Voc content что это
VOC датчик в каждый дом: отслеживаем вредную органику по цене двух чашек кофе
Поскольку я родом из крупного сибирского промышленного города, тема качества воздуха меня беспокоит довольно сильно. Я видел статистику онкобольных и корреляцию с показателями экологического надзора, и решил, что лучше обкладываться датчиками 80 лет, чем прожить 30.
Почему важно отслеживать VOC
И, если вы тоже живете в крупном городе с окнами видом на широкий проспект, то новости не самые приятные.
Каждый раз, когда вы проветриваете комнаты, вместе с кислородом к вам домой может попадать добрый десяток сложных соединений, которые не отслеживаются ни популярными нынче датчиками PM2.5, ни менее привычными CO2 сенсорами.
Изобретаем сенсор
Теперь нагреем датчик до некоторой температуры, чтобы разогретые соединения летучей органики из воздуха оседали на пленке и изменяли ее теплопроводность.
Все это я, конечно же, не изобретал. Все уже изобретено и запатентовано. Сенсоры, использующие в своей работе MOX принцип очень распространены, и, как раз такой вполне подойдет чтобы отслеживать VOC в доме.
Собираем прототип
Чтобы построить наш датчик, определимся с сенсором, который он будет использовать.
После поиска на алиэкспрессе и в магазинах электроники Питера, я остановился на CCS811:
Давайте соберем что-нибудь на ардуинке и, на самом ли деле сенсор так хорош.
Надо сказать, прототип получился в лучших традициях: с кучей соплей, навесного монтажа, быстрых правок прошивки уже после заливания всей схемы термоклеем и плохой 3D-печати. Но свою задачу он худо-бедно выполнил, и показал что датчик действительно хороший.
Не без нюансов
Термостабилизация
Самая главная проблема датчика содержится в принципе его работы. Чтобы разогревать летучую органику, он греется сам. А, поскольку термодатчика в нем нет, его температура перегрева всегда примерно одинакова и без какой-то термостабилизации сенсор начинает показывать скорее свой температурный дрейф, чем что-то полезное.
К счастью для нас, датчик поддерживает внешнюю стабилизацию по температуре и влажности. Он может принимать данные о температуре и влажности, причем в готовом виде, по той же I2C шине. Так что ситуация решается любым дешевым термометром.
DHT11. А почему бы и нет? Нам здесь не нужна какая-то большая точность или стабильность показаний, нам нужно только получать температуру до градуса и влажность до нескольких процентов, чтобы передавать их в газоанализатор. При этом датчик можно купить где угодно и стоит он от 50 до 200 рублей.
Энергопотребление
Поэтому в готовом датчике весь стабилизатор будет отдан датчику, а вместо экрана будем выводить данные в последовательный порт и почитывать их моим умным домом.
Плохо работает в корпусе
Пожалуй, стоило по-другому разместить сенсор в корпусе, потому что отверстий в задней стенке корпуса, которых было достаточно чтобы поддерживать примерно одинаковые температуру и влажность в корпусе и снаружи, для VOC сенсора уже не хватило.
Чтобы сенсор адекватно изменял свои показания и делал это достаточно быстро, корпус для него должен хорошо проветриваться, а сам сенсор не должен быть перекрыт монтажом или креплениями.
Рассчитанные значения CO2 никуда не годятся
В действительности же, это работает крайне плохо: значениям eCO2 можно доверять только при околонулевых значениях летучей органики и нормальных условиях в отсутствии открытых окон и ветра.
Собираем датчик
Итак, сам сенсор работает, если его правильно приготовить.
Пусть новое устройство будет максимально тонким бекендом и просто отдает сырые результаты измерений, которые будут обрабатываться отдельно.
Схема тоже простая и максимально дешевая. Ардуинку, если что, можно заменить на практически любой контроллер с одним-единственным IO портом и реализованной I2C шиной. Я ее выбрал здесь скорее потому, что на ней распаян неплохой понижающий стабилизатор на 3.3 вольта и ее можно прошивать через usb.
Прошивка железки получилась максимально простая и почти никак не использует периферии контроллера. В основном цикле с программной задержкой просто крутится последовательное чтение данных с датчиков и корректировка газоанализатора.
