Август 2012 — Статьи

ЭКОЛОГИЯ ПОМЕЩЕНИЙ Статистика показывает, что городской житель вынужден проводить в помещении около 80% своего времени. От того, какая обстановка окружает его при этом, каким воздухом он дышит, зависит его здоровье и работоспособность. К сожалению, приходится констатировать, что, делая в день порядка 25 тыс. вдохов и выдохов, человек пропускает через свои легкие воздух далеко не лучшего качества. По данным Всемирной организации здравоохранения, более миллиарда жителей городов подвержены постоянному воздействию различных загрязнителей воздуха, что отрицательно влияет на здоровье и психическое состояние людей. И эта печальная статистика относится не только к условиям улицы, но и к помещениям. Как показывает практика, естественный состав воздуха в помещении нарушен из-за насыщения его антропогенными, то есть, возникающими в процессе деятельности человека, загрязнениями. Так, по сведениям, приведенным в специальной литературе, в воздухе наших квартир обнаружено около сотни органических и неорганических веществ различной степени токсичности. При этом внутри помещений воздух бывает загрязнен сильнее, чем на улице, в несколько раз. Специалисты по экологии выделяют компоненты, загрязняющие воздух, в несколько основных групп: 1. Химические и биологические вещества, циркулирующие в воздухе и загрязняющие его. 2. Продукты деструкции, то есть, разрушения физических и химических компонентов, входящих в состав строительных и отделочных материалов, а также элементов конструкций интерьера. К таким материалам могут относиться асбест, древесно-стружечные плиты (ДСП), отдельные виды пластиковых покрытий, лакокрасочных покрытий, различные растворители типа ацетона, бензола и другие подобные "блага цивилизации". Так, например, проведенные исследования показали, что распространенный мебельный и строительный материал ДСП в ряде случаев, связанных с нарушением технологии его изготовления, может выделять такие вредные вещества, как формальдегид и фенол. Поэтому специалисты советуют при покупке изделий из ДСП обращать внимание если уж не на сертификат качества, то хотя бы на запах. Если он сильный, химического происхождения, от покупки лучше воздержаться. 3. Антропотоксины. Это слово состоит из anthropos - человек, и toxikon - яд. Термин обозначает ядовитые продукты, образующиеся в процессе жизнедеятельности человека, которые, выделяясь из организма, могут в определенной концентрации представлять опасность для людей, находящихся в замкнутом пространстве. Примером антропотоксина, характерного для закрытых, плохо проветриваемых помещений, может служить диоксид углерода, известный в обиходе как углекислый газ. Известно, что при увеличении концентрации в воздухе этого химического соединения отмечается головная боль, шум в ушах, усиленное сердцебиение, снижение работоспособности. 4. Еще одна группа загрязнений связана с хозяйственно-бытовой деятельностью и сгоранием бытового газа. Это могут быть летучие вещества, образующиеся в процессе приготовления пищи, использования стиральных порошков, аэрозолей и других средств бытовой химии, от избыточной косметики и табачного дыма. Как и в предыдущем случае, можно порекомендовать установку оборудования по кондиционированию и вентиляции воздуха. Кроме различных загрязнений, которые вдыхает человек, его организму вовсе не безразлично, какой - положительный или отрицательный - заряд несут содержащиеся в воздухе компоненты. Вспомните, как легко дышится в лесу и у водопадов. Отрицательные ионы, которыми насыщен воздух, способствуют активизации защитных сил организма, снимают усталость и повышают работоспособность. Проведенные исследования показали, что концентрация отрицательно заряженных частиц в таких местах составляет порядка 1000-5000 ионов в кубическом сантиметре. Для сравнения: в жилых и служебных помещениях концентрация отрицательно заряженных частиц может составлять всего 50 единиц в кубическом сантиметре. Комментарии, как говорится, излишни. Немалый вклад в обеднение воздушной среды помещений отрицательными ионами вносят различные электронные приборы, в том числе персональные компьютеры, видео- и оргтехника. К сожалению, эти представители технического прогресса обладают весьма "вредной" способностью формировать ионы противоположного, положительного заряда. В этом случае можно использовать установки для ионизации воздуха. НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА Какие же существуют способы создания комфортной воздушной среды в помещениях? Прежде всего, это проведение превентивных (предупреждающих) мероприятий, которые заключаются, в частности, в максимально возможном уменьшении или полном устранении материалов, веществ и процессов, загрязняющих воздух в помещениях. Наиболее простым, дешевым и доступным способом улучшения состава воздуха является проветривание помещений через окна, форточки, фрамуги. Однако в некоторых случаях уличный воздух бывает настолько загрязнен дымом от горящего мусора в уличных контейнерах, выхлопными газами автомобилей, промышленными выбросами и другими "благами" современного мегаполиса, что хочется лишний раз подумать, прежде чем открыть окно. Что же делать? Выход в очистке и восстановлении качественного состава воздуха, поступающего в помещение. В соответствии со статистическими