Аэроионный режим воздушной среды

Как было указано выше, комфортность состояния воздушной среды

определяется не только ее температурой, влажностью, подвижностью и чистотой, но и концентрацией и составом аэроионов, так называемым аэроионным режимом. Воздушная среда обладает проводимостью, которая определяется наличием в ней положительных и отрицательных ионов газа – аэроионов, т.е. комплексов молекул, несущих заряд, кратный элементарному заряду. Аэроионы образуются при поляризации газов, входящих в состав воздуха, когда под действием внешнего фактора (ионизатора) нейтральной молекуле или атому сообщается энергия, достаточная для удаления одного из наружных валентных электронов из сферы действия ядра. В результате первоначально нейтральные атом и молекула становятся положительно заряженными, а образовавшийся свободный электрон присоединяется к одному из нейтральных атомов и образует отрицательный аэроион. Так попарно образуются отрицательный и положительный аэроионы. Под действием поляризационных сил к первичным молекулярным аэроионам присоединяется некоторое число нейтральных молекул воздуха, в результате чего образуется комплекс молекул, получивших название легких аэроионов. Легкие аэроионы, присоединяясь к присутствующим в воздухе ядрам конденсации, ста-

новятся более крупными – средними, тяжелыми и др.

При ионизации газов, входящих в состав воздуха, обычно образуют-

ся однократно заряженные аэроионы – так, легкие аэроионы несут, как

правило, один положительный или один отрицательный заряд. По мере

увеличения аэроионов повышается вероятность образования аэроионов с

двумя элементарными зарядами.

Подвижность легких аэроионов зависит от газового состава, плотно-

сти, давления и температуры воздуха. При определенной температуре подвижность аэроионов К обратно пропорциональна давлению Р. При изменении относительной влажности от 0 до 100 % подвижность отрицательных аэроионов уменьшается примерно на 18 %, а подвижность положительных практически остается неизменной.

Основным показателем, характеризующим степень ионизации воз-

душной среды, является число аэроионов определенной подвижности и

знака, содержащихся гв единице объема (1 см3), – концентрация аэроионов.

В приземном слое воздуха концентрация положительных аэроионов, как

легких, так и тяжелых, несколько больше концентрации отрицательных.

Концентрация легких аэроионов обеих полярностей составляет обычно для

сельских районов 500 – 1000 аэроионов в 1 см3, доходя до 2000 – 2500 в

чистом горном воздухе и в ряде курортных мест. На улицах больших горо-

дов концентрация аэроионов не превышает 200 – 400 в 1 см3. Существует

предположение, что отрицательные легкие аэроионы образуются за счет

кислорода и озона, положительные – за счет углекислого газа и азота [16].

Источниками естественной ионизации, обусловливающей присутст-

вие аэроионов в атмосферном воздухе, являются радиоактивные вещества,

находящиеся в земной коре, воде, воздухе; космические лучи; нейтронные

потоки и ультрафиолетовое излучение Солнца; электрические разряды в

атмосфере; баллоэлектрический эффект (дробление и распыление воды);

трибоэлектрический эффект (взаимное трение песчинок, частиц пыли, сне-

га и т.п.).

Понижение давления, уменьшение влажности и повышение темпера-

туры сопровождаются увеличением числа легких аэроионов. Большое зна-

чение в ионизации воздуха имеют направление и сила ветра. Измерения

показывают, что средние концентрации легких аэроионов изменяются в

течение года с максимумом весной и летом (май – июнь) и с минимумом

зимой (январь – март). В течение суток максимум средних концентраций

легких аэроионов наблюдается с 20 до 4 ч, когда воздух наиболее чист, а

минимум – с 6 до 15 часов. Суточный и годовой ход изменения концентра-

ции легких аэроионов противоположен концентрации тяжелых аэроионов.

В зависимости от чистоты воздуха среднее время «жизни» легких аэроио-

нов изменяется от 5 с (для сильно запыленного воздуха) до 1000 с. Время

«жизни» легких аэроионов в пригороде составляет 25 – 39 с, тогда как в

центре города – 12 – 14 с. При этом время «жизни» для отрицательных аэроионов несколько меньше, чем для положительных вследствие их боль-

шей подвижности.

Аэроионный режим воздушной среды помещений в значительной

мере зависит от степени ионизации наружного воздуха и интенсивности

воздухообмена. При больших кратностях воздухообмена суточный и годо-

вой ход ионизации комнатного воздуха в летнее время в основном совпа-

дает с ходом изменения концентрации легких аэроионов в наружном воз-

духе. Концентрация легких аэроионов в наружном воздухе в летнее время

бывает больше, чем в воздухе помещений, а в холодное время года относи-

тельно большая концентрация легких аэроионов наблюдается в воздухе

отапливаемых помещений.

