Электрический режим воздуха населенных помещений

При обычных условиях ионы в газах ведут себя как некоторые чуждые газу молекулы — "ионный газ". Они обладают, согласно за кону Дальтона, своим собственным парциальным давлением, как все посторонние молекулы в газе. Парциальное давление представляет собой проявление хаотических тепловых движений ионов, распределенных с неравной концентрацией. Это тепловое движение приводит их к более однородному распределению в данном объеме. Процесс заключается в движении ионов из области пространства с высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией, В этом направлении ионы движутся в большем количестве, чем в противоположном, Области высоких концентраций с течением времени утрачивают часть ионов, отдавая их областям более низких концентраций, в результате чего наступает выравнивание концентраций. Массовое движение ионов к области более низкой концентрации, как известно, называется диффузией.

Коэффициент диффузии легких отрицательных аэроионов (0,043) больше, чем легких положительных (0,028). Это обстоятельство приводит к несколько неравномерному распределению аэроионов в данном объеме окружающего воздуха.

Если в свободной атмосфере при турбулентных перемещениях воздушных масс данное явление не играет заметной роли, то в неподвижном или малоподвижном воздухе помещений указанная разница должна быть принята во внимание. В непосредственной близости к поверхности различных тел мы будем иметь слой с некоторым избытком отрицательных аэроионов, в то время как окружающий воздух будет обогащен положительными аэроионами,

Расстояния между аэроионами по сравнению с их размерами весьма велики. В воздухе при интенсивной искусственной ионизации, например при 10 аэроионов в 1 см , расстояние между аэроионами будет составлять 4,7*10" см, или 47 мкм. При 10 аэроионов в 1 см расстояние между ними будет порядка 2,240" см, или 220 мкм. Аэроионы взаимодействуют один с другим согласно закону Кулона. Электростатические силы между аэроионами, даже при высоких концентрациях, весьма незначительны, и при решении задачи о распространении или распределении аэроионов в данном объеме воздуха ими можно пренебречь. Аэроионы совершают беспорядочные тепловые движения по законам диффузии, и этот процесс поддерживается до тех пор, пока они не окажутся на таком расстоянии друг от друга, когда потенциальная энергия кулонов-ского притяжения станет равной средней энергии хаотического движения или даже несколько превзойдет ее.

Таким образом, аэроионы распределяются в пространстве в результате их хаотического теплового движения, С течением времени.. они расходятся в разные стороны и постепенно заполняют все замкнутое пространство.

Тяжелые и сверхтяжелые частицы оседают вниз, согласно закону Стокса, с ничтожной скоростью и участвуют в броуновском движении. Это обстоятельство позволяет тяжелым частицам также постепенно диффундировать и распространяться по воздуху во всех направлениях. Ввиду некоторой разницы в подвижности разноименных частиц диффузия может приводить к частичному разделению положительных и отрицательных псевдоионов, что увеличивает продолжительность их жизни.

Электрометрические измерения показали, что в каком бы пункте комнаты (без вентиляции) они ни производились, число тяжелых частиц в данный момент будет всегда более или менее одинаковым. Это говорит о том, что тяжелые частицы, выброшенные дыханием, диффундируют по всему объему помещения. Относительно неподвижный воздух закрытого помещения равномерно насыщается выдохнутыми тяжелыми псевдоионами. Это обстоятельство имеет большое значение при изучении электрического режима обитаемых помещений и выяснения концентрации тяжелых частиц в выдохнутом воздухе.

Продолжительность жизни заряженных частиц стоит в определенной зависимости от материального носителя заряда. Различные аэрозоли обладают неодинаковой продолжительностью существования. Коагуляция частиц обусловливается скоростью диффузии и числом столкновения частиц между собой. В момент образования аэрозоля степень его дисперсности очень высока. Рассматривая аэрозоль под ультрамикроскопом, мы видим огромное число частиц, участвующих в энергичном броуновском движении, и частота их столкновений достигает максимальных значений. Следствием частых столкновений частиц является неустойчивость аэрозоля. Отдельные частицы дисперсной фазы начинают образовывать агрегаты. Высокая степень дисперсности быстро переходит в более низкую, вместе с этим по мере роста отдельных частиц устойчивость аэросистемы должна до некоторой степени повыситься, так как с увеличением размера частиц число их становится меньше, они отдаляются друг от друга и движение их сильно замедляется. Это приводит частицы в состояние сравнительного равновесия, соответствующего определенной степени дисперсности, которую можно назвать "вторичной". Процесс последующей коагуляции протекает уже крайне медленно или не происходит вовсе. Частота столкновений частиц падает до минимума в том случае, если вторичная степень дисперсности такова, что радиус частиц имеет порядок 0,1 мкм или более. В этом случае столкновения частиц, обусловливаемые броуновским движением, при обычных давлениях практически прекращаются. В большинстве случаев у частиц дыма вторичная степень дисперсности такова, что столкновения происходят довольно часто, и она в свою очередь постепенно заменяется новой и еще более

низкой. В результате изучения некоторых дымов исследователи пришли к выводу, что существование данных систем может быть разделено на три периода:

неустойчивый период, сохраняющийся в течение 5 ч и более. Уменьшение числа частиц со временем происходит очень быстро. Это объясняется соединением их в агрегаты и находится в соответствии с увеличением средней массы частиц;

период устойчивый, в течение которого число частиц уменьшается очень медленно и главным образом за счет седиментации. Это состояние может сохраняться в течение 24 ч и более, даже если емкость камеры равна 1 см ;

3) между обеими этими стадиями находится третья — промежуточная, в которой имеют место как коагуляция, так и осаждение.

