Печное отопление для здоровья

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:

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.
Печное отопление является одним из ведущих факторов загрязнения атмосферы населенных пунктов.
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.
При невозможности использования газового или электрического отопления для дома лучшим выбором становится пеллетные системы отопления.
При необходимости сохранить печное отопление следует заменить малоэффективные и неэкологичные печи на современные низкоэмиссоные печи с системой дожига дымовых газов.
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

Источник

Малоизвестный вред печного отопления домов для здоровья человека

Вред печного отопления

Дрова, уголь и другие виды твердого топлива использовался для отопления жилищ и приготовления пищи во всех существовавших человеческих цивилизациях. До появления новых источников энергии в XX веке печное отопление было основным видом отопления домов по всему миру. И сегодня первое, с чем ассоциируется загородный дом или дача – это очаг с пылающими поленьями, дарящий дому тепло и уют. Испокон веков печи были основным способом отопления на Руси — будь то простая крестьянская изба или Императорский дворец. Однако и в настоящее время печное отопление в России не спешит сдавать свои позиции: результаты переписи населения в 2010 году показали, что печное отопление является основным в 40% сельских домохозяйств (дома и квартиры), в 14% домохозяйств в поселках и в 6% городских жилищ. По сравнению с результатами переписи населения России 2002 года число домохозяйств, использующих печное отопление, снизилось на четверть. Для сравнения в 2008-2009 годах только 1% домовладений в Великобритании имели печное отопление на дровах или угле. В Германии и Франции доля таких жилищ составляла 4%, а в США 2%. В небогатой Литве доля домовладений с печным отоплением гораздо выше – 23%. Основным источником энергии для отопления домов в зарубежных странах служит магистральный газ (34-82% домовладений) и электроэнергия (9-35%). Печное отопление, как самый дешевый вид, традиционно используют семьи с низкими и средними доходами. В период экономических кризисов количество домовладений с печным отоплением возрастает. В индустриально неразвитых странах Африки и Юго-восточной Азии дровяные печи используются для отопления и приготовления пищи в 77% и 61% домовладений, соответственно. Обычно, чем ниже уровень жизни семей, использующих печное отопление, тем хуже качество отопительных приборов, больше нарушений правил их установки и эксплуатации и хуже вентиляция помещений. В среднем до сих пор примерно 40% человеческой популяции до сих пор использует дрова и уголь для отопления домов, нагрева воды и приготовления пищи.

Несмотря на то, что печное отопление является, пожалуй, самым доступным видом отопления, а дрова являются возобновляемым и зачастую почти бесплатным энергетическим ресурсом при самостоятельной заготовке, Европейский союз, США, Канада и другие развитые страны принимают ряд законодательных и экономических мер для сокращения числа существующих систем печного отопления, замену старых печных отопительных систем на современные и недопущения их появления в новых домах в их традиционном виде дровяных печей старой конструкции. Например, в некоторых округах в Калифорнии разрешено использовать печи, камины и водонагреватели на дровах только в том случае, если они являются основным источником тепла в доме.

Почему же развитые страны стараются по возможности сократить отопление на дровах? Очевидные ответы – это низкий КПД традиционных дровяных печей, неудобство использования печного отопления с невозможностью автоматизации, неудобство или невозможность использования печного отопления пожилыми людьми или людьми с ограниченным возможностями, высокая пожароопасность дровяных отопительных систем и риски отравления угарным газом при нарушении свободного дымоудаления. Серьезным аргументом сокращения печного отопления является и сокращение выброса парниковых газов в атмосферу. Всего одна дровяная печь устаревшей конструкции выделяет столько же твердых частиц в атмосферу, сколько 5 одновременно работающих старых дизельных двигателей. Не случайно европейская программа «202020», предусматривает 20% сокращение выбросов парниковых газов, 20% потребление энергии из возобновляемых источников и увеличение на 20% энергоэффективности в период до 2020 года) и перспективный переход на бескарбоновую энергетику (сокращение использования углеродосодержащих видов топлива на 80% в период до 2050 года).

