Monitor di qualità dell’aria: sono accurati o no?

“Quanto è accurato?” Questa è la prima domanda che tutti si pongono quando valutano l’acquisto di un monitor di qualità dell’aria (come ad esempio quelli mostrati qui). Nel mondo dei monitor domestici, la domanda viene risolta facendo in modo che un addetto della ditta produttrice calibri il monitor accanto a un costoso misuratore di livello scientifico e mostri che le letture sono quasi le stesse, ma ad una frazione del prezzo.

Non è un’impresa molto difficile da realizzare. Quindi, le domande chiave che ci si dovrebbe porre sono in realtà le seguenti: quanto è accurato il monitor su un determinato intervallo? Quanto velocemente deriva (cioè si decalibra)? E, soprattutto, può essere ricalibrato? La regola generale è che, se non può essere ricalibrato, non andrebbe comprato, ma raramente i monitor domestici lo sono.

Accuratezza, deriva e ricalibrazione

Tutti i monitor di qualità dell’aria funzionano meglio entro un determinato intervallo. Per i monitor domestici, l’intervallo è in genere piuttosto limitato. Sebbene l’accuratezza possa essere inferiore al 20% a bassi livelli di inquinanti, il livello di accuratezza cala rapidamente a livelli più alti.

Anche il controllo di qualità segue la regola “si ottiene ciò per cui si paga”. Anche quando viene utilizzato un hardware simile, il prezzo più basso dei monitor domestici non consente un controllo di qualità estensivo. Il risultato è che le unità possono variare notevolmente da una all’altra e/o le parti mobili, come le ventole interne, possono iniziare a tremare od incepparsi nel tempo.

Inoltre, molti monitor hanno un limite, una soglia oltre la quale non possono più misurare. Ad esempio, molti monitor per la protezione dal particolato hanno un limite a 50-65 μg/mc, quando le letture indoor effettive sono 2X o anche 5X quelle indicate dallo strumento low-cost. Questi monitor domestici sono quindi pericolosi, dato che danno un falso senso di sicurezza.

Per quanto riguarda invece la deriva, beh, tutti i monitor si spostano o si decalibrano nel tempo. La domanda è: quanto e, soprattutto, quanto velocemente? I migliori possono derivare del 5-25% entro un anno. I peggiori possono derivare della stessa quantità entro una settimana. Nei casi migliori, la deriva è legata al solo numero di ore di utilizzo, ipotizzato continuo (h24 per 365 giorni).

Dato che tutti i monitor di qualità dell’aria derivano nel tempo perdendo la calibrazione originale, la capacità di ricalibrare un monitor è fondamentale. Senza ricalibrazione, un monitor è destinato a diventare un fermaporta o un fermacarte in poche settimane o in pochi mesi. Il problema è che la ricalibrazione è in genere più costosa rispetto al monitor, per il consumatore medio.

In altre parole, se si acquista un’unità domestica, in genere costerà meno buttarla via e comprarne una nuova dopo alcuni mesi. Infatti, la calibrazione si fa confrontando ciò che un sensore rileva rispetto a una quantità nota. In pratica, le letture del sensore vengono confrontate con uno strumento standard di laboratorio e regolate in modo che un valore equivalente sia indicato su entrambi i dispositivi.

I tre livelli di monitor sul mercato

Per questi motivi (e altri), RESET – un organismo certificatore di sensori e di monitor di qualità dell’aria, il quale assegna la certificazione ai progetti i cui dati di qualità dell’aria forniti in tempo reale soddisfino determinati standard – classifica i monitor di qualità dell’aria in base a tre livelli di prestazioni: Classe A: scientifico; Classe B: professionale; Classe C: domestico.

La classificazione RESET dei sensori e dei monitor di qualità dell’aria.

In precedenza, il mercato dei monitor di qualità dell’aria era quasi esclusivamente di Classe A. Tuttavia, negli ultimi 2-3 anni il mercato è stato invaso da monitor di Classe C. RESET – e non dovrebbe apparirvi sorprendente – incoraggia le persone a stare alla larga dalle unità di Classe C, data la loro tendenza a fornire letture false entro un periodo che va da poche settimane a pochi mesi.