Респираторный аэрозоль еще не был изучен с этой точки зрения, •хотя как раз этот вопрос представляется исключительно важным в гигиеническом аспекте. Продолжительность жизни респираторного аэрозоля может быть в известной мере определена нашими исследованиями, о которых будет идти речь ниже. Продолжительность существования выдохнутого из легких аэрозоля превышает несколько часов, Это создает в обитаемых помещениях устойчивую аэросистему, вред-ую для жизненных отправлений человека.

Исследования ЦНИЛИ, открытие электростатической функции легких и электрического заряда выдыхаемого воздуха имели положительное влияние на развитие новых воззрений об электрическом режиме воздуха населенных и жилых помещений и о гигиеническом значении этого электрического фактора воздуха.

Исследования в области аэроионификации обитаемых помещении привлекли внимание профессора Гарвардского университета СП. Яг-лу, который совместно с Л.С. Бенжамином и СП. Чоот организовал серию исследований аэроионного режима обитаемых помещений. Это было достаточно обстоятельная работа, хотя попытку применить для аэроионификации положительную полярность аэроионов следовало считать уже и по тому времени совершенно необоснованной.

Три серии различного рода опытов были проведены указанны ми учеными для изучения влияния населенности комнаты на число аэроионов.

В первой серии опытов семь человек были удобно размещены в непроницаемой для наружного воздуха стальной камере объемом 16м . Измерения числа аэроионов производились аспирационными счетчиками Эберта как до входа людей в камеру, так и во время пребывания их в камере Курить в камере запрещалось.

На рис. 73 видно, что число как положительных, так и отрицательных ионов падает от первоначальной концентрации с 240 аэроионов в 1 см до 50 после пребывания людей в комнате в продолжение 85 мин. Убывание идет очень быстро в течение первых 20 мин, затем замедляется. Опыт в пустой камере и наблюдения за счетчиком Эберта извне не

показали заметного изменения числа аэроионов, т.е. весь эффект убывания аэроионов должен быть объяснен присутствием людей в камере.

Во всех опытах скорость уменьшения числа отрицательно заряженных аэроионов превышала скорость уменьшения положительно заряженных, вероятно, вследствие большой подвижности и отсюда большей диффузии аэроионов отрицательной полярности и их адсорбции к проводящим поверхностям.

В другой серии опытов измерения производились в нормальных классных или читальных комнатах при условиях, одинаковых с теми, которые бывают в классах или читальнях, проветриваемых обыкновенным способом (окна, форточки)..Большинство наблюдений велось в классной комнате, имеющей объем около 400 м с четырьмя окнами, причем их площадь занимала около 20% площади пола. Данные, представленные на рис. 74, были получены в этой классной комнате во время завтрака, за которым 34 человека ели и курили, слушая одновременно лекцию. Люди в комнате могли открывать и закрывать окна и двери, входить и выходить.

Несмотря на вентиляцию, которая могла бы считаться хорошей, о чем говорит малое повышение температуры, число как положительных, так и отрицательных легких аэроионов уменьшилось от 300 до 65 в 1 см через 20 мин после того, как люди вошли в комнату. Число легких аэроионов оставалось на этом низком уровне до тех пор, пока все занимающие комнату не покинули ее. Затем потребовалось около 1 ч для того, чтобы число аэроионов достигло своей прежней величины, причем все остальные условия оставались неизменными. Наименьшее содержание аэроионов на рис. 74 представляет, вероятно, некоторый несократимый минимум благодаря влиянию радиоактивных веществ, содержащихся в штукатурке стен, и космическим лучам, проникающим через стены и ионизирующим воздух закрытых помещений. Аналогичный результат был получен С.П.Яглу, Л.С. БенжаминомиА. Брандтом в классной комнате во нремя урока, в которой присутствовало 20 чел. (рис. 75).

Эти опыты показывают, что в электрическом состоянии воздуха занятых помещений происходят очень важные перемены, наблюдается резкое сокращение числа легких аэроионов независимо от того, вентилируется ли помещение естественным или механическим путем. Уменьшение числа легких аэроионов, по мнению авторов, не может быть отнесено исключительно за счет дыхания. Это якобы видно из того, что объем воздуха, выдыхаемого присутствующими, мал по сравнению с объемом комнаты. Но американские исследователи не учитывают процесса диффузии аэроионов. Дезионизирующее влияние счетчика аэроионов также невелико. Значительная часть потери легких аэроионов может быть вызвана процессом дыхания и кожного испарения, а также дезиони-зирующим действием посторонних примесей в воздухе и, возможно, адсорбцией легких аэроионов одеждой.

В целях выяснения последнего предположения СП. Яглу, Л.С. Бенжамин и А. Брандт экспериментально изучили вопрос об адсорбционной способности различного рода одежды человека. Из рис. 76 видно, что различные ткани — шерсть, шелк и т.д. — в отношении своих адсорбционных качеств несколько отличаются одна от другой. Однако это обстоятельство не оказывает большого влияния на убывание числа легких аэроионов в присутствии людей.

Третий ряд опытов для выяснения влияния населенности помещений на число легких аэроионов производился в комнате, где можно было учитывать изменения количества воздуха, притекающего снаружи, на человека в 1 мин. С этой целью 24 чел. были помещены в особой камере, и число аэроионов измерялось при различной скорости Движения воздуха (рис. 77).

День был теплый, воздух освежался до приятной температуры с помощью спиральных труб, по которым циркулировала холодная вода. При входе людей в комнату вентиляторы останавливались и уменьшение числа легких аэроионов доводилось до несократимого минимума. Затем вентиляторы вновь включались, и ток воздуха поддерживался

на постоянной скорости до тех пор, пока обычный аэроионный режим не восстанавливался. Эта процедура повторялась с постепенно возрастающим притоком воздуха до развития максимальной способности вентиляторов, т.е. до предельного увеличения числа оборотов в единицу времени.

