Před dvěma a půl lety jsme se přestěhovali do čtvrti s rodinnými domy na kraji Brna. A ač se tu nenachází žádná velká doprava nebo průmysl, vzduch je tu v zimě často horší než v centru. Mnoho let už platí, že mezi nejvýznamnější znečišťovatele vzduchu patří lokální topeniště. Do řízeného větrání jsme museli pořídit tři filtry, dva uhlíkové a jeden indukční, abychom to v domě necítili, když to u nás sousedi rozjedou.

Jak jsem vybíral

Vzhledem k tomu, že už v domě přes Home Assistant měřím a sleduji kde co, říkal jsem si, že by nebylo špatné sledovat i kvalitu vzduchu venku. Když jsem přemýšlel, jaké řešení si pořídit, měl jsem tři hlavní kritéria:

1. Kvalitní senzor. Drahá řešení stojí desítky tisíc, což bylo samozřejmě úplně mimo zvažované cenové pásmo. Chtěl jsem se ale vyhnout také tomu nejlevnějšímu, což člověk zpravidla nalezne v těch „multi-meteo stanicích“, kde jeden levný čip měří klidně 7 hodnot vzduchu a ani jednu pořádně.
2. Provedení pro venkovní nasazení. Třeba Ikea má obstojný senzor v zařízení za pár stovek, ale je určené k měření uvnitř budovy. Jsou tací, kteří jej předělávají na venkovní, ale s tím jsem nechtěl experimentovat.
3. Hotová integrace s Home Assistant. Nechtělo se mi totiž psát něco vlastního a udržovat to. Dnes vše monitoruji přes HA, takže pokud se s ním neumí něco integrovat, má to u mě velký handicap.

Vítěz: AirGradient OpenAir

Nakonec mé požadavky nejlépe splňoval AirGradient OpenAir. Ten je nabízený ve dvou variantách: buď kompletně složený včetně záruky a certifikace nebo ve formě skládačky. První varianta stojí 190 dolarů, druhá 125. Vybral jsem tu druhou. K tomu jsem musel připočíst ještě 25 dolarů poštovné, protože zařízení se odesílají z Thajska.

Zařízení dorazilo docela rychle. Za dva týdny od vytvoření objednávky. Čekal jsem, že budu kontaktovaný kvůli celnímu řízení, abych odvedl DPH, ale jednoho dne se pošťák objevil před domem a předal mi balíček bez jakéhokoliv doplatku. Zařízení prý putují do Evropy lodí a pak je přebírá nizozemská pošta, která je potom předává naší. Co jsem tak četl, tak je to o štěstí. Někdy to spadne do celního řízení, někdy ne. Pokud ano, tak si člověk musí připravit dalších cca 26 dolarů na DPH.

Složení a zprovoznění

Samotné složení je brnkačka. Nemusíte nic pájet. Stačí vám šroubováček, který je součástí balení. Do 15 minut není co dělat. Poté ale ještě musíme na zařízení „flashnout“ firmware (u složené varianty už je nahraný). To můžete udělat přímo z prohlížeče, ale nefungovalo mi to z Firefoxu, pouze z prohlížeče založeného na Chromiu. A i tam jsem narazil na chybu: failed to execute ‘open’ on ‘SerialPort’: Failed to open serial port. Tu lze v Linuxu vyřešit příkazem:

sudo setfacl -m u:USERNAME:rw /dev/ttyACM0

K zařízení je dodáván čtyři metry dlouhý napájecí USB kabel, zdroj si musíte opatřit sami, ale stačí takový, který zvládne 2A. Venku by mělo být zařízení umístěné alespoň 90 centimetrů nad zemí, aby nebylo ovlivněné zvířeným prachem. A nesmí být na ničem postavené, protože vzduch nasává zespodu. Komunikace se zařízením probíhá přes WiFi. AirGradient má vlastní webovou službu, kam může zařízení posílat data a vy je tam sledovat (na rok je zdarma, pak za 2 dolary na měsíc). Zároveň má příkladnou podporu pro Home Assistant. Stačí připojit do stejné sítě, v které máte HA, a za chvíli se vám v HA sám nabídne. Stačí přidat a během chvilky máte v HA 9 nových entit poskytujících data o venkovním vzduchu.