Ссылки на репозиторий с кодом я оставлю ниже, а пока можно собрать весь девайс и посмотреть, как он работает.
Корпус я тоже перемоделировал: вытравить печатную плату мне сейчас нечем, а ждать, пока это сделает JLPCB я не хочу. Поэтому я разместил ардуинку в воздухе на ножках корпуса, а датчики уложил в кроватки и прихватил термоклеем.
Простенький баш-скрипт позволит нам почитать данные и убедиться, что все работает.
Из температуры и влажности, кстати, становится понятно, насколько сильно греется газоанализатор: температура в комнате как минимум на пару градусов ниже, а влажность весной в Петербурге редко опускается ниже 40% даже в квартирах.
После нескольких падений стало понятно, что ничего никуда не отвалится, так что можно накрывать железки крышкой, не забыв сделать в ней хорошую вентиляцию.
Запитываем на ардуинке RESET через резистор подтяжки и склеиваем половинки корпуса.
Пишем клиент
Практически все датчики в доме у меня репортят свои данные в Home Assistant через MQTT шину. Этот не должен стать исключением.
Выходит, что здесь нужен простенький клиент, который будет читать данные из последовательного порта, парсить строчку от датчика и паблишить значения в топики MQTT.
Для начала подойдет. Теперь подождем какое-то время и посмотрим, что происходит с воздухом в квартире.
И есть сразу две плохие новости. Во-первых, не стоило проветривать квартиру под вечер, а во-вторых, клиент и график никуда не годятся.
Датчик, пусть и термостабилизированный, выдает мгновенные значения, превращая график в шум, из которого можно оценить, в лучшем, случае, порядок значений.
Кроме того, скрипт на Python не умеет переподключаться к датчику, если его отключить, а делать это поначалу хотелось часто.
Пишем нормальный клиент
Наш новый клиент должен делать две вещи: правильно усреднять значения датчика и быть максимально автономным. То есть, если я вдруг выдерну девайс из порта и отключу MQTT сервер, а потом верну как было, клиент должен продолжить читать данные
Раз уж так получилось, что в последнее время, я использую Scala-стек, то и клиент для датчика будет на нем и классических акторах, которые я давно хотел попробовать
В качестве алгоритма усреднения данных, после пары экспериментов, я выбрал расчет скользящего среднего по последним N измерениям. Это дает возможность быстро видеть изменения показаний, сглаживать график и практически исключать влияние выбросов, хотя и не является робастной.
Время взглянуть на графики
Подождем еще пару дней чтобы набрать новых значений и посмотрим, во что превратился наш график после усреднения значений.
Реакция на клей для принтера, а если точнее, на растворитель в нем, более детально. При этом, производитель на голубом глазу гарантирует безопасность. Пожалуй, перейду на карандашный клей.
И, наверное, начну открывать окна перед тем как открывать банку с изопропиловым спиртом. Впрочем, датчик говорит, что выветривается он так же быстро, как и появляется.
А это коротко о безопасности домашней 3D печати. Если на PLA, PETS и SBS датчик не отреагировал практически никак, то от попытки попечатать ABS без принудительной вентиляции количество органики выросло до совсем уж нездоровых значений.
Проветривание здорового человека. Отлично видно, как упало значение VOC. Примерно так же отреагировал и отдельный датчик углекислоты, который стоит у меня уже давно.
А на этом графике можно наблюдать, как в городе изменился ветер и дунул с залива, да так, что чуть не унес меня, вместе со всей остальной органикой.
Проверяем правильность показаний
Для начала, убедимся, что наш датчик действительно термостабилизированный. Поскольку, я отслеживаю температуру во всех комнатах, несложно завести еще один виджет в Home Assistant, на котором поискать зависимости графиков температуры и VOC.
При примерно одной и той же температуре, значение VOC выросло почти вдвое. Впрочем, это как раз ничего не доказывает: температурного дрейфа тут и быть не могло. Давайте поищем что-нибудь более явное.
К слову сказать, такой график можно видеть практически каждый вечер: выхлопных газов больше, солнечного тепла меньше. Грустно, но температурного дрейфа здесь тоже нет. Поищем что-нибудь еще.
А здесь наоборот, типичная картина для середины дня: транспорта вокруг меньше, а солнце как раз входит в свой зенит.
