Ученые разработали самодельный очиститель воздуха. И он превзошел дорогие фильтры-аналоги

Недорогие самодельные очистители воздуха оказываются столь же эффективными, как и дорогие коммерческие устройства, в защите помещений от дыма, от лесных пожаров и вирусов, передающихся воздушно-капельным путем. Разработанный во время пандемии Covid-19, Corsi-Rosenthal Box использует простые материалы: фильтры HVAC, картонную раму и вентилятор для очистки воздуха в домах, школах и офисах.

Когда лесные пожары угрожают сообществам, их воздействие на здоровье выходит далеко за рамки пламени. Дым задерживается в воздухе, разносится ветром в дома, школы и рабочие места, представляя серьезную опасность даже на больших расстояниях от пожара.

Чтобы помочь людям защитить себя в помещении, исследователи разработали недорогой и долговечный самодельный очиститель воздуха. Это простое устройство работает наравне с дорогими фильтрами HEPA, удаляя из воздуха загрязняющие вещества, такие как дым от лесных пожаров, и потенциально снижая распространение заболеваний, передающихся воздушно-капельным путем.

Ричард Корси, декан Инженерного колледжа Калифорнийского университета в Дэвисе, представил результаты недавних исследований своей команды по самостоятельной фильтрации воздуха на цифровой конференции ACS Spring 2025, организованной Американским химическим обществом.

Даже когда люди остаются в помещении в задымленные дни, они все равно подвергаются воздействию вредного воздуха. Это связано с тем, что большая часть загрязнений, которыми они дышат, на самом деле исходит из внутренних источников, включая загрязняющие вещества, которые просачиваются извне. Исторически качество воздуха в помещении получало гораздо меньше внимания, чем такие проблемы, как загрязнение воды.

Ситуация изменилась с появлением Covid-19. «Средства массовой информации не уделяли особого внимания качеству воздуха в помещениях, а затем началась пандемия, и внезапно появилась прекрасная возможность проинформировать общественность об этой проблеме», — говорит Корси.

Зная, что не все могут работать из дома и что детям рано или поздно придется вернуться в школу, Корси понял, что людям нужен доступный способ сделать воздух в помещении максимально безопасным.

«Вот тогда у нас возникла идея недорогого и эффективного воздухоочистителя, который люди могут собрать сами», — объясняет он. Корси надеялся охватить как можно больше людей, которые не могли выложить сотни долларов за коммерческий воздушный фильтр HEPA.

Решение «сделай сам», названное Corsi-Rosenthal (CR) Box, было разработано совместно со специалистом по фильтрации Джимом Розенталем. CR Box состоит из четырех воздушных фильтров, обычно используемых в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), картонной основы и вентилятора для протягивания воздуха через фильтры к потолку. Поскольку компоненты относительно недорогие, CR Box стоит в разы дешевле воздушного фильтра HEPA.

Как подчеркивает Корси в своей презентации, он и его коллеги недавно протестировали долговечность и производительность CR Boxes, установив блоки в четырех местах по всему кампусу Калифорнийского университета в Дэвисе. Они проработали с ними 2,5 тыс. часов — эквивалент двух школьных лет K-12.

Фильтры CR Box работали также хорошо или даже лучше, чем сопоставимые фильтры HEPA. Система DIY также была более эффективна при очистке частиц диаметром 1-3 микрометра, чем частиц диаметром 0,35-1 микрометр. Для ощущения масштаба: типичные частицы дыма меньше 1 микрометра, тогда как пыль и пыльца — 0,5-3 микрометра.

Хотя фильтры HEPA более эффективны при удалении частиц за один проход, чем фильтры HVAC, используемые в системе DIY, объясняет Корси, через CR Boxes проходит гораздо больше воздуха, что приводит к удалению большего количества частиц из него.

Несмотря на, то что эффективность CR Boxes со временем снизилась, они все равно работали лучше, чем новые и более дорогие воздушные фильтры HEPA для частиц большего размера, и конкурировали с HEPA для частиц меньшего размера в течение длительного периода исследования.

Чтобы проверить, могут ли CR Boxes также удалять частицы, выдыхаемые людьми во время разговора или при чихании, исследователи протестировали системы на респираторных шлейфах.