Экспериментальные данные говорят о том, что скорость вентиляции при 4,7 м /мин на 1 чел. едва ли достаточна, чтобы поддержать нормальное число легких аэроионов в населенном помещении. Эти данные показывают соотношение между величиной притока наружного воздуха на человека и содержанием легких аэроионов в помещении, Эта величина оказывается исключительно большой.

В настоящее время следует считать доказанным, что механическая вентиляция лишает воздух его аэроионного содержания вследствие адсорбции ионов к металлическим и неметаллическим поверхно стям. Этот факт хорошо иллюстрируется нашими измерениями (рис. 78), При кондиционировании воздуха физические характеристики аэроионов резко изменяются. Воздух поступает со двора, с высоты около 2 м над землей. Он проходит расстояние около 30 м через железную трубу и затем уже проникает в выпускные заслонки психометрической камеры. По пути в камеру он проходит еще через семь 90-градусных коленчатых изгибов, через осушитель, шесть рядов нагревателей или холодильников и две вентиляционные отдушины. Нагревание воздуха с помощью нагревательных приборов, применяемое в системах центральной вентиляции, во всех опытах несколько увеличило число как положительных, так и отрицательных легких аэроионов. Охлаждение заметно уменьшало число легких аэроионов обоих знаков. Эффекты тепла и холода находятся в согласии с хорошо известной связью между температурой и ионизацией атмосферного воздуха. Тот факт, что в холодную погоду содержание аэроионов в незанятой и отопленной комнате часто выше, чем на открытом воздухе, объясняется указанным температурным действием. Хорошая циркуляция сырого наружного воздуха через открытые окна является причиной быстрого уменьшения числа аэроионов в комнате до уровня наружного воздуха. Разительные явления были обнаружены при кондиционировании воздуха с водяным каплеосушителем. Был ли воздух промыт, увлажнен или осушен — он лишался всех легких аэроионов. Но водная пыль превращалась в массу заряженных частиц. Чем выше было водяное давление и чем грязнее вода, тем значительнее было число тяжелых отрицательно заряженных частиц. Попадались и тяжелые положительно заряженные частицы, но сравнительно в малом количестве.

Повторная циркуляция воздуха без применения кондиционирования сокращала число как положительно, так и отрицательно заряженных частиц, и при наличии более трех человек в помещении несократимый минимум был, по существу, тот же, что и на рис. 74. Во всех случаях отрицательно заряженные частицы реагировали быстрее, чем положительно заряженные, что и следовало ожидать при их большей подвижности.

Американские исследователи установили, что концентрация легких аэроионов в пустых утепленных помещениях немного отличилась от наружного воздуха, а в холодную погоду даже несколько превышала ее, благодаря действию температуры. В обитаемых же помещениях наблюдалось резкое сокращение легких положительных и отрица тельных аэроионов. Немедленно после того, как люди входили в комнату, концентрация легких аэроионов обоих знаков резко падала до очень низкой нормы, которая поддерживалась до тех пор, пока комната была занята людьми. Число как положительных, так и отрицательных аэроионов начинало постепенно увеличиваться, как только люди покидали данное помещение.

Минимум снабжения наружным воздухом, требуемый для поддержания содержания аэроионов в занятой людьми комнате, как мы уже говорили, неожиданно оказался чрезвычайно высоким. При общепри нятом снабжении воздухом (1м /мин на 1 чел.) аэроионный режим не отличается от того, который бывает при полном отсутствии вентиляции. На этот факт необходимо обратить самое пристальное внимание гигиенистов и сантехников.

Вслед за работами СП. Яглу и его сотрудников ряд систематических исследований о динамике числа тяжелых и легких положительных и отрицательных аэроионов и псевдоаэроионов был выполнен Г.Р. Уэтом и О.В. Торресоном. Они сконструировали самопишущий счетчик зарядов, так что воздушный поток входил сначала в счетчик легких аэроионов, а затем — в счетчик тяжелых псевдоаэроионов. Тяжелые псевдоаэро-ионы подсчитывались в той же пробе воздуха, что и легкие.

Комната, в которой производились измерения, имела объем 170 м . Этот объем достаточно велик, чтобы дезионизирующее действие счетчиков на проходящей через них воздух не влияло на результаты. В рабочее время комната была занята тремя лицами. Два других лица находились в каждой из соседних комнат. В этих комнатах люди иногда курили, так же как и в некоторых других комнатах здания. Опыты показали, что табачный дым оказывает сильное действие на увеличение концентрации тяжелых частиц, в основном положительного знака. В опытной комнате все окна и двери были плотно закрыты, чтобы насколько возможно устранить влияние курения.

Автозапись содержания легких и тяжелых частиц в воздухе комнаты производилась непрерывно в течение 18 сут. Число легких аэроионов неизменно падало. Содержание тяжелых частиц было вообще высоко в присутствии людей и низко — в их отсутствии. Быстрое повышение концентрации тяжелых частиц начиналось немедленно после того, как помещение занималось людьми, и затем медленно убавлялось в течение от одного до нескольких часов после их ухода. Постепенное накопление тяжелых частиц начиналось с утра в понедельник до полудня субботы, а в субботу, после ухода людей, начиналось постепенное их уменьшение.

Опыты производились с той целью, чтобы установить, происходили ли изменения в числе зарядов в воздухе комнаты благодаря присутствию людей в самой комнате или же во всем здании вообще. В течение одного дня комната оставалась незанятой, за исключением нескольких минут утром для установки самопишущего аппарата.

