Может ли воздух на первом этаже быть чище, чем на пятом?

Высокий этаж принято считать преимуществом, особенно если дом стоит возле оживлённой дороги. Однако измерения от Хельсинки до Сингапура показывают, что иногда полезнее оказаться по другую сторону здания, чем подняться на несколько этажей.

На улице Мякелянкату в Хельсинки воздух на высоте 14 метров оказался грязнее, чем у земли во дворе того же дома. Концентрации двух загрязнителей во дворе были ниже примерно на 27–30%.

На первый взгляд результат странный. Машины ездят по дороге, выхлопные газы поступают в воздух внизу, а значит, чем выше от них находишься, тем чище должно быть. И действительно, на Мякелянкату концентрации загрязняющих веществ уменьшались с высотой. Просто за домом они уменьшались ещё сильнее.

Эти измерения провели специалисты Управления экологических служб Хельсинкского региона (HSY) в 2017–2019 годах. Район для исследования подходил хорошо: плотная застройка, интенсивное движение, высокие стены домов вдоль улицы. В таких местах воздух не всегда свободно рассеивается, особенно при слабом ветре.

Измеряли два загрязнителя. Первый — диоксид азота (NO₂), газ, который содержится, в частности, в автомобильных выхлопах. Второй — PM10, мелкая пыль и другие взвешенные частицы, обычно невидимые по отдельности, но способные попадать в дыхательные пути.

За 100 приняли концентрации на высоте человеческого дыхания со стороны улицы. На уровне карниза, в 14 метрах над землёй, показатели снизились до 82 для диоксида азота и 67 для PM10.

Во дворе за зданием они составляли соответственно 60 и 47.

Мы отдельно сравнили показатели двора с измерениями в верхней части уличного фасада. Получилось, что во дворе концентрация диоксида азота была ниже на 26,8%, а PM10 — на 29,9%.

Наш пересчёт округлённых индексов HSY, Хельсинки, 2017–2019; измерения наружного воздуха.

Человек, стоящий во дворе почти у земли, находился в более чистом наружном воздухе, чем прибор на высоте четырнадцати метров с другой стороны здания.

Это, конечно, не сравнение двух квартир. Но оно помогает понять, почему этаж сам по себе так мало говорит о качестве воздуха возле дома.

Две стороны одного дома

Специалисты HSY уже установили, что длинный жилой дом вдоль Мякелянкату защищает двор от транспортных выбросов. Стены частично препятствуют распространению загрязнений за здание, зато со стороны дороги концентрации остаются выше.

Насколько большой может быть разница между двумя сторонами одного дома?

В Болонье исследователи измеряли загрязнение возле переднего и заднего фасадов здания, расположенного рядом с крупной дорогой. У главного входа число ультрамелких частиц оказалось в 3,4 раза выше, чем сзади. Речь идёт о частицах настолько маленьких, что они в сотни и тысячи раз меньше толщины человеческого волоса. Именно для них наблюдался самый большой контраст; по другим показателям разница была скромнее.

Различия обнаружились и внутри здания.

Авторы работы пришли к выводу, что контраст между двумя сторонами одного дома может быть сопоставим с различиями между жильём возле интенсивного движения и в относительно спокойном районе.

Это существенно меняет привычный подход к выбору квартиры. Обычно сначала смотрят на район, затем на дом, потом на этаж. Между тем две квартиры в одном доме могут получать наружный воздух очень разного качества.

Почему высота не всегда помогает

В другом исследовании, тоже проведённом в Болонье, приборы разместили на пяти высотах от 2 до 65 метров. Наблюдения продолжались примерно по две недели в тёплый и холодный периоды.

Результаты зависели от того, что измеряли.

Массовая концентрация PM2.5, частиц ещё мельче, чем PM10, способных проникать глубоко в лёгкие, уменьшилась между нижней и верхней точками всего на 4% в тёплый период и на 11% в холодный. Число ультрамелких частиц сократилось примерно на 30%, а концентрация диоксида азота зимой упала на 74%.