данными, без применения специальных мер по очистке, воздух в помещениях офисов и квартир в 4-6 раз грязнее наружного и в 8-10 раз токсичнее. Воздух помещений содержит как естественные аллергены (бактериальные, пыльцевые, грибковые и т. д.), так и химические агенты (табачный дым, органические и неорганические вещества и т. д.). Для создания комфортного микроклимата в помещении широко используются различные системы вентиляции и кондиционирования. Однако их применение не исключает совместной или раздельной эксплуатации относительно недорогих устройств очистки воздуха местного (локального) действия. Эти устройства могут эффективно дополнить имеющиеся средства вентиляции и кондиционирования, улучшая состав воздуха и повышая работоспособность человека, находящегося в помещении. Представленные на российском рынке устройства очистки воздуха могут быть построены на основе различных принципов. Так, например, разработанная российскими учеными и инженерами технология фотокаталитической очистки воздуха позволила создать ряд приборов, эффективно очищающих воздух в бытовых и производственных помещениях, а также в закрытых местах массового скопления людей. Принцип очистки основан на сложных физико-химических реакциях разложения молекул вредных веществ до безвредных компонентов чистого воздуха. Реакция разложения происходит на специальном фотокаталитическом слое при облучении его источником ультрафиолетового излучения в биологически безопасном диапазоне (320-400 нм). При этом материал фотокаталитического слоя не расходуется и, значит, не требуется затрат на его замену Фотокаталитический принцип позволяет очищать воздух от пыли и копоти, а также от различных токсичных загрязнений, например, таких, как окись углерода (СО), окислы азота, фенол, формальдегид, хлор- и кислородосодержащие углеводороды, соединения метана, аммиак, сероводород и другие подобные соединения, очистка от которых существующими методами и бытовыми приборами затруднена. Кроме очистки, новый метод позволяет обеззараживать воздух в закрытых помещениях, разлагая и уничтожая различные болезнетворные микроорганизмы и молекулы веществ, вызывающих аллергию. Эффективность фотокаталитического обеззараживания воздуха, по оценкам разработчиков, в 10-1100 раз превышает эффективность ультрафиолетовой обработки. Созданные на основе совместных методов первичной адсорбционной фильтрации и тонкой фотокаталитической очистки воздуха, отечественные приборы позволяют обеспечить чистый воздух как в жилых и производственных помещениях, так и в местах массового скопления людей, например, в различных развлекательных заведениях. Большой интерес представляет также технология очистки воздуха, основанная на эффекте "ионного ветра", возникающего при коронном высоковольтном электрическом разряде. Подобный принцип реализован в некоторых малогабаритных приборах, которые позволяют не только очищать воздух от различных загрязняющих примесей, размерами от 0,01 до 100 микрон, но и непрерывно обогащать воздух отрицательными ионами. Подобные свойства этих приборов будут весьма полезны в помещениях, где работают персональные компьютеры, телевизоры, средства связи и оргтехники, а также там, где трудовой процесс связан с интенсивным выделением табачного дыма.

Инфракрасное излучение или инфракрасные лучи, это электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны 0,74 мкм) и коротковолновым радиоизлучением (1-2 мм). Инфракрасную область спектра обычно условно разделяют на ближнюю (от 0,74 до 2,5 мкм), среднюю (2,5 - 50 мкм) и далёкую (50-2000 мкм). Открытие инфракрасного излучения произошло в 1800 г. Английский учёный В. Гершель обнаружил, что в полученном с помощью призмы в спектре Солнца за границей красного света (т. е. в невидимой части спектра) температура термометра повышается. Термометр, помещённый за красной частью солнечного спектра, показал повышенную температуру по сравнению с контрольными термометрами, расположенными сбоку. Было доказано, что инфракрасное излучение подчиняется законам оптики и, следовательно, имеет ту же природу, что и видимый свет. В 1923 г. советский физик А. А. Глаголева-Аркадьева получила радиоволны с длиной волны приблизительно равной 80 мкм, т.е. соответствующие инфракрасному диапазону длин волн. Таким образом, экспериментально было доказано, что существует непрерывный переход от видимого излучения к инфракрасному излучению и радиоволновому и, следовательно, все они имеют электромагнитную природу. Спектр инфракрасного излучения, так же как и спектр видимого и ультрафиолетового излучений, может состоять из отдельных линий, полос или быть непрерывным в зависимости от природы источника инфракрасного излучения. Возбуждённые атомы или ионы испускают линейчатые инфракрасные спектры. Например, при электрическом разряде пары ртути испускают ряд узких линий в интервале 1,014 - 2,326 мкм, атомы водорода - ряд линий в интервале 0,95 - 7,40 мкм. Возбуждённые молекулы испускают полосатые инфракрасные спектры, обусловленные их колебаниями и вращениями. Колебательные и колебательно-вращательные спектры расположены главным образом в средней, а чисто вращательные - в далёкой инфракрасной области. Так, например, в спектре излучения газового пламени наблюдается полоса около 2,7 мкм, испускаемая молекулами воды, и полосы с длиной