O kvalitě ovzduší

Kvalita ovzduší se zpravidla uvádí v hmotnosti pevných částic na metr krychlový vzduchu. Takovým zlatým standardem je PM_2,5, což jsou částice menší než 2,5 μm. Čidlo v AirGradientu ale umí měřit také PM₁₀ (částice do 10 μm), PM₁ (částice do 1 μm) a dokonce PM_0,3 (částice do 0,3 μm). Původně jsem si říkal, že je super, že AirGradient umí měřit různé velikosti částic, zvlášť ty malé, protože se ukazuje, že právě ty mají na zdraví největší vliv. Třeba dnešní diesely už sice nevypouští velké černé saze, ale ty aspoň odchytily naše dýchací cesty, dál ale vypouští mikročástice, které se dostanou až do krevního řečiště.

Nicméně jak nedávno přiznali také autoři AirGradientu, pokud nemáte opravdu hodně drahé zařízení, přesnost měření částic mimo PM_2,5 je diskutabilní. Oni sami se rozhodli dále zaměřovat úsilí na co nejpřesnější měření PM_2,5. Další hodnoty dále poskytují, ale jsou spíše orientační. Pro PM_0,3 to platilo vždy. Jeho hodnoty jsou v počtu částic na litr a nejsou nijak kalibrované, takže můžou sloužit ke sledování relativních rozdílů u jednoho zařízení, ale nejde je porovnávat mezi různými zařízeními.

Z vlastního pozorování jsem zjistil, že hodnoty všech sledovaných rozsahů velikostí částic velmi korelují. Když roste PM_2,5, rostou podobně i všechny ostatní. To nepřekvapí už jen kvůli tomu, že se navzájem překrývají: PM₁ je podmnožinou PM_2,5 a to je zase podmnožinou PM₁₀. Proto opravdu platí, že je lepší se zaměřit na co nejpřesnější měření PM_2,5, než nepřesně měřit několik různých spekter velikostí částic. Pokud vaše zařízení umí měřit jen PM_2,5, není to problém, hlavně když ho umí měřit přesně.

Co prakticky žádné měření kvality ovzduší neřeší, je otázka, z čeho dané částice jsou. Může to být pyl, který je zdraví neškodný, pokud zrovna nejste alergici, může to být azbest, který je vyloženě karcinogenní. Na tohle vám žádné takové zařízení už odpověď nedá. Složení částic můžou sledovat nějaká cílená měření, když je třeba podezření na znečištění zakázanými látkami, ale dlouhodobé sledování kvality ovzduší se omezuje pouze na množství částic, protože těch látek mohou být tisíce, měření by bylo nákladné a výsledky těžko srovnatelné.

Kromě pevných částic umí AirGradient měřit také NO_x, který přestavuje NO a NO₂. Nicméně momentálně pouze v podobě indexu zachycujícím relativní změny. Každých 12 hodin se stanoví průměr, který představuje 1. Pokud se koncentrace NO_x zvýší na dvojnásobek, změní se hodnota na 2. Podobně měří VOC (těkavé organické látky). Jen je měření citlivější a index má rozsah hodnot 0 až 500, přičemž průměr za posledních 12 hodin je 100. Umí měřit také CO₂. U venkovního nasazení to tak trochu postrádá smysl, protože globální hodnota je cca 426 ppm (pro tento rok) a v mém případě se naměřené hodnoty pohybují v rozsahu 400-430 ppm, což je prostě jen nepřesnost měření. Podle tvůrců AirGradientu se ale může měření CO₂ hodit ve specifických případech i venku.

AirGradient měří také venkovní teplotu a vlhkost, takže zastane i základní funkce meteostanice. Má však jeden handicap: teplotní čidlo je ohříváno běžícím hardwarem, takže hlásí vyšší hodnoty, než venkovní vzduch ve skutečnosti má. Tvůrci AirGradientu ale vytvořili kompenzační algoritmus, který by měl měřené hodnoty podstatně přiblížit skutečnosti. Můžu porovnávat pouze s meteostanicí, která se nachází na zahradě cca 5 metrů od AirGradientu. Někdy jsou jejich hodnoty prakticky ve shodně, někdy se liší o celý stupeň. Věřím spíše meteostanici, která bývá častěji ve shodně s ostatními meteostanicemi v okolí.

