I løbet af de sidste par år med hyppige og intense naturbrandsæsoner har mange dele af USA oplevet farlig luftkvalitet i dagevis. Samtidig er der kommet en række billige luftkvalitetsmonitorer på markedet, som giver forbrugerne mulighed for at kontrollere forureningsniveauet i deres eget hjem og kvarter. Så luftkvalitetsforskere ved Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) ønskede at vide: er disse lavprismonitorer gode?
Svaret er: ja - til en vis grad.
Publiceret for nylig i tidsskriftet Sensors, deres undersøgelse testede fire modeller af billige luftkvalitetsmonitorer under faktiske naturbrandforureningshændelser og fandt, at deres aflæsninger af PM2,5 - eller partikler under 2,5 mikron, som er blevet forbundet til respiratoriske og kardiovaskulære problemer - var konsekvent højere end referencemonitoren, der blev brugt af de regulerende agenturer; men da hver skærm havde en relativt ensartet reaktion på røgen, er det muligt at bruge aflæsningerne til at estimere sande PM2,5-niveauer. Samlet set konkluderede forskerne, at monitorerne kan give brugbare oplysninger.
"Vi sammenlignede lavprismonitorerne med en, der bruges af tilsynsmyndigheder i luftovervågningsstationer. Det viser sig, at deres sammenhænge er fænomen alt gode. Når den ene går op, går den anden op på samme tid, og det er proportion alt. Det giver os en masse håb om at kunne bruge dem til reel information," sagde Woody Delp, en af hovedforfatterne af undersøgelsen."Og det kunne fortælle nogen, hvor godt deres nye bærbare luftfilter reducerer røgpartikler. Men fra et absolut synspunkt er det blevet klart, at disse sensorer kræver nogle justeringer og kontroller for at bruge tallene."
Til undersøgelsen, med titlen "Wildfire Smoke Adjustment Factors for Low-Cost and Professional PM2.5 Monitors with Optical Sensors", testede Delp og medforfatter Brett Singer fire lavpris-luftkvalitetsmonitorer:
- IQAir AirVisual Pro
- PurpleAir Indoor
- Air Quality Egg
- eLichens Indoor Air Quality Pro-station
Disse enheder, som koster i størrelsesordenen et par hundrede dollars, blev sammenlignet med referencemonitorer, der blev brugt af regulerende agenturer og forskere, og som koster $20.000 eller mere. De testede også to skærme, der bruges af forskere og industrihygiejne og koster i intervallet $5.000 til $10.000. Derudover sammenlignede forskerne offentlige data fra PurpleAir PA-II-monitorer med nærliggende regulatoriske overvågningsstationer påvirket af fire naturbrande i 2018.
Kalibreringer og justeringsfaktorer
Tidligere har overvågning af luftkvalitet været begrænset til de dyre professionelle skærme, hvilket gør dem utilgængelige til personlig brug. Producenterne anbefaler, at enhederne kalibreres til den specifikke forureningskilde af interesse, fordi sensorerne bruger en optisk registreringsteknik, der reagerer forskelligt på forskellige kilder. Forurening fra en baggårdsgrill eller biludstødning kan afvige i størrelse og tæthed fra forurening fra en skovbrand, og en skovbrand kan udsende andre typer partikler end en bybrand.
De billige skærme bruger den samme optiske registreringsteknik - estimering af partikelkoncentrationer baseret på lysspredning - men bruger masseproducerede optiske sensorer, der ikke er så præcist bearbejdede som dem i enheder af professionel kvalitet. I modsætning hertil er de dyreste skærme, dem der bruges af regulerende myndigheder, kalibreret ved hjælp af gravimetrisk analyse, som er baseret på vægten af partikler.
Med luftkvalitetsmonitorerne indsat på Berkeley Lab inde i en velventileret en-etagers laboratoriebygning indsamlede forskerne data, da lejrbålet brændte i det nordlige Californien i efteråret 2018. De fandt ud af, at de fire lav- omkostningsmonitorer overrapporterede væsentligt PM2,5-niveauer med faktorer på 1,6 til 2,4 gange højere end aflæsningerne på den lovpligtige referencemonitor. De relative ændringer korrelerede dog godt med både de regulatoriske og professionelle monitorer.
Forskerne beregnede en justeringsfaktor på cirka 0,48 ved brug af PurpleAir PA-II-monitorer udendørs under Camp, Carr og Mendocino Complex Brands i Californien og Pole Creek Fire i Utah (hvilket betyder, at aflæsningerne skal ganges med 0,48 at estimere det sande PM2,5-niveau). Denne rettelse er meget tæt på en af datakonverteringsmulighederne ("LRAPA"), der er angivet på PurpleAir-webstedet.
God til andre indendørs forurenende stoffer
I en separat undersøgelse tidligere i år evaluerede Delp og Singer sammen med førsteforfatter Zhiqiang Wang seks billige luftkvalitetsmonitorer ved at sammenligne deres output med reference PM2.5- og PM10-målinger fra 21 almindelige boligkilder, såsom stegning, grillning, mikroovnsopvarmning af popcorn, støvsugning og afbrænding af stearinlys. Undersøgelsen, der er offentliggjort i tidsskriftet Building and Environment, var en opdatering af deres undersøgelse fra 2018.
De fandt ud af, at for de fleste forureningskilder sporede lavprismonitorerne med de professionelle inden for en faktor to for PM2,5. Delp sagde, at forbrugermonitorerne "sætter folk i stand til at identificere aktiviteter, der udsender fine partikler inde i deres hjem, og for at afgøre, om betjening af filtre eller bare at holde vinduer lukkede effektivt reducerer eksponeringen indeni, når der er meget dårlig luftforurening udenfor. Til disse formål fungerer de samt skærme i professionel kvalitet og ser ud til at være meget pålidelige."
"Vi er imponerede og begejstrede over anvendeligheden og ydeevnen af disse luftkvalitetsmonitorer, der koster under $300," sagde Singer, leder af Indoor Environment Group i Berkeley Labs Energy Technologies Area.
Begge undersøgelser blev støttet af Department of Energy's Building Technologies Office og U. S. Environmental Protection Agency Indoor Environments Division.