Однако, все эти факторы, хотя и являются весьма значимыми, уступают основному, практически неизвестному в России негативному аспекту использования печного отопления: в причинении существенного вреда здоровью людей, выражающемуся в провоцировании серьезных заболеваний, приводящих к преждевременной смерти, таких как онкологические заболевания, заболевания дыхательной и сердечнососудистой системы. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) включила продукты горения твердого органического топлива, попадающие во внутреннюю атмосферу дома в топ-10 ведущих рисков возникновения заболеваний дыхательной системы (удельный вес 2,7% среди всех остальных рисков), приводящих к преждевременной смерти ежегодно 2 миллионов человек от воспалительных заболеваний легких, хронической обструктивной болезни легких, рака легких и других видов онкологических заболеваний. Хотя долгое время считалось, что недолговременное (недели и месяцы) воздействие продуктов горения не оказывает такого существенного вреда здоровью, как постоянная многолетняя экспозиция, последние исследования показали, что даже кратковременное воздействие продуктов горения – в частности, твердых взвешенных частиц, способны вызывать не только заболевания органов дыхания, но и сердечнососудистой системы. Так исследования на добровольцах показали, что даже кратковременное воздействие продуктов сгорания древесины приводит к увеличению сворачиваемости крови, увеличения жесткости артерий, развитию системного воспаления и нарушений в сосудистых стенках, что в совокупности является предрасполагающими факторами для сердечнососудистых заболеваний.

С чем связана опасность воздействия на человека продуктов горения?

При сжигании древесины и угля в печах, каминах и котлах в окружающую атмосферу и во внутреннее пространство дома поступает целый ряд загрязнителей, оказывающих вредоносное воздействие на организм человека. При идеальных условиях горения, весь углерод в древесине и других видах топлива при освобождении энергии будет полностью превращается в диоксид углерода (СО2). Это идеальная 100% эффективность сгорания. К сожалению, эффективность горения традиционных дровяных печей может составлять от 15% до 60%, а современных печей с дожигом дымовых газов или с использованием катализатора – от 75% до 88% у лучших образцов. При горении топлива в неидеальных условиях, включая низкие температуры сгорания, недостаток кислорода (условия, возникающие в т.н. «печах длительного горения», печах с «тлеющим режимом») неоптимальную циркуляцию воздуха, перегрузка топки дровами, использование дров с влажностью более 20% образуется и поступает в атмосферу большое количество вредных твердых и газообразных продуктов неполного сгорания. Продукты горения древесины содержат не менее 14 канцерогенных соединений и 4 соединения, потенциирующих возникновение рака. Не случайно и сажа бытовая отнесена Международным агентством по исследованию рака (IARC, 2012) к веществам, канцерогенным для человека, а сам процесс сжигания органического топлива для отопления дома или приготовления пищи является вероятным канцерогеном (IARC, 2010). Загрязнение внутренней среды дома происходит всегда, несмотря даже на полноценно работающий дымоход. В плотной жилой застройке существенным фактором загрязнения внутренней среды жилищ является инфильтрация эмиссии продуктов горения от соседских домов с печным отоплением. Наиболее подвержены рискам возникновения заболеваний и преждевременной смерти в связи с хронической экспозицией продуктам неполного сгорания древесины и угля женщины и дети. Воздействие продуктов горения древесины и угла на беременных связано с увеличением количество мертворождений и снижения массы тела новорожденных младенцев.

Вредные для здоровья продукты горения древесины и угля.

1.Твердые взвешенные частицы PM2,5, BC, OC

Твердые частицы диаметром 2.5 мкм и менее (PM2,5) является одним из основных загрязнителей воздуха, образующихся в результате сжигания твердого топлива. Негативное воздействие этих частиц на организм человека наиболее хорошо изучено, и показатель их эмиссии является объектом экологических нормативов. Твердые взвешенные частицы древесного дыма оказывают негативное воздействие за счет прямого токсического действие на клетки, за счет окислительного стресса, нарушения обновления поврежденных клеток и токсического воздействию на генетический материал, в результате чего повышается риск возникновения онкологических заболеваний.