Калибровка датчика
Поскольку датчик ничего не знает о референсных значениях, его автоматическая ежедневная калибровка состоит в обновлении бейзлайна по нижнему значению.
Это подходит для большинства сценариев домашнего использования, но, поскольку, калибровочное значение сбрасывается после перезагрузки, иногда можно видеть такую картину.
Здесь произошло сразу две вещи: сброс бейзлайна и остывание датчика, которому потребовалось какое-то время на то, чтобы снова разогреться до рабочей температуры.
Начинать верить показаниям сенсора, если ориентироваться на сравнении расчитанного им CO2 и точно известным значением от другого датчика, можно через несколько часов непрерывной работы, а на то, чтобы откалиброваться полностью, датчику требуется чуть больше суток.
Для меня, у которого этот датчик работает всегда, это совершенно нормально, но в прошивке несложно добавить ручную калибровку, подобно тому, как это сделано для термостабилизации.
После того, как датчик самостоятельно откалибровался, его показания не будут меняться без изменения окружающей среды.
Стоимость
Я обещал хороший датчик VOC по цене двух чашек кофе. В его качестве можно не сомневаться после всех графиков выше, так что теперь посчитаем стоимость компонентов:
Итого вышло 812 рублей, что чуть-чуть дешевле, чем два стакана Декаф Ванильный Латте Миндальное Венти из старбакса по цене 420 рублей за чашку. На оставшиеся деньги можно как раз купить МГТФ кабель и подтягивающий резистор для датчика влажности.
За эти деньги можно, чутка поработав паяльником, получить хороший рабочий датчик летучей органики, который будет привлекать внимание не только к новой мебели, но и к тому, из чего она сделана.
Летучие органические соединения в вейпах
Новый перевод статьи с блога Rursus’а «Между и за строками».
Содержание и навигация
Летучие соединения
VOC опасны следующим: Люди могут в перспективе заболеть от воздействия летучих органических соединений в воздухе помещения. Чаще всего от этого страдают дети, пожилые и особо чувствительные люди.
VOC, или иначе «летучие органические соединения», постоянно упоминаются, чтобы привлечь внимание, когда речь идет об опасности «пассивного парения». Используются, среди прочего, следующие научные работы:
Т.Р. Маколи и др.: «Сравнение эффектов паров электронной сигареты и сигаретного дыма на качества воздуха в помещениях» (T R McAuley et al: Comparison of the effects of e-cigarette vapor and cigarette smoke on indoor air quality ).
а также 19-й том «Красного ряда»
Немецкого исследовательского центра рака: «Электрические сигареты – Обзор» (DKFZ: Elektrische Zigaretten – ein Überblick )
Летучие соединения в вейпах
В этих источниках можно прочесть, что некоторые из перечисленных ниже VOC были обнаружены в выдыхаемом паре электронной сигареты:
Звучит действительно страшно, правда? Так много химических веществ! Теперь представьте, что дети должны дышать этой потенциально вредной химической смесью! Это было бы безответственно, не так ли?
Это звучит достаточно весомо, чтобы применить к пару электронной сигареты (неважно, с никотином или без) закон о защите некурящих и запретить использование в ресторанах, кафе, общественных зданиях, а также вблизи детских площадок!
Между строк
Проблема с указанными выше летучими органическими соединениями:
Они возникают при каждом выдохе любого человека!
Итак: Каждый раз, когда человек выдыхает, то он выдыхает, среди прочего, в небольших, безвредных количествах эти летучие органические соединения:
Так что, если кто-то в очередной раз будет предупреждать о наличии летучих органических соединений (VOC) в парах электронной сигареты, присмотритесь внимательней! Скорее всего, в качестве причины для запрета упоминаются VOC не от паров электронной сигареты, а от воздуха, выдыхаемого человеком.
Не попадитесь на этот глупый и пугающий аргумент, а спросите:
Это должно, по крайней мере, закрыть тему «летучих органических соединений».
Rursus
P.S. Возможно, нам стоит начинать думать над тем, чтобы вообще запретить людей в местах для некурящих?
Если вы нашли ошибку, выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
VOC-FREE
Органические химические вещества с низкой температурой кипения выделяют значительное количество молекул в виде пара, жидкости или твёрдого вещества в окружающую среду.