Влияние суточного и годового хода атмосферной ионизации при на-

личии людей в помещении становится малозаметным: в помещении наблю-

дается самостоятельный ход изменения уровня ионизации воздуха. Основ-

ные изменения в уровне ионизации комнатного воздуха в присутствии лю-

дей состоят в уменьшении числа легких аэроионов и в увеличении числа

тяжелых. Особенно быстрое убывание концентрации легких аэроионов на-

блюдается в первые 30 – 40 мин пребывания людей в помещении: концен-

трация легких аэроионов обеих полярностей понижается с 100 – 200 до

30 – 50 аэроионов в 1 м3. При этом число отрицательных аэроионов умень-

шается несколько быстрее, чем положительных. Основной причиной

уменьшения концентрации легких аэроионов является поглощение их

людьми в процессе дыхания. Существенное значение имеет и контакт с

телом, оседание на частицах, взвешенных в воздухе, наличие табачного

дыма и т.п.

Показателем аэроионного режима ψ является отношение концентра-

ции тяжелых аэроионов N ^∓ к числу легких n ^∓ :

y = (N ⁺ + N ^-)/ (n ⁺ + n ^-). (3.14)

Чем меньше значение ψ, тем благоприятнее аэроионный режим.

Уменьшение концентрации легких аэроионов и увеличение коэффициента

ψ находятся в прямой зависимости от числа людей в помещении и его

объема.

Системы вентиляции и кондиционирования воздуха оказывают

весьма существенное влияние на концентрацию легких аэроионов в возду-

хе. Установлено, что воздух, проходя через фильтры очистки, металличе-

ские воздуховоды и другие элементы вентиляционных систем, теряет до

90 % легких аэроионов. В центральных системах кондиционирования по-

сле прохождения воздуха через калориферы первоначальная концентрация

легких аэроионов практически не меняется, концентрация тяжелых аэро-

ионов снижается в несколько раз. В камере орошения концентрация легких

аэроионов повышается в 5 – 10 раз за счет электризации капель воды при

разбрызгивании. При этом изменяется соотношение видов легких аэроионов: значительно увеличивается число аэроионов, образованных вследствие распыления воды, и одновременно снижается число легких аэроионов, в основе которых лежат молекулы кислорода и озона. При прохождении воздуха через систему воздуховодов концентрация легких аэроионов снижается, возвращаясь к исходному уровню.

Гигиенисты и физиологи отмечают, что понижение концентрации

легких аэроионов и количественное изменение их видов могут быть источ-

ником дискомфорта и возникновения у людей негативных факторов (утом-

ление, головная боль, нервозность и т.п.), что наблюдается иногда в поме-

щениях с кондиционированием воздуха, оптимальным по всем остальным

параметрам. Экспериментально установлено, что легкие аэроионы уско-

ряют ход восстановительных процессов у людей, находящихся в состоянии

утомления, и повышают устойчивость организма к различным неблагопри-

ятным воздействиям внешней среды. Искусственная ионизация способст-

вует увеличению скорости зрительных и слуховых реакций, повышению

умственной и физической работоспособности, улучшению общего и субъ-

ективного состояния человека.

Для улучшения аэроионного режима необходимо применять искус-

ственную ионизацию воздуха, осуществляемую аэроионизаторами. В зави-

симости от физического явления, используемого в той или иной конструк-

ции аэроионизаторов, различают следующие типы этих устройств: элек-

трические, радиоактивные, гидродинамические.

По техническим характеристикам аэроионизаторы подразделяются

на приборы общего и индивидуального пользования, по конструктивному

исполнению – на стационарные и переносные. Стационарные аэроиониза-

торы размещают в верхней зоне помещения у потолка или располагают в

плоскости приточных отверстий воздухораспределителей, предусматривая

при этом автоматическое или дистанционное отключение их при прекра-

щении подачи воздуха и включение при его подаче. Распределение кон-

центраций аэроионов в объеме помещения при расположении аэроиониза-

торов в воздухораспределительном устройстве обеспечивается равномер-

ностью распределения поля скоростей приточного воздуха.

Заданные уровни концентрации аэроионов, как правило, устанавли-

вают для зоны дыхания (1, 0 – 1, 5 м от пола). Оптимальный уровень кон-

центрации аэроионов обычно варьируется от 1500 до 5000 аэроионов в

1 см3. Производительность и заданный уровень аэроионизаторов опреде-

ляют зону их действия, которая, в свою очередь, характеризуется площа-

дью, в пределах которой концентрация аэроионов на уровне дыхания не

меньше заданного уровня. Зная размеры всего помещения или той его час-

ти, в пределах которой необходимо оптимизировать аэроионный режим,

определяют число аэроионизаторов.