Open source a transparentnost

Velkým bonusem AirGradientu pro mě je, že vše, co dělají, dělají otevřeně. Zdrojové kódy jsou k dispozici. Veškeré jejich studie a měření také. Každé takové zařízení má nějaký korekční algoritmus. I AirGradient si takové vytvořil nejen pro teplotu, ale i pro PM_2,5. Na 20 místech ve světě mají svá zařízení nainstalovaná vedle drahých profesionálních měřičů a podle nasbíraných dat korekční algoritmy ladí. U jiných výrobců to je zpravidla „secret sauce“, kterou si nechávají pro sebe. AirGradient je zveřejňuje a navíc podrobně popisuje, jak se k nim dobral. Dobrou zprávou je, že korekční algoritmy už jsou součástí integrace v Home Assistantu, takže tam člověk automaticky dostane ty nejpřesnější hodnoty.

Zobrazení v Home Assistantu

Co mi v Home Assistantu chybělo, je nějaká prezentace hodnot. Moc se mi líbil graf ve webové službě AirGradientu, tak jsem se ho pokusil reimplementovat pro HA (až si najdu čas, hodím to do nějakého git repa, kdyby to chtěl někdo rozšířit). Ukazuje pětiminutové průměry za posledních 12 hodin. Každý sloupec je zbarvený podle toho, do kterého pásma patří (z AirGradientu jsem převzal pásma americké Environment Protection Agency). Mám tam také čáru představující doporučení WHO.

Poznatky z praxe

A jaké jsou po měsíci poznatky z praxe? Vzduch u nás přes zimu opravdu není dobrý. Za posledních 30 dní byl pouze jeden den s průměrnou hodnotou, která by se podle EPA dala označit za dobrou (do 9 μg/m³), ani ten ale nedosáhl doporučení WHO (do 5 μg/m³). V šesti dnech byla průměrná hodnota v pásmu „nezdravé pro citlivé osoby“ (35-55 μg/m³) a zbytek dnů v pásmu, kdy se má omezovat jen intenzivní fyzická aktivita venku (9-35 μg/m³). Nedělal jsem žádné sofistikované srovnání, ale vzduch byl často horší u nás než v centru Brna, kde je sice hustá automobilová doprava, ale zase skoro žádná topeniště na tuhá paliva, což mi potvrzuje teorii, že v zimě je vzduch kvůli nim na periferiích nebo ve vesnicích horší než v centrech velkých měst.

Pětiminutové průměry měly extrémnější hodnoty než výše zmiňované denní a nemálokrát dosahovaly pásma, které už je nezdravé pro všechny a kdy se doporučuje omezit pohyb venku (55-125 μg/m³). Jednou jsem byl běhat při hodnotách PM_2,5 kolem 60 μg/m³ a opravdu to nebylo nic příjemného, špatně se mi dýchalo a po čtyřech km jsem to raději zabalil. Aktuálními hodnotami se teď řídím, pokud se rozhoduju, jestli půjdu běhat nebo ne. Je totiž otázka, jestli pohyb v takovém vzduchu má vůbec čistý pozitivní vliv na zdraví. Vzhledem k tomu, že většina znečištění pochází z lokálních topenišť, není překvapivé, že nejhorší hodnoty jsou zpravidla večer, kdy se vrátí lidi z práce a zatopí. Naopak nejlepší hodnoty bývají kolem poledne, to ale člověk sedí v práci a na běhání jaksi nemá čas.

Často od lidí slyším, že žádné měření kvality vzduchu nepotřebují, protože mají přece nos. To je sice pravda, ale mám vyzkoušené, že mezi zápachem a množstvím pevných částic ve vzduchu není úplně pevná korelace. Někdy venku nejde cítit nic a přesto kvalita vzduchu není dobrá, takže na nos se úplně spoléhat nelze.