Виды VOC многочисленны, разнообразны и встречаются повсеместно. Они бывают как природного, так и искусственного происхождения. Большинство ароматов и запахов являются VOC. Применение химических VOC регулируется законодательно, особенно внутри помещений, поскольку их высокая концентрация может оказывать негативное влияние на здоровье человека. Как правило, европейские производители указывают на этикетках содержание VOC.
Основным источником VOC в лакокрасочных материалах являются растворители. Чем выше содержание VOC, указанное на этикетке, тем больше растворителей входит в состав материала, и тем ниже его сухой остаток. То есть фактически все лакокрасочные материалы, содержащие растворители, содержат VOC. Чем ниже точка кипения растворителя, тем растворитель более летучий, более агрессивный и обладает более резким запахом. И наоборот, чем точка кипения выше, тем растворитель более медленный, менее агрессивный, с менее выраженным запахом.
Материалы VOC-FREE – это материалы без содержания летучих органических соединений. Все компоненты, входящие в их состав, имеют высокую точку кипения (более 250 °С). Благодаря этому они более дружелюбны к окружающей среде. Все материалы прошли тестирование в независимых испытательных лабораториях, где документально подтверждено отсутствие в их составе VOC.
* Замеры производятся при стандартном атмосферном давлении 101,3 кПа. Директива 204/42/СЕ Европейского Парламента
Статью подготовила,
Дарья Артынская (полиграфический эксперт)
TVOC – что необходимо знать о летучих органических соединениях.
Качество воздуха является одним из основных факторов, оказывающих влияние на здоровье. Большую часть времени мы проводим в помещении, поэтому необходимо обеспечить хорошее качество воздуха дома, на работе и в учебных заведениях. В настоящее время, с учетом распространения коронавирусной инфекции, этот вопрос важен как никогда.
Несмотря на очевидную значимость, многие аспекты данного вопроса зачастую игнорируются, а некоторые виды загрязнений и вовсе малопонятны для нас. Одна из групп загрязнений, вокруг которой ведется много споров, представлена VOC (летучими органическими соединениями). Многообразие загрязнений, входящих в эту группу, может показаться крайне сложным. Именно поэтому мы решили посвятить данному вопросу отдельную статью.
Что такое VOC?
Летучие органические соединения (VOC) характеризуются высокой степенью стабильности и низкой растворимостью. Иными словами, эти частицы плохо связываются друг с другом и слабо растворяются в воде. Эти соединения представляют особую опасность, поскольку они вредны для здоровья, обладают канцерогенными свойствами и подвержены испарению при обычных атмосферных условиях.
Как и термин «взвешенные частицы (PM)», понятие VOC не относится к какому-либо конкретному веществу. Напротив, VOC охватывает целый класс веществ, обладающих схожими химическими свойствами. Существуют тысячи таких веществ, вот лишь некоторые из них:
При оценке количества VOC в помещении Вы столкнетесь с понятием TVOC (общие летучие органические соединения).
Почему сложно дать определение термину TVOC
В класс VOC входит большое количество веществ, поэтому постоянно отслеживать их индивидуальную концентрацию не представляется возможным. Именно по этой причине для оценки концентрации летучих органических соединений в помещении было введено понятие TVOC (общие летучие органические соединения).
TVOC включают в себя все классы летучих органических соединений. Если у Вас есть монитор качества воздуха, то Вы можете контролировать индекс TVOC.
К сожалению, общепринятого определения TVOC не существует. Многие стандарты включают в TVOC разные группы органических соединений, а некоторые стандарты предусматривают классификацию органических частиц по их весу.
Что является источником VOC?
Источником VOC может быть как антропогенная, так и природная среда. Многие производители используют VOC в составе неорганических растворителей, поэтому VOC содержатся в обычных продуктах бытовой химии, в частности:
VOC содержатся не только в спреях и аэрозолях. Такие изделия как клеящие вещества, новая мебель, ковры, строительные материалы и фанера вырабатывают VOC в процессе эмиссии газов. Именно поэтому новые здания и помещения после ремонта могут представлять существенную угрозу для здоровья, поскольку до того момента, пока уровень выработки загрязнений новыми материалами не снизится, помещение будет задерживать и накапливать в себе опасные летучие органические соединения.