Опыты показали, что перемены в степени концентрации частиц в комнате возникают вследствие присутствия людей в здании (рис. 79,80). Влияние здания в целом было обнаружено, несмотря на то, что все двери и другие отверстия были крепко закрыты для возможно полной изоляции комнаты от других частей здания. Оказывается, обмен воздуха между разными частями здания наблюдается и при закрытых дверях

Ввиду того что увеличение числа частиц в данном помещении зависит от других частей здания, возникло предположение, что главной причиной этого увеличения является табачный дым. Были поставлены опыты для проверки этого предположения. Аппаратура была перенесена в изолированное здание, где могли быть соблюдены и проконтролированы все условия, относящиеся к курению, к присутствию людей в помещении и т.д. В комнату вводился в течение 22 мин табачный дым из трубки и двух папирос и одновременно производилась запись числа тяжелых и легких аэроионов. Табачный дым вызывал резкое увеличение концентрации псевдоаэроионов и уменьшение числа легких аэроионов. Через некоторое время после прекращения курения изменение числа как легких, так и тяжелых

аэроионов принялообратное направление: чис^о первых постепенноувеличивалось, а число вторых — постепенно уменьшалось. На рис. 81 показала скорость уменьшения числа тяжелых частиц табачного дыма после прекращения курения.

Полученные результаты могут быть объяснены, по-видимому, следующим образом: исходя из того, что частицы дыма, заряженные электричеством, являются псевдоаэро-ионами, добавление дыма к воздуху комнаты увеличивало их число; псевдоаэроионы, соединяясь с легкими аэроионами, убавляли их число. После того как курение прекращалось, заряженные частицы дыма постепенно исчезали из воздуха, что в свою очередь способствовало росту числа легких аэроионов. Скорость уменьшения числа заряженных частиц дыма шла по определенному закону, причем исчезновение их из воздуха являлось результатом оседания вниз. В этом случае можно было применить закон Стокса для определения радиуса оседания частицы. Определенный теоретически радиус дымовой частицы оказался равен радиусу тяжелого псевдоаэроиона.

Отсюда можно было заключить, что псевдоаэроионы состояли главным образом из табачного дыма и проникали в комнату из других частей здания. Их действие на счетчик было настолько сильно, что даже влияние людей, находившихся в самой комнате, оказалось сравнительно слабым. Хотя такое заключение и казалось правдоподобным, тем не менее экспериментаторы нашли необходимым сравнить радиус больших частиц, вычисленных по закону Стокса, с радиусом частиц, измеренных сильным микроскопом. Частицы достаточной величины, чтобы можно было их видеть под микроскопом (порошок талька), были распылены в воздухе комнаты, и затем было подсчитано число псевдоаэроионов. Оказалось, что скорость уменьшения частиц талька подчиняется тому же закону, что и скорость уменьшения дымовых частиц. Радиус частицы, полученный по закону Стокса, совпал с тем, который был найден с помощью микроскопа.

Затем Г.Р. Уэтом и О-В. Торресоном были проведены опыты с целью определить, оказывают ли открытые окна влияние на число тяжелых частиц и аэроионов в комнате. Несколько таких опытов дали одинаковые результаты. Влияние открытого окна сказалось в уменьшении числа заряженных частиц и в некотором повышении числа легких аэроионов. Содержание тяжелых частиц в комнате приближалось к их концентрации в наружном воздухе Число же легких аэроионов изменялось иначе: оно увеличивалось,

несмотря на небольшое их число в наружном воздухе. Концентрация легких аэроионов в комнате зависит не от внешних условий, а скорее от содержания заряженных частиц в комнате, так как изменение в содержании легких аэроионов обратно пропорционально изменению концентрации этих частиц. Средняя продолжительность существования легких аэроионов в комнате равняется приблизительно 1 мин и даже менее. Требуется достаточная циркуляция воздуха, чтобы заметное число легких аэроионов из наружного воздуха могло проникнуть в комнату и распространиться по ней.

В другой серии опытов запись числа отрицательно заряженных частиц и легких отрицательных аэроионов производилась в специальном здании во время выставки, продолжавшейся в течение 4 дней. Запись производилась при закрытых окнах. Две же двери, ведущие в другие части здания, были открыты В первый день выставки число посетителей было значительно меньше, чем в последующие 3 дня. В первый день в выставочных комнатах было несколько случаев курения, что не имело места в друте дни.

Эти наблюдения позволили обнаружить следующее. Аэроионы и псевдоаэроионы реагируют на присутствие людей в комнате, однако легкие аэроионы реагируют на них гораздо быстрее, чем тяжелые частицы. Концентрация легких аэроионов сильно изменяется при концентрации псевдоаэроионов (рис. 82).

Результаты работ Г.Р. Уэта и О.В. Торресона показали, что обще действие населенности помещения в отношении числа и подвижности аэроионов аналогично по природе с тем, которое производит табачный дым. Однако действие табачного дыма гораздо эффективнее, чем дыхание. Опыты показали, что концентрация тяжелых частиц в закрытом помещении изменяется при курении одного лица так же, как от дыхания 100 лиц некурящих. Любое изменение в числе тяжелых частиц, будь то вследствие присутствия табачного дыма или по другим причинам, должно вызвать изменение в содержании легких аэроионов. Констатируя эти явления, Г.Р. Уэт и О В. Торресон неуказывают на одно чрезвычайно важное обстоятельство: частицы табачного дыма и частицы дыхания с точки зрения их физиологического действия различны.

Остановимся еще на одной серии наблюдений, произведенных теми же авторами. Измерения производились в комнате, где присутствовало 10 11 чел.; никто не курил ни до, ни во время опыта; продолжительность каждого опыта составляла 30 мин Чрис. 83). Таким образом, показания счетчика аэроионов могут быть приписаны только влиянию людей. Комната, в которой производились измерения, имела объем 62*10 см (табл. 64).