Con il passare del tempo e un maggior livello di istruzione, ciò che la maggior parte del mercato richiederà sono i monitor di Classe B, che offrono il miglior rapporto tra costo e prestazioni. Sfortunatamente, ci sono ancora pochissime opzioni di Classe B sul mercato. Gli utenti stanno appena iniziando a imparare nel modo più duro (cioè dopo aver speso soldi) che le unità di Classe C non funzionano nel tempo.

In un test che ha confrontato le letture tipiche di altrettanti apparecchi delle tre le classi dopo diversi mesi dall’acquisto e diversi cicli di test di esposizione (tutti hanno iniziato con la stessa lettura), l’unità di riferimento di Classe A ha mostrato PM2.5 a 144,38; l’unità di Classe B ha mostrato un valore diverso del 3,7%, pari a 139; l’unità di Classe C ha mostrato una lettura diversa del 37%, pari a 91.

La grande notizia è che il mercato dei monitor di qualità dell’aria sta rapidamente maturando e ora include opzioni per tutti i budget e le esigenze. Non era così solo 3-4 anni fa. Il problema è che la maggior parte dei compratori non sono abbastanza istruiti da dire o capire la differenza fra un sensore e un altro, e fra un apparecchio ed un altro. Speriamo che questo articolo aiuti a cambiare la situazione.

Tuttavia, “l’elefante nella stanza” riguardo a questo argomento è che guardare solo al PM2.5 può essere molto pericoloso per la salute umana. In effetti, la PM2.5 non dovrebbe mai essere considerata senza anche la CO₂, e idealmente, i COV (Composti Organici Volatili). Il monitor ideale è perciò un classe B che tiene traccia non solo di PM2.5, ma anche di CO₂ e COV con sensori di pari classe.

Un’importante eccezione alla regola

Anche se in generale conviene evitare i monitor di Classe C, tuttavia, vi sono alcune unità di Classe C che si distinguono dalle altre: sono quelle dotate di sensori low-cost di tipo laser per la misura del particolato (ne trovate alcuni qui). Non soltanto questo tipo di sensori sono in generale sorprendentemente precisi, ma sono anche in grado di misurare il particolato su una gamma di livelli impressionantemente vasta.

Il modo migliore per descrivere alcuni degli apparecchi che utilizzano tali sensori è che si tratta di sensori di Classe B in un involucro di Classe C. Invece, i sensori di gas (e quelli di particolato che impiegano led a luce infrarossa anziché laser) utilizzati per i monitor di qualità di qualità dell’aria domestici sono attualmente di Classe C, ed hanno quindi i problemi di decalibrazione descritti in precedenza.

Il Laser Egg è un esempio di questi sensori di Classe B in un involucro di Classe C. Si tratta di un monitor di PM2.5 che utilizza la diffusione della luce laser per contare individualmente le particelle che entrano nel dispositivo e calcolare le concentrazioni di PM2,5 in base a queste misurazioni. Ciò consente misurazioni estremamente veloci (10-100 ms), con letture ad alta precisione calcolate ogni 0,1 secondi. L’accuratezza delle misure è di +/-10%, e l’intervallo di misura è 1-999 μg/mc.

Il monitor indoor Laser Egg della Origins. Puoi trovare monitor simili qui.

Il Laser Egg, comunque, non è l’unico monitor di qualità dell’aria accurato e affidabile. Ad esempio, alcuni esperti cinesi hanno fatto funzionare per 6 giorni a Pechino tre monitor – il Dylos, l’Air Visual Node e il Laser Egg – insieme a un misuratore ufficiale statale di PM2.5 e confrontato in un grafico le relative misurazioni. Il Dylos fornisce il numero di particelle da 0,5 micron, per cui le hanno convertite in PM2,5 (in unità μg/mc) usando la formula semi-ufficiale (0,5 micron – 2,5 micron) / 100.