Такая разница объяснима. Возле дороги велика доля свежих транспортных выбросов, и их концентрации могут быстро уменьшаться по мере удаления от источника. Но PM2.5 включает и частицы, которые ветер приносит из других районов, иногда за десятки и сотни километров. Они уже распределены в атмосфере гораздо шире. Поднявшись на несколько этажей, от местных выхлопов можно частично уйти, а от загрязнения, охватывающего весь город, почти нет.

Однако существуют здания, где концентрации не уменьшаются с высотой даже приблизительно равномерно.

В Сингапуре исследователи изучали два жилых дома возле скоростной магистрали, высотой 16 и 22 этажа. На каждом здании выбрали три уровня: нижний, средний и верхний.

Здесь, как и в Болонье, измеряли именно массу PM2.5, а не количество частиц. Но распределение по высоте оказалось другим.

В обоих домах самые высокие средние концентрации обнаружились на средних этажах. На верхних уровнях воздух был чище всего, но и внизу, несмотря на близость дороги, концентрации оказались меньше, чем посередине.

Авторы рассматривали несколько возможных причин, включая влияние деревьев у земли и движение воздуха вокруг зданий. По этим измерениям нельзя установить, какой механизм оказался главным. Зато хорошо видно, что даже массовая концентрация одного и того же загрязнителя может совершенно по-разному распределяться по высоте в разных городах и зданиях.

В Нью-Йорке наблюдалась похожая, хотя и менее убедительная картина. При измерениях снаружи жилых домов Северного Манхэттена и Бронкса концентрации некоторых загрязнителей были выше всего примерно на третьем–пятом этажах. Различия, правда, не достигли статистической значимости.

Исследователи предположили, что на этих высотах могли смешиваться выбросы, поднимающиеся от автомобилей и ресторанных вытяжек, с дымом из труб, расположенных примерно на уровне пятого–шестого этажа. Это возможное объяснение, а не установленный механизм.

Авторы заметили и ещё одну особенность: высотные здания в их выборке чаще находились дальше от дорог и коммерческих помещений. Поэтому даже обнаруженное преимущество верхних этажей нельзя целиком приписать высоте. Отчасти оно могло быть связано с тем, где построен дом.

Воздух в квартире живёт по своим правилам

Наружные измерения важны, но большую часть времени мы проводим внутри. И здесь зависимость от этажа становится ещё менее очевидной.

В нью-йоркском исследовании сравнивали, среди прочего, концентрации чёрного углерода, частиц сажи, образующихся при сгорании топлива. В квартирах на нижних этажах типичный уровень составлял 1,59 микрограмма на кубический метр воздуха, а на этажах с шестого по тридцать второй — 1,35. Разница около 15%.

С PM2.5 вышло иначе: 13,1 против 12,8 микрограмма на кубический метр. Практически одинаково.

Часть объяснения может находиться не за окном, а на кухне. Приготовление пищи создаёт собственные выбросы мелких частиц. Добавляются курение, свечи и другие источники внутри жилья. В результате преимущество более чистого наружного воздуха иногда теряется на фоне того, что происходит в самой квартире.

Есть и противоположная проблема. Через открытое окно внутрь может поступать воздух с неожиданно высокой концентрацией загрязнений.

Исследователи под руководством Хосе Луиса Сантьяго изучали это с помощью компьютерной модели десятиэтажного дома. Они рассчитывали, как транспортные загрязнения проникают в комнаты при четырёх направлениях ветра и различных сочетаниях открытых окон.

В среднем по смоделированным комнатам и сценариям с открытыми окнами концентрация внутри составляла 56% от среднего уровня снаружи на высоте пешеходов.

Но при ветре, подходившем к зданию под углом 45 градусов, в нескольких комнатах первого этажа концентрация превысила среднюю уличную. В одной из них она достигла 142%.

Откуда взялись дополнительные 42%, если никаких источников выхлопных газов внутри комнаты не было?

