environmental Protection Agency,2013

5. Air pollution and cancer. IARC scientific publication №161, 2013.

6. R. Ferguson A report on the particulate emissions perfomance of masonry heaters — definition, data,analysis and recommendations. — EPA, 2008

Дровяные печи — тайный вредитель: новое исследование подтвердило, что при дозаправке топливом в помещение попадают опасные частицы, что особенно губительно для детей и пожилых

Дровяные горелки выделяют втрое больше вредных частиц в частных домах, чем какие-либо другие, поэтому их следует продавать вместе с предупреждением о возможном вреде для здоровья. Об этом говорят ученые, которые не рекомендуют использовать их в домах, где проживают пожилые люди или дети.

Исследование дровяных печей

Результаты дали возможность сделать вывод, что маленькие частицы проникают в помещение, когда дверцы печи открываются для так называемой дозаправки. Также именно те люди, которые добавляют дрова два или более раз за вечер, в два-четыре раза чаще подвергаются резким выбросам загрязнения, чем те, кто делает эту процедуру один раз или не делает совсем.

Частицы проникают через легкие и попадать в организм, что вызывает широкий спектр нарушений здоровья, особенно у детей и пожилых людей.

Для исследования было выбрано 19 домов в Шеффилде, наблюдения велись в течение месяца в январе 2020 года. Все использованные печи имели сертификаты и продавались как «бездымные приборы». Но существующие стандарты безопасности печей оценивают степень загрязнения окружающей среды, а не возможный вред здоровью человека.

Отказ от влажной древесины

Правительство Великобритании прекратило продажу влажной древесины, которая образует больше дыма, однако участники исследования выбирали только сухие подготовленные дрова.

По оценкам исследователей, сжигание древесины и угля в жилых домах является причиной почти 40 % загрязнений воздуха крошечными частицами, но новое исследование является одним из первых, в которых анализируется загрязнение воздуха в жилых домах в реальных условиях. По данным руководства Великобритании за 2016 год, почти 16 % людей на юго-востоке Англии и 18 % в Северной Ирландии используют дерево в качестве топлива. Ежегодно в Великобритании продается более 175 тыс. дровяных печей.

«Полученные результаты заставляют беспокоиться за будущее человечества, — сказал руководитель исследования Рохит Чакраборти. — Пожилым, людям с хроническими заболеваниями, детям лучше избегать использования дровяных печей и нахождения рядом с ним в непосредственной близости. Если это невозможно, то нужно минимизировать время, в течение которого дверца печи будет открыта».

Дровяные печи вызывают меньшее загрязнение жилых домов, чем открытый огонь, например, в каминах, но при каждом открывании дверцы вы превращаете печь в тот самый открытый огонь, и твердые частицы попадают в помещение. Их концентрация падает только через час или два, но где гарантия, что к тому времени вы не откроете дверцу печи еще раз. Все это увеличивает количество вредных твердых частиц в помещении. У некоторых современных печей есть фильтры, но они лишь частично решают проблему.

Не самый лучший вариант отопления

Чакраборти не призывает к отказу от дровяных печей. «Мы должны предоставить людям возможность решать, но они должны знать, что происходит во время горения дров и использования печи», — говорит исследователь.

В исследовании анализировались данные, собираемые каждые несколько минут специальными датчиками загрязнения в домах, при этом оценивалось 260 случаев использования дровяных печей. Результаты показали, что дрова в печь добавлялись раз в 4 часа, и в этот период уровень вредных частиц в домах был втрое больше, чем когда они не использовались вообще.

За 4 часа горения уровень частиц вырос до 27 мкг на кубометр воздуха. Предел, установленный ВОЗ, составляет 25 мкг в сутки. Эпидемиологи все больше осознают, что воздействие мелких частиц в течение гораздо более коротких периодов времени — часов, а не дней — приводит к развитию ряда заболеваний.

Они рекомендуют, чтобы новые дровяные печи сопровождались документами с предупреждением о возможном вреде для здоровья, чтобы были указаны риски. Это позволит самим покупателям оценить риски и пользу и принять решение о покупке.

Канцерогенные вещества в дыме

Частицы от сгорания дерева являются наиболее вредными загрязняющими веществами в дыме, поскольку они содержат канцерогены, например, бензол и формальдегид. «Не стоит рассматривать дровяные печи как абсолютно безвредные отопительные приборы, ведь они потенциально опасны, и этот факт нужно признать, — сказал Джеймс Хейдон, специалист, который также входил в исследовательскую группу. — Большая часть участников исследования не знала о рисках, и поэтому необходимо повысить осведомленность людей об этом».

Отказ от дров

Три домохозяйства перестали использовать свои печки совсем, увидев результаты, а еще 12 предприняли все возможные меры по уменьшению рисков, такие как более быстрое или редкое закидывание дров в топку.

«Нет оснований полагать, что маленькие твердые частицы от горения дров менее токсичны, чем частицы других материалов, например, при сжигании угля», — сказал профессор Джонатан Григг, сотрудник Университета королевы Марии в Лондоне, который совсем недавно делал доклад, во время которого рассказал о воздействии загрязнения воздуха в помещениях на детей. Доклад был сделан для студентов Королевского колледжа врачей, а также Королевского колледжа педиатрии и здоровья детей. «Это исследование подтверждает, что дровяные печи оказывают значительное влияние на загрязнение воздуха в помещениях, — сказал он. — Это также свидетельствует о том, что и многие твердотопливные печи, имеющие сертификат безопасности от государства, ухудшают качество воздуха. Поэтому их использование в черте города не имеет оправданий».

Шаг к очищению атмосферы

Представитель Департамента по вопросам окружающей среды, продовольствия и сельских районов заявила: «Загрязнение воздуха за последние годы значительно уменьшилось, при этом выбросы мелких твердых частиц от сгорания дерева упали на 9 % за последние 10 лет. Но мы знаем, что для экологии нужно сделать еще многое, и признание того факта, что домашнее сжигание дров играет большую роль в загрязнении воздуха, один из важнейших шагов». Она сказала, что Великобритания готовит законопроект об окружающей среде, который упростит для местных властей обеспечение соблюдения существующих ограничений относительно выделения дыма. Однако министры не планируют запрещать использование дровяных печей в домашних условиях. Интересно, а если все-таки запретят, то какие альтернативы будут предложены?