Test interessanti per i monitor low-cost

Ebbene, come si può vedere dal grafico riportato qui sotto, relativo alle prime 72 ore del test effettuato all’aperto (outdoor), vi è sostanzialmente un buon accordo, nell’andamento nel tempo della curva del PM2.5, da parte di tutti e tre i dispositivi testati. Un risultato analogo (cioè altrettanto buono) è stato ottenuto nelle 48 ore successive, nelle quali gli stessi dispositivi sono stati testati all’interno (indoor), dove i livelli di particolato fine sono di solito nettamente più bassi.

Grafico di un test outdoor su tre comuni monitor di qualità dell’aria. (fonte: SmartAir)

Analizzando i risultati appena illustrati, i ricercatori hanno concluso che tutti e tre gli apparecchi hanno fatto un buon lavoro nel fornire i valori di PM2.5. Infatti, hanno riscontrato, sia per l’Air Visual Node sia per il Laser Egg, un indice di correlazione r = 0.98 con i valori di PM2.5 forniti dall’apparato di misurazione ufficiale. Il Dylos aveva la correlazione più bassa, r = 0,90, ma comunque ancora assai alta, e tutto ciò mostra che questi monitor “surrogano” bene quelli ben più costosi e sofisticati.

Un altro modo per misurare l’accuratezza consiste nel considerare in che misura i valori forniti dai tre dispositivi si discostano mediamente dai dati ufficiali forniti dalla centralina di misura statale. L’Air Visual Node è risultato essere il più vicino: si discostava dai valori ufficiali, in media, di 4,8 μg/mc. Il Laser Egg è stato costantemente più lontano rispetto all’apparecchio di riferimento, con una deviazione media di 6,5 μg/mc. Il Dylos, invece, è discostato in media di 9,1 μg /mc.

Tuttavia, una cosa senz’altro da notare è che il Laser Egg sottostimava costantemente (di 3,4 μg/mc) il PM2.5 quando l’inquinamento dell’aria da PM2.5 era nella fascia più bassa (<0,25 μg/mc), mentre il Dylos lo sottostimava di appena 0,7 μg/mc e l’Air Visual Node invece lo sovrastimava di 0,7 μg/mc. Ciò significa che potrebbe esserci il rischio che il Laser Egg sottovaluti i reali livelli di inquinamento in casa, dando un falso senso di sicurezza. Tuttavia, anche queste deviazioni in fondo non erano grandi.

Infine, i ricercatori cinesi hanno testato l’accuratezza dei medesimi 3 monitor di qualità dell’aria a livelli di inquinamento indoor eccezionalmente alti, per verificare l’accuratezza su un intervallo più “tossico” di concentrazioni. Hanno quindi portato con delle sigarette la concentrazione indoor di PM2.5 a 1000 μg/mc, un test potenzialmente molto pericoloso per la salute se fatto da dilettanti.

In questo caso, hanno usato come riferimento di base il Sibata LD-6S, un misuratore industriale di PM2.5 con un’accuratezza del 10% e un errore nella ripetibilità delle misure del 2%. Il Laser Egg ed il Dylos hanno avuto difficoltà con tali concentrazioni, mentre l’Air Visual Node ha ottenuto il punteggio più alto, sia in questo test che complessivamente, con la più bassa deviazione dalle centraline ufficiali in entrambi i test outdoor e la massima precisione in questo test finale della concentrazione tossica.

Un test a livelli di inquinamento indoor di PM2.5 eccezionalmente alti. (fonte: SmartAir)

 

Riferimenti bibliografici

• RESET: Certification, https://www.reset.build/certification
• How accurate are common particle counters?, https://smartairfilters.com/en/blog/how-accurate-are-common-particle-counters-comparison-test/
• Which Air Quality Monitor Should I Buy?, https://www.thebeijinger.com/blog/2016/01/02/which-iaq-monitor-should-i-buy
• Laser Egg 2, http://originstech.com/laseregg2/