За окном этой комнаты воздух оказался грязнее, чем в среднем по улице. Именно он и поступал внутрь. Сравнение проводилось не с воздухом непосредственно у окна, а со средней концентрацией вдоль улицы на высоте пешеходов.

Так что никакого увеличения общего количества загрязнения модель не обнаружила. Просто загрязнённый воздух распределялся неравномерно, и в некоторых местах его скапливалось больше.

Это результат компьютерного моделирования, не измерений в настоящей квартире. Но он показывает, как направление ветра и расположение окон могут менять качество воздуха внутри.

Из этого не следует, что окна стоит постоянно держать закрытыми. Квартире нужен воздухообмен: внутри накапливаются влага, углекислый газ и собственные загрязняющие вещества. В домах с механической вентиляцией многое зависит ещё и от того, где расположен воздухозаборник и какие используются фильтры.

Поэтому хорошее качество воздуха снаружи не всегда означает хорошее качество воздуха внутри, и наоборот.

Что это меняет при выборе квартиры

Если приходится выбирать между первым этажом с окнами во двор и пятым с окнами на оживлённую улицу, одного номера этажа недостаточно. В отдельных условиях воздух у нижних окон действительно может быть чище.

При этом не стоит превращать результаты Хельсинки в противоположное универсальное правило и считать, что первый этаж во дворе всегда лучше пятого над дорогой. Здания по-разному расположены относительно улиц, ветер обтекает их по-разному, а загрязнение поступает не только от автомобилей.

Перед выбором квартиры имеет смысл обратить внимание прежде всего на окна спальни и комнаты, в которой проводят больше всего времени. Выходят ли они непосредственно на дорогу? Есть ли за домом защищённый двор? Не находятся ли рядом ресторанная вытяжка, дымовая труба или другой местный источник? И откуда поступает воздух, если в здании используется механическая вентиляция?

Ответы не позволят заранее вычислить концентрации загрязнителей в конкретной комнате. Для этого понадобились бы измерения. Но они помогут избежать распространённой ошибки: считать этаж самостоятельным показателем качества воздуха.

Высота действительно имеет значение. Просто воздух возле здания зависит ещё от источников загрязнения, расположения фасадов, направления ветра и даже от того, какие вещества мы решили измерить.

В объявлении о продаже квартиры этаж указан всегда. О том, откуда приходит воздух к её окнам, обычно не сказано ничего.

Откуда взялись цифры

Основное сравнение мы рассчитали по опубликованным данным проекта KAILA Управления экологических служб Хельсинкского региона (HSY). Концентрации со стороны улицы на высоте человеческого дыхания приняты за 100. На фасаде на высоте 14 метров показатели NO₂ и PM10 равнялись 82 и 67, во дворе — 60 и 47.

Разница при сравнении двора с верхней точкой фасада составляет соответственно 26,8% и 29,9%. Данные округлены в первоисточнике; измерения проводились снаружи.

HSY: Effect of Distance and Height on Air Quality

Различия между передней и задней сторонами здания в Болонье описаны в работе Zauli Sajani et al., 2016, а изменения концентраций по высоте — в работе Zauli Sajani et al., 2018.

Измерения массы PM2.5 в жилых домах Сингапура: Kalaiarasan et al., 2009. Наружный и внутренний воздух в Нью-Йорке: Jung et al., 2011. Модель проникновения транспортных загрязнений через окна: Santiago et al., 2022.

Исследования проводились в разных зданиях, климатических условиях и с разными загрязнителями. Их результаты нельзя объединить в рейтинг «самых чистых этажей» или непосредственно перевести в оценку риска для здоровья.

Наблюдавшиеся в Нью-Йорке повышенные концентрации на средних этажах не были статистически значимыми. Расчёты Santiago представляли собой компьютерное моделирование, а не измерения в жилых квартирах. Среднее отношение концентраций внутри и снаружи по сценариям с открытыми окнами составляло 0,56 ± 0,24 (среднее ± стандартное отклонение); модель не учитывала самостоятельные источники загрязнения внутри комнат.