Концентрация частиц PM2,5 уменьшается в дымовых газах при увеличении эффективности горения (более полном сгорании топлива). Воздействие частиц PM2,5 является одной из основных причин преждевременной смертности людей, вызванной воздействием неблагоприятных факторов среды обитания. По классификации Международного агентства по исследованию рака (IARC, 2014) Концентрация частиц PM2,5 во внутренней среде дома во время протопки и, особенно, во время приготовлении пищи на огне возрастает до сотен и тысяч мкг/м 3 при ПДК, рекомендованной ВОЗ для среднесуточной концентрации 25 мкг/м 3 . По статистике ВОЗ, при увеличении концентрации твердых взвешенных частиц в воздухе на каждые 10 мкг/м 3 суточная смертность возрастает на 0.2-0.6%.

Угольные частицы BC – один из компонентов частиц PM2,5. Состоящий из черного угля, обладающих наиболее вредоносным воздействием на организм человека за счет адсорбции и переноса газообразных полициклических ароматических углеводородов, являющихся по классификации IARC канцерогенами I и 2 группы (бензопирена (группа 1), бензаантрацен (группа 2В), дибензоантрацен (группа 2А). Даже увеличение эффективности горения не приводит к сокращению концентрации BC частиц.

Частицы недоокисленного органического углерода OC – частицы, вступающие в отсроченные химические реакции в атмосфере.

Дровяное отопление вносит существенный вклад и в загрязнение окружающей среды. Например, в Хельсинки в 2005-2009 годах вклад дровяного отопления в выбросы в атмосферу частиц РМ2,5 за шесть месяцев холодного сезона составил 19-28% в черте города и 31-66% в пригородах. В 2010 году печное отопление было ответственно за эмиссию в атмосферу 21% твердых взвешенных частиц в Центральной Европе и 13% в Восточной Европе.

Соли: калия сульфаты, калия хлориды и карбонаты цинка. При увеличении эффективности горения увеличивается эмиссия солей.

Газообразные загрязнители.

Продукты горения древесины содержат целый ряд газообразных загрязнителей воздуха, оказывающих негативное влияние на состояние здоровья: угарный газ, полициклические ароматические углеводороды, оксиды азота, летучие органические соединения (такие как акролеин, формальдегид (канцероген 1 группы), бензол (канцероген 1 группы), бутадиен (канцероген 1 группы), кислородсодержащие органические соединения (хиноны, фенолы и органические кислоты и спирты). Сжигание угля часто проводит к эмиссии оксида серы. Кроме того при сжигании угля происходит интенсивное загрязнение воздуха фтором, мышьяком, ртутью и свинцом.

Например, при протопке печи или при приготовлении пищи на огне внутри сельского дома концентрация бензпирена (канцероген 1 группы) возрастает до 70 нг/м 3 при норме по рекомендациям ВОЗ 0, 12 нг/м 3 ; концентрация формальдегида (канцероген 1 группы) возрастает до 26 мкг/м 3 при норме по рекомендациям ВОЗ 9,9 мкг/м 3 (для зимнего время); концентрация бензола (канцероген 1 группы) возрастает до 30-45 мкг/м 3 при норме по рекомендациям ВОЗ 1,7 мкг/м 3

Из всего спектра вредных веществ, выделяющихся при горении наиболее выраженным канцерогенным действием обладают PM2,5 и полициклические ароматические углеводороды.

Сочетанное вредоносное действие печного отопления и радиоактивных почвенных газов.

В сочетании с проживанием в малоэтажных домах в радоноопасных районах, при отсутствии защиты дома от радона, в легкие помимо твердых взвешенных частиц попадают радиоактивные частицы изотопов альфа-активного дочернего 214Po (полония-214) и 218Po (полония-218), повреждающие клетки за счет радиоактивного излучения при распаде. Запыленность атмосферы дома с сочетании с повышенной концентрацией радона значительно увеличивает риски возникновения рака легких и преждевременной смерти.

Кроме того, использование печей, каминов и котлов, расположенных внутри общего контура дома (а не в изолированных котельных или в отдельных постройках) создает понижение давления внутри здания, по сравнению с окружающей дом атмосферой, особенно при отсутствии отдельного приточного воздуховода для отопительного прибора, забирающего атмосферный воздух не от поверхности земли и не из подпола (к сожалению, такая схема подачи воздуха к отопительным приборам практически не используется в России). В этом случае, значительно увеличивается поступление (инфильтрация через щели и поры, поступление по воздуховодам с невысоким воздухозабором) радиоактивных почвенных газов от поверхности земли и из подполий за счет градиента давлений.

Источник