«Мы создали ситуацию, когда два человека разговаривают через стол рядом с симулятором респираторного шлейфа, — объясняет Корси. — Затем мы измерили распад этого шлейфа без CR Box и с коробками, расположенными по всему помещению и работающими с разной скоростью».

Исследователи обнаружили, что когда CR Box находится на расстоянии от 91 см до 120 см от говорящих людей, респираторный шлейф рассеивается в течение нескольких секунд на расстоянии от устройства фильтрации воздуха.

В целях будущих усовершенствований Корси хотел бы перепроектировать лопасти вентилятора, чтобы сделать CR Box более тихими, и он видит потенциал для модификации фильтров для удаления других загрязняющих веществ в помещении, таких как формальдегид из мебели и строительных материалов, а также озон из смога и некоторого офисного оборудования.

На более личной ноте он ценит чувство расширения прав и возможностей, которое CR Boxes дают людям. «Одна вещь, которая меня очень радует, — это количество людей, которые говорили мне, что они получают огромное личное удовлетворение от осознания того, что они создают что-то, что помогает им, их семьям или их ученикам», — сказал он на встрече ACS Весна 2025 «Оценка эффективности доступных по цене воздухоочистителей с открытым исходным кодом на основе фактических данных».

Воздухоочистители с открытым исходным кодом (сделай сам) на основе фильтра стали популярными в ответ на пандемию Covid-19, учащение лесных пожаров во многих регионах и повышение осведомленности общественности о неблагоприятных последствиях содержания твердых частиц в воздухе в целом.

Эти системы обеспечивают преимущество низкой стоимости, например, около 1/3-й-1/8-й капитальных затрат сопоставимых воздухоочистителей на основе HEPA, с аналогичными периодическими расходами.

Несколько исследовательских групп протестировали один тип воздухоочистителя с открытым исходным кодом, называемый Corsi-Rosenthal Box (CR Box), для определения скорости подачи чистого воздуха (CADR) и обнаружили, что они более эффективны, чем воздухоочистители на основе HEPA, и с высокой эффективной скоростью воздухообмена в помещениях правильного размера.

Будут представлены последние исследования CR Boxes, завершенные в Калифорнийском университете в Дэвисе. Одно из них включало продольную производительность CR Boxes, размещенных в разных университетских зданиях, и показало превосходную производительность в диапазоне размеров частиц в течение времени работы, соответствующего двум школьным годам K-12.

Эффективность удаления за один проход для всех размеров частиц в целом соответствовала или превышала ожидаемые для фильтра MERV-13. Первоначальный CADR варьировался от приблизительно 600 м3/ч до 1,5 тыс. м3/ч для частиц малого (0,3 мкм) и большого (3 мкм) диаметра соответственно при настройке высокого потока, с некоторым снижением CADR, вероятно, из-за потери электростатического заряда на фильтрах. CADR для настроек низкого и среднего потока были ниже, но все же превышали показатели коммерческих воздухоочистителей HEPA.

Второе исследование включает в себя влияние CR Boxes на условия смешивания в помещении и быстрое рассеивание респираторных шлейфов с использованием моделируемых перекрестных шлейфов, испускаемых симулятором дыхательной системы с углекислым газом в качестве инертного респираторного трассера.

CR Boxes размещаются в различных положениях относительно источника и рецептора с дополнительными изменениями в настройках потока вентилятора. Результаты указывают на преимущества вблизи инфекционного объекта, которые дополняют удаление респираторных аэрозольных частиц, содержащих вирус, в дальнем поле.

В совокупности растущая база данных, касающихся самодельных воздухоочистителей в целом и CR Boxes в частности, указывает на потенциал значительной эффективности и устойчивой производительности при снижении воздействия на обитателей зданий мелких и крупных частиц как внутреннего, так и наружного происхождения.

В этой презентации будут обобщены основанные на фактических данных знания об эффективности самодельных воздухоочистителей и рассмотрены рекомендации для широко распространенных применений и потребностей в дальнейших исследованиях.

Во время пожаров в Лос-Анджелесе выяснилось, Федеральное правительство США и производители химикатов долгое время скрывали состав розовых средств для тушения лесных пожаров, которые разбрасываются самолетами для сдерживания возгораний. Результаты исследования показали, что эти вещества содержат большое количество кадмия, мышьяка, хрома и других токсичных тяжелых металлов