Из табл. 64 видно, что содержание легких аэроионов в воздухе закрытого помещения уменьшается в результате занятия комнаты людьми. Число псевдоаэроионов, приходящихся на один выдох воздуха, вычислено на основании предположения, что тяжелые частицы выделены дыханием. Обшее число как положительных, так и отрицательных тяжелых частиц равняется 1,5*10 в одном выдохе. Измерения, произведенные с помощью счетчика ядер Айткена в закрытом помещении до того, как оно было занято людьми, и после занятия, показали, что число ядер конденсации, приходящихся на одно дыхание, в среднем составляет около 2-10 . Сравнивая эту цифру с той, которая была получена для псевдоаэроионов, легко видеть, что около 75% конденсационных ядер несут электрический заряд

Из-за того, что эти опыты не были проведены одновременно, сравнение может дать только общую картину: что же происходит в электрическом состоянии воздуха при дыхании. Такое сравнение было бы совершенно правильным, если бы число псевдоаэроионов не убывало после ухода людей из помещения. Если же предположить, что уменьшение числа зарядов после того, как комната была освобождена, имело место и в то время, когда комната была занята, то вычисленное среднее число тяжелых частиц обоих знаков в одном дыхании должно быть почти 2 раза большим, чем то, которое приведено выше, т.е. около 3*108 тяжелых частиц в одном выдохе.

Можно отметить, что упомянутым выше ученым удалось в значительной мере подтвердить работы советских ученых по изучению электрического заряда выдохнутого воздаха. Г.Р. Уэт и О-В. Торресон получили для одного выдоха число аэроионов, равное 3*10 , причем они считают, что число аэроионов положительного и отрицательного знака при выделении из дыхательного аппарата равно одно другому.

Работу Г.Р. Уэта и О.В. Торресона можно резюмировать следующим образом,

Непрерывные измерения концентрации частиц и легких аэроионов в закрытой комнате указывают на сильный эффект населенности комнаты, причем число тяжелых частиц увеличивается, а легких — уменьшается. Через несколько часов после того, как комната и здание опустели, число псевдоаэроионов начинает падать* Постепенное накопление тяжелых частиц происходит в течение периода занятия комнаты, с обратным эффектом содержания легких аэроионов. Эти эффекты происходили главным образом от наличия табачного дыма или других примесей в воздухе, входящем в комнату из других частей здания, даже несмотря на то, что все окна и двери были плотно закрыты, за исключением тех моментов, когда кто-нибудь входил в комнату или выходил из нее.

Измерения числа частиц и легких аэроионов в ионизированной комнате производились во время посещения здания множеством людей. Так как курение табака не наблюдалось в течение 3 дней выставки, то замеченные эффекты были вызваны другими причинами. Большого накопления псевдоаэроионов не замечалось, как это бывало при курении табака. И все же занятие здания людьми вызывало увеличение числа псевдоаэроионов и уменьшение числа легких аэроионов в воздухе комнаты.

3. Измерения показывают, что около 300 млн заряженных ядер или частиц, выделяется человеком с каждым выдохом воздуха. Это говорит о том, что большинство ядер конденсации выходит из легких электрически заряженными.

Серия измерений числа легких и псевдоаэроионов обеих полярностей

была осуществлена в Ленинграде Е.Э. Лесгафт в театральных залах и фойе. Измерения производились счетчиком Л.Н. Богоявленского в пустом зале до начала спектакля, во время каждого антракта и после окончания спектакля. Одновременно брались пробы воздуха для определения количества углекислоты и пыли (табл. 65).

Наблюдения были произведены в четырех театрах. На рис 84 в качестве примера приведены средние из трех наблюдений. Из рассмотрения этих кривых вытекает, что закономерности, найденные другими авторами, полностью подтверждаются. В то время как число легких аэроионов в присутствии людей уменьшается до некоторого минимума, число псевдоаэроионов возрастает. Рост числа псевдоаэроионов находится в некоторой зависимости от объема помещения, способа и скорости вентиляции и густоты населенности помещения. Отмечаются также вариации коэффициента униполярное™. Максимальное число псевдоаэроионов положительного знака приходится на конец спектакля. Это явление повторяется неизменно во всех театрах.

Отношение числа псведоаэроионов к числу легких во всех случаях имеет значительную величину. С гигиенической точки зрения это является крайне отрицательным фактором, так как указывает на большую загрязненность воздуха ядрами конденсации, физиологическим или респираторным аэрозолем.

Что касается измерений, произведенных в театральном фойе, то, как и следовало ожидать, здесь увеличение числа псевдоаэроионов не столь резко выражено, как в зрительных залах, равно как и преобладание псевдоаэроионов над легкими.

Говоря о том, что наличие в воздухе большого числа псевдоаэроионов является неблагоприятным показателем, и указывая на загрязненность воздуха ядрами конденсации, Е.Э. Лесгафт останавливает внимание на происхождении этих ядер. Помимо частичек пыли и дыма, в воздухе обитаемых помещений взвешено большое число мельчайших частиц, выделяемых человеком при дыхании. Этим последним фактором в значительной мере обусловливается число заряженных частиц в воздухе. Увлажненный воздух, выбрасываемый человеком при дыхании, чрезвычайно богат мелкими капельками влаги. Е.Э. Лесгафт допускает, наравне с другими авторами, что именно за счет респираторного отброса в основном происходит образование псевдоаэроионов.

Эту точку зрения подкрепляет и тот факт, что число твердых частиц — пылинок в воздухе, подсчитываемое счетчиком Оуэнса, ни в одном из измерений не дает больших ; величин, которые в какой-либо мере могли бы объяснить столь резкое увеличение числа псевдоаэроионов. Из наблюдений Е.Э. Лесгафт следует, что пыль, поднимаемая при движении людей или передвижении каких-либо предметов, может обусловить некоторое увеличение числа заряженных частиц. При рассмотрении кривых, полученных ею

водном из театров, отмечается повышенное число псевдоаэроионов до начала спектакля по сравнению с первым антрактом. Это явление Е.Э. Лесгафт объясняет тем, что в данном театре установка декораций и подготовка сцены во все дни ее наблюдений производилась при открытом занавесе. Это давало возможность пыли, поднимаемой на сцене, проникать в зал и влиять на показания счетчика аэроионов. Надо считать, что твердая пыль заряжена лишь частично и лишь отчасти обусловливает показания счетчика аэроионов. Остальная часть тяжелых частиц населенных помещений в основном приходится на долю ядер конденсации, выделяемых легкими.