Помимо предметов бытового обихода, наши тела также являются источником VOC. Конечно, биологические выделения человека в целом менее опасны, чем продукция химической промышленности, но при этом они также могут вызывать определенные негативные реакции.
Многие полагают, что летучие органические соединения представляют опасность только в помещении, но это не так. Уровень VOC на открытом воздухе не представляет собой какой-либо опасности (за исключением зон, расположенных в непосредственной близости к промышленным территориям), но может являться составляющим фактором других форм загрязнений окружающей среды, в частности, смога.
Все VOC опасны?
С учетом огромного количества летучих органических соединений возникает вопрос – все ли они вредны?
Некоторые крайне опасны – а именно формальдегид и бензол, присутствующие в клеях и красках, сигаретах, автомобильных выбросах, бытовых приборах, моющих средствах, мебели, отделочных материалах и средствах личной гигиены. Следует контролировать концентрацию этих веществ, поскольку бензол является опасным канцерогеном, а формальдегид входит в перечень веществ, которые также могут провоцировать развитие рака.
Прочие летучие органические соединения менее вредны и зачастую происходят из природных источников. Например, растения вырабатывают собственный спектр VOC при взаимодействии с окружающей средой. Эти вещества в большинстве своем практически безопасны для человека.
Однако результаты некоторых исследований показывают, что определенные природные источники VOC, в частности, биологические выделения человека, могут приводить к долгосрочным изменениям уровня кортизола. Несмотря на то, что клинических исследований по данному вопросу не проводилось, очевидно, что органические VOC могут вызывать стрессовый отклик со стороны человеческого организма.
Как VOC влияют на здоровье человека?
Из предыдущего материала очевидно, что некоторые летучие органические соединения крайне опасны, другие могут представлять меньшую угрозу. В основном симптомы, сигнализирующие о негативном воздействии VOC, включают в себя:
Долгосрочное воздействие больших концентраций летучих органических соединений может оказывать негативное воздействие на здоровье, в частности, на состояние почек, печени, нервной системы и даже вызывать онкологию.
Действенные меры защиты от VOC
Что можно сделать для снижения воздействия летучих органических соединений на наше здоровье?
Обеспечьте усиленную вентиляцию помещения
Одной из основных причин роста концентрации летучих органических соединений в помещении является недостаточная вентиляция. Частицы VOC с поверхности предметов домашнего обихода накапливаются внутри помещения, если в нем не обеспечен достаточный воздухообмен.
Устраните эту причину для снижения концентрации летучих органических соединений.
Используйте бытовую химию в соответствии с инструкциями
Средства бытовой химии, содержащие летучие органические вещества, поставляются с подробными инструкциями по применению, которые необходимо соблюдать, поскольку при смешивании нескольких продуктов, их неправильном хранении или использовании возникает прямая угроза здоровью, а иногда и жизни.
Используйте монитор качества воздуха для контроля концентрации VOC
Соблюдение правил использования бытовых химических средств и включение режима усиленной вентиляции помогают снизить концентрацию летучих органических соединений, однако полностью быть уверенным в качестве воздуха, которым Вы дышите, можно только благодаря использованию устройства мониторинга качества воздуха, ведь большинство химических веществ, входящих в класс VOC, не только невидимы, но и не имеют запаха. Устройство мониторинга качества воздуха позволяет контролировать концентрацию VOC и выявлять их источники. В частности, индекс TVOC существенно возрастает при приготовлении пищи. Благодаря устройству контроля качества воздуха Вы будете точно знать, когда необходимо включить вентиляцию, а также выявите основные источники летучих органических соединений в Вашем доме.
Правильно храните вещи
Образование VOC зачастую происходит в пассивном режиме – предметы, вещи и бытовые химические средства вырабатывают колоссальное количество летучих органических соединений, даже когда Вы ими не пользуетесь. Например, одежда после химчистки некоторое время выделяет перхлорэтилен – потенциальный канцероген. Рекомендуем не хранить одежду после химчистки в помещении до устранения сильного запаха, исходящего от вещей, или же забирать вещи из химчистки, только убедившись в отсутствии сильного запаха.