Консультации строителя онлайн.


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. 

Вред печного отопления

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).

Отопительные системы, используемые в Финляндии

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.

Продукты неполного сгорания топлива попадают в атмосферу

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/м3 при ПДК, рекомендованной  ВОЗ для среднесуточной концентрации  25 мкг/м3. По статистике ВОЗ, при увеличении концентрации твердых взвешенных частиц в воздухе на каждые 10 мкг/м3 суточная смертность возрастает на 0.2-0.6%.

Приготовление пищи на огне

 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/м3 при норме по рекомендациям ВОЗ 0, 12 нг/м3 ; концентрация формальдегида (канцероген 1 группы) возрастает до 26 мкг/м3 при норме по рекомендациям ВОЗ 9,9 мкг/м3 (для зимнего время);  концентрация бензола (канцероген 1 группы) возрастает до 30-45 мкг/м3 при норме по рекомендациям ВОЗ 1,7 мкг/м3

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. 

Продолжение статьи: Способы снижения потенциального вреда от воздействия печного отопления на организм человека

Литературные источники:

1.Residential heating with wood and coal: health impacts and policy options in Europe and North America. World Health Organization, 2015
2. Air pollution and cancer. IARC scientific publication №161, 2013.
3. Strategies for reducing residential wood smoke. U.S. Environmental Protection Agency,2013
4. Code of practice for residential wood burning appliances.Canadian Council of Ministers of the Environment, 2012
5. U.S. Environmental Protection Agency (EPA) https://www.epa.gov/burnwise