Е.Э. Лесгафт так резюмирует свои наблюдения.

Аэроионный режим воздуха как в театральных залах, так и в фойе подвержен определенным изменениям в связи с пребыванием в них людей и с ухудшением гигиенических свойств воздушной среды.

Изменения эти выражаются в непрерывном убывании числа легких аэроионов и в сильном росте числа тяжелых аэроионов.

Образование тяжелых аэроионов происходит главным образом за счет двух факторов: наличия в воздухе пыли и дыхания людей.

Отношение числа тяжелых аэроионов к числу легких является определенной характеристикой гигиенического состояния воздуха: чем чище воздух, тем это отношении будет меньше.

Вопросу об электрическом режиме внутри обитаемых помещений А.А. Минх посвятил серию тщательных исследований. Он на чал свои работы с изучения изменений числа легких аэроионов в обитаемых помещениях и затем перешел к изучению вариации числа псевдоаэроионов.

Измерения в операционных во время хирургических операции показали резкое уменьшение числа легких аэроионов обоих знаков. В летний день за 2,5 ч число легких аэроионов уменьшилось в 2 раза — с 203 до 98 ионов в 1 см .В операционной присутствовало 10 чел. В другой раз в присутствии 8 чел. за время операции длительностью 2,5 ч степень аэроионизации уменьшилась в 1,4 раза — с 352 до 246 в 1 см .В обоих случаях число легких отрицательных аэроионов уменьшилось более резко, чем число положительных, вследствие чего коэффициент униполярное™ возрастал в первом случае с 1,71 до 2,2 и во втором с 1,33 до 1,43. Аналогичное явление наблюдалось в зимнее время* За 3,5 ч число легких аэроионов в операционной уменьшилось с 316 до 176 1 см , т.е. в 1,7 раза; за 4,5 ч — с 320 до 96, т.е. в 3,2 раза. Независимо от времени года внутри помещений наблюдалось резкое уменьшение числа легких аэроионов вследствие пребывания в помещении людей.

Тем же исследователем была проведена другая серия измерений числа легких аэроионов и псевдоаэроионов комнатного воздуха. Одновременно измерялась температура воздуха, влажность, скорость движения, охлаждающая способность, количество пыли, содержание углекислоты и вычислялась эффективная температура. Объектом наблюдений был принят воздух комнаты для занятий объемом 188 м одного из высших учебных заведений. В крмнате занимались 20—25 студентов, на каждого из которых приходилось около 8 м воздуха. В среднем комната была занята непрерывно около 6—7,5 ч ежедневно. Занятия студентов длились по 1 ч 15 мин с 15-минутным перерывом между ними. Измерения производились сперва до занятий, а затем в конце каждого отдельного занятия в присутствии студентов. Во время перерывов студенты могли выходить из комнаты, вследствие чего дверь непрерывно отворялась. Форточки открывались после окончания занятий. Воздух комнаты вентилировался суховоздушным отоплением. Наблюдения производились в течение ряда учебных дней (табл. 66).

В этой таблице представлены средние числа из многих наблюдений, и поэтому они характеризуют процесс изменения электрического режима воздуха только в основных чертах, скрадывая индивидуальные особенности каждого отдельного дня. Тем не мене общие закономерности видны отчетливо. Во-первых, во время занятий число легких аэроионов в помещении уменьшилось и одновременно возросло число псевдоаэроионов. Можно было бы допустить, что увеличение числа последних идет за счет уменьшения числа легких аэроионов, так как они легко прилипают к частичкам аэрозоля и превращаются в тяжелые частицы. Такого рода предположение может быть верно лишь в отношении незначительного числа аэроионов, ибо уменьшение числа легких аэроионов не соответствует увеличению числа тяжелых. В то время как число легких аэроионов в среднем уменьшается в присутствии людей с 248 до 176, число псевдоаэроионов возрастает от 18362 до 43809. Если до занятий преобладание тяжелых частиц над легкими достигало 74 раз, то во время занятий эта величина возросла до 320 Поэтому не может [быть и речи о том, что возникновение псевдоаэроионов в воздухе является следствием адсорбции легких аэроионов к ядрам конденсации. Наоборот, наблюдения ясно говорят о том, что в присутствии людей появляются новые источники, продуцирующие электрические заряды в окружающий воздух.

В то же время весьма характерно и другое обстоятельство, а именно: преобладание положительных легких и тяжелых частиц над отрицательными. К сожалению, в работе А.А. Минха не приведены результаты отдельных измерений концентрации отрицательных и положительных аэроионов. Тем не менее коэффициент униполярности наглядно показывает, что в среднем положительных частиц, как легких, так и тяжелых, стало больше во время занятий приблизительно на 8—10%. До занятий число зарядов обоих знаков было почти одинаковым.

Следующая серия измерений аэроионного баланса была произведена А.А. Минхом I в аудиториях высшего учебного заведения (табл. 67). Просмотр отдельных наблюдений, несомненно, представляет значительный интерес.

Табл. 67 и рис. 85 дают представление о динамике электрического режима и основных микроклиматических элементов в воздухе в связи с присутствием людей. Число легких аэроионов и псевдоаэроионов в первом случае падает с 280 до 99, число тяжелых частиц растет с 20660 до 63640 (наблюдение I). Резкий скачок в сторону увеличения числа тяжелых частиц наблюдался во время 1 -го занятия, после которого преобладание тяжелых частиц над легкими достигло 219 раз, после 2-го — 271, после 3-го — 354, после 4-го — 472 и после 5-го — 456 раз.