волн 2,7 мкм и 4,2 мкм, испускаемые молекулами углекислого газа. Нагретые твёрдые и жидкие тела испускают непрерывный инфракрасный спектр. Нагретое твёрдое тело излучает в очень широком интервале длин волн. При низких температурах (ниже 800 К) излучение нагретого твёрдого тела почти целиком расположено в инфракрасной области, и такое тело кажется тёмным. При повышении температуры доля излучения в видимой области увеличивается, и тело вначале кажется тёмно-красным, затем красным, жёлтым и, наконец, при высоких температурах (выше 5000 К) - белым; при этом возрастает как полная энергия излучения, так и энергия инфракрасного излучения. СВОЙСТВА ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Оптические свойства веществ (прозрачность, коэффициент отражения, коэффициент преломления) в инфракрасной области спектра, как правило, значительно отличаются от оптических свойств в видимой и ультрафиолетовой областях. Многие вещества, прозрачные в видимой области, оказываются непрозрачными в некоторых областях инфракрасного излучения и наоборот. Например, слой воды толщиной в несколько см. непрозрачен для инфракрасного излучения с длиной волны > 1 мкм (поэтому вода часто используется как теплозащитный фильтр), пластинки германия и кремния, непрозрачные в видимой области, прозрачны в инфракрасной (германий для > 1,8 мкм, кремний для > 1,0 мкм). Чёрная бумага прозрачна в далёкой инфракрасной области. Вещества, прозрачные для инфракрасного излучения и непрозрачные в видимой области, используются в качестве светофильтров для выделения инфракрасного излучения. Ряд веществ даже в толстых слоях (несколько см.) прозрачен в достаточно больших участках инфракрасного спектра. Из таких веществ изготовляются различные оптические детали (призмы, линзы, окна и пр.) инфракрасных приборов. Например, стекло прозрачно до 2,7 мкм, кварц - до 4,0 мкм и от 100 мкм до 1000 мкм, каменная соль - до 15 мкм, йодистый цезий - до 55 мкм. Полиэтилен, парафин, тефлон, алмаз прозрачны для длины волны > 100 мкм. У большинства металлов отражательная способность для инфракрасного излучения значительно больше, чем для видимого света, и возрастает с увеличением длины волны инфракрасного излучения. Например, коэффициент отражения Al, Au, Ag, Си при длине волны ~10 мкм достигает 98%. Жидкие и твёрдые неметаллические вещества обладают в инфракрасном спектре селективным отражением, причём положение максимумов отражения зависит от химического состава вещества. Поглощение и рассеяние инфракрасного излучения при прохождении через земную атмосферу, приводит к ослаблению инфракрасного излучения. Азот и кислород воздуха не поглощают инфракрасное излучение и ослабляют его лишь в результате рассеяния, которое, однако, для инфракрасного излучения значительно меньше, чем для видимого света. Пары воды, углекислый газ, озон и другие примеси, имеющиеся в атмосфере, селективно поглощают инфракрасное излучение. Особенно сильно поглощают инфракрасное излучение пары воды, полосы поглощения которых расположены почти во всей инфракрасной области спектра, а в средней инфракрасной области - углекислый газ. В приземных слоях атмосферы в средней инфракрасной области имеется лишь небольшое число "окон", прозрачных для инфракрасного излучения. Наличие в атмосфере взвешенных частиц - дыма, пыли, мелких капель воды (дымка, туман) - приводит к дополнительному ослаблению инфракрасного излучения в результате рассеяния его на этих частицах, причём величина рассеяния зависит от соотношения размеров частиц и длины волны инфракрасного излучения. При малых размерах частиц (воздушная дымка) инфракрасное излучение рассеивается меньше, чем видимое излучение (что используется в инфракрасной фотографии), а при больших размерах капель (густой туман) инфракрасное излучение рассеивается так же сильно, как и видимое излучение. Мощным источником инфракрасного излучения является Солнце, около 50% излучения которого лежит в инфракрасной области. Значительная доля (от 70 до 80%) энергии излучения ламп накаливания с вольфрамовой нитью приходится на инфракрасное излучение. При фотографировании в темноте и в некоторых приборах ночного наблюдения, лампы для подсветки снабжаются инфракрасным светофильтром, который пропускает только инфракрасное излучение. Мощным источником инфракрасного излучения является угольная электрическая дуга с температурой ~ 3900 К, излучение которой близко к излучению чёрного тела, а также различные газоразрядные лампы (импульсные и непрерывного горения). Для радиационного обогрева помещений применяют спирали из нихромовой проволоки, нагреваемые до температуры ~950 К. Для лучшей концентрации инфракрасного излучения, такие нагреватели снабжаются рефлекторами. В научных исследованиях, например, при получении спектров инфракрасного поглощения в разных областях спектра применяют специальные источники инфракрасного излучения: ленточные вольфрамовые лампы, штифт Нернста, глобар, ртутные лампы высокого давления и другие. Излучение некоторых оптических квантовых генераторов - лазеров, также лежит в инфракрасной области спектра; например, излучение лазера на неодимовом стекле имеет длину волны 1,06 мкм, лазера на смеси неона и гелия - 1,15 мкм и 3,39 мкм, лазера на углекислом газе - 10,6 мкм, полупроводникового лазера на InSb - 5 мкм и др.