Наблюдение II говорит о тех же закономерностях. До занятий число тяжелых I частиц было в 16 раз больше, чем легких, после 1 -го занятия в 111, после 2-го — в 237 и после 4-го — в 289 раз. Следующие измерения дают те же высокие цифры преобладания тяжелых частиц над легкими. Проветривание помещения во всех случаях вызывало уменьшение легких аэроионов, а также и псевдоаэроионов

На рис. 85 бросаются в глаза три параллельные или почти параллельные кривые с высоким коэффициентом корреляции. Это кривые числа пылинок в единице объема воздуха, относительной влажности в % и числа псевдоаэроионов в том же объеме. Многие стороны связи между пылинками, относительной влажностью и аэроионами не выяснены до конца. А.А. Минх отмечает, что, помимо влияния на аэроионизацию обитаемых помещений микрометеорологических факторов, само присутствие в комнате людей сказывается непосредственно на числе аэроионов. В нескольких случаях упомянутый автор наблюдал резкое изменение числа легких аэроионов и заряженных частиц во время занятий при почти не изменившихся микрометеорологических условиях.

Кроме того, им было проведено два контрольных наблюдения в том же помещении, в дни, когда занятий не было, причем в комнату кроме исследователя, никто не входил. Наблюдения производились периодически в течение 7 ч 30 мин каждое и дали результаты, резко отличающиеся от тех, которые были получены в присутствии людей, хотя некоторые весьма незначительные колебания всех показателей все же наблюдались.

Возникает вопрос, может ли поднимаемая в комнате людьми пыль являться причиной возникновения псевдоаэроионов. Несомненно, что частички пыли при своем движении в воздухе с известной скоростью могут под влиянием трения одна о другую приобрести заряды. Еще наблюдения физика XVIII в. Беннета (1750—1799) показали, что пыль при наличии более или менее быстрого ее движения в воздухе является источником электрических зарядов. Исследования Рэджа подробно осветили этот вопрос. Однако далеко не ясно, могут ли результаты, полученные указанными авторами, быть перенесены на условия поведения частиц пыли в населенной комнате. Решить этот вопрос могли только специальные эксперименты, осуществленные в лаборатории аэро-ионификации (Дворца Советов) в 1938—1941 гг. в Москве

На основании своих наблюдений А.А. Минх приходит к следующим выводам:

1.В присутствии большого числа людей и при недостаточной вентиляции помещения происходят значительные изменения в аэроионном

режиме комнатного воздуха, которые в основном выражаются в уменьшении числа легких аэроионов, в увеличении числа тяжелых аэроионов и в повышении величины преобладания последних над легкими аэроионами.

Эти изменения с течение времени делаются все более и более значительными, но особенно резкое изменение первоначального состояния аэроионного режима наблюдается в первый час пребывания в помещении людей.

Изменения аэроионного режима протекают параллельно с изменением метеорологических условий, и между этими факторами наблюдаются определенные взаимоотношения: число легких аэроионов обычно находится в обратной зависимости от влажности и содержания углекислоты; число тяжелых аэроионов, наоборот, находится в прямом отношении с этими факторами.

Наибольшим изменениям аэроионного режима соответствуют в гигиеническом отношении наихудшие микрометеорологические условия.

Наиболее постоянным и чувствительным индикатором соотношений между происходящими изменениями в аэроионном режиме комнатного воздуха, с одной стороны, и его гигиеническим состоянием — с другой, является изменение величины преобладания тяжелых аэроионов над легкими.

Кроме метеорологических условий, причинами изменения аэроионного режима комнатного воздуха в присутствии людей являются поглощение легких аэроионов в процессе дыхания, их потеря в резуль тате контакта с телом, адсорбция одеждой и т.д.

Изменение числа легких аэроионов и псевдоаэроионов обеих полярностей в обитаемых помещениях было полностью подтверждено измерениями, проведенными автором этой книги. Обращаясь к нашим измерениям, легко увидеть, что влияние числа людей на число легких аэроионов обеих полярностей совершенно несомненно.

Первые измерения были произведены в марте 1934 г. в небольшой студии во время спектакля в четырех действиях на уровне партера. Измерялось число легких аэроионов обоих знаков. На рис. 86, заимствованном из нашей монографии 1938 г., отчетливо видна динамики числа аэроионов: наблюдается почти полное падение числа легких аэроионов в зрительном зале во время спектакля, небольшие подъемы кривых во время трех антрактов и возвращение к норме через 75— 80 мин после окончания спектакля.

Наблюдение I (рис. 87) в комнате объемом 65,5 м с плохой вентиляцией. Присутствовало 8 чел., курение было запрещено. Двери и форточки закрыты. Температура воздуха во время опыта поднималась с 17 до 20°С. Относительная влажность возрастала с 45 до 54%. До выхода людей в комнате было 247 положительных и 205 отрицательных легких аэроионов в 1 см воздуха. После 1 ч пребывания людей число положительных аэроионов снизилось до 172, а отрицательных до 111; после 2 ч — соответственно 127 и 45 аэроионов; после 3 ч — 75 и 22 аэроиона; после 4 ч — 45 и 17; после 5 ч — 30 и 18; после 6 ч — 29 и 17; через 7 ч — также 27 и 17.

Наблюдение II в той же комнате (рис. 88). Присутствуют 16 чел. Зафиксировано резкое падение числа как положительных, так и отрицательных аэроионов. От первоначальных 237 и 216 агфоионов в 1 см через 1 ч остается 102 и 33. Ко 2-му часу число аэроионов падает до щ* лельно низкого значения.

Наблюдение III за динамикой числа легких аэроионов (рис. 89). Изменения происходят сразу же после выхода из комнаты 12 чел., находившихся в ней в течение 2 ч при прежних условиях. Число аэроионов начинает возрастать и к 3—4-му часу почти достигает исходных значений.

Наблюдение IV проведенное в том же помещении и при тех же условиях (рис 90). Присутствуют 12 чел. Число тяжелых частиц обеих полярностей быстро возрастает от нескольких тысяч до начала опыта к 75000 по истечении 5 ч (кривые I и 2).

Присутствовало 8 чел. Скорость возрастания числа тяжелых частиц несколько меньше. К 6-му часу число частиц того и другого знака около 60000 в 1 см   (кривые 3 и 4),

Наблюдение V за динамикой числа легких аэроионов и псевдоаэроионов обеих полярностей в помещении объемом 47,5 м в присутствии 3—5 чел. с 22 ч вечера до 9 ч Утра (рис. 91). Перед началом наблюдений помещение проветривалось в течение 2 ч. Курение было запрещено. Измерения легких и тяжелых частиц производились каждый час по очереди.

Не ограничиваясь наблюдениями, произведенными Л.Н, Богоявленским, нами были проверены данные, полученные ПР. Уэтом и О.В. Торресоном, о количестве выбрасываемых дыханием человека тяжелых частиц положительной и отрицательной полярности и накапливающихся в воздухе обитаемого помещения.

Экспериментальная проверка показала, что после освобождения помещения от людей число псевдоаэроионов постепенно убывает. Их убывание происходит и во время присутствия в помещении людей, однако скорость убывания меньше, чем скорость увеличения их числа. Тяжелые частицы обладают настолько малыми подвижностями, лежащими в пределах от 0,01 до 0,0005 см /(В-с), что вероятность их рекомбинации невелика. Поэтому в воздухе закрытого помещения в присутствии людей с течением времени накапливается все больше и Дольше псевдоаэроионов.

Измерения числа тяжелых частиц в закрытых населенных помещениях, производимые в течение нескольких часов, говорят именно о кумуляции их, число частиц неизменно возрастает, достигая к концу наблюдений (через 8—10 ч) максимальных значений. Рост кривой во все время опыта показывает, что процессы электризации превышают процессы рекомбинации* Процесс накопления псевдоаэроионов в закрытом населенном помещении связан также с их концентрацией в единице объема, т.е. с расстоянием между частицами разных полярностей. По мере значительного увеличения концентрации частицы сбли-|жаются одна с другой, и тем самым возрастает частота воссоединения частиц разных знаков и, следовательно, их нейтрализация. При некоторых значениях концентрации частиц процесс их накопления будет уравновешен процессом рекомбинации. Кривая динамики числа псевдоаэроионов по мере возрастания этого равновесия постепенно перейдет в асимптоту. На некоторых из проводимых здесь кривых обнаруживается тенденция такого рода (см. рис. 89—91).

Принято считать на основании ряда наблюдений и соответствующих расчетов, что продолжительность существования "тяжелого аэроиона" в среднем равна 1 ч. Это значение, конечно, весьма условно и должно быть принято как осредненное и весьма приближенное. Наблюдения не подтверждают его.

Для подсчета числа псевдоаэроионов, приходящихся на одно дыхание, можно условно принять, что в этом подсчете будут участвовать тяжелые частицы, накопившиеся в помещении за последний час пребывания людей. Вычисление числа псевдоаэроионов, продуцируемых одним выдохом, можно производить по следующей формуле:

гДс/У+и./У _ — число частиц соответственно положительного и отрицательного знака в 1 см3 воздуха; # — объем помещения в 1 см3; 960 — число выдохов одного Человека за 1 ч; Я — число людей, присутствующих в помещении.

Если же принять, что средняя продолжительность существования частиц превышает 1 ч, тогда в знаменатель формулы можно ввести — число часов пребывания людей в данном помещении.

В табл. 68 в качестве примера приведены результаты двух наших опытов из 17.

Из этих измерений следует, что в одном выдохе человека содержатся десятки и сотни миллионов псевдоаэроионов. Вариации в их числе, приходящиеся на один выдох, могут зависеть, при данном методе измерений, как от числа присутствующих, так и от объема помещения.

Среднее число из всех 17 многочасовых опытов оказалось равным 1,63-10 аэроионов обоих знаков в одном выдохе. В большинстве случаев мы констатировали преобладание числа положительных частиц над числом отрицательных. В помещении, занятом людьми и недостаточно проветриваемом, наблюдается со временем кумуляция частиц, что заставляет при расчетах их числа, приходящихся на один выдох, принимать во внимание и фактор времени. Из наблюдений следует, что продолжительность жизни псевдо-аэроиона значительно превышает 1 ч.

Рассматривая число тяжелых аэроионов, образовавшихся в возду хе того или иного помещения в присутствии людей (см. табл. 65—67),

легко получить тот же порядок значении тяжелых аэроионов ц одном выдохе человека, который был получен Г.Р. Уэтом и О.В. Торресоном, а также и нашими исследованиями,

При измерении числа тяжелых аэроионов в театральном зале Е.Э. Лесгафт после спектакля обнаружила в 1 см около 7000 частиц обеих полярностей, происхождение которых могло быть отнесено за счет дыхания. Принимая объем зала приближенно равным 20-10 см , число присутствующих 2 тыс. человек и 10 дыханий человека в 1 ч, получим для одного выдоха порядка 10  тяжелых частиц.

А.А. Минх приводит следующий пример: объем помещения 188 м , присутствуют 25 чел., среднее число "тяжелых аэроионов** обеих полярностей равно 43-10 .В результате расчета получаем 3,23-10   псевдоаэроионов в одном выдохе человека.

Таких примеров, взятых у различных исследователей, можно было бы привести немало.

В связи с полученными данными возникает важнейшая гигиеническая проблема: ликвидация во вдыхаемом воздухе электрического респираторного отброса организма — физиологического аэрозоля высокой концентрации и определенной вредности для здоровья.