Введение аэроионов отрицательной полярности в состав элементов кондиционированного воздуха

Строительство зданий и сооружений в соответствии с последними достижениями науки и техники, выработка наилучших условий труда и быта человека ставят перед наукой ряд задач, среди которых немалую роль играет задача повышения требований к санитарно-гигиеническому состоянию воздуха. Если принять во внимание то значительное число часов, в течение которых человек пребывает в закрытом помещении (до 90—95% своей жизни), причем эти условия зачастую усугубляются формой и тяжестью труда, то станет вполне понятным желание создать такие условия труда и быта, при которых кратковременное пребывание на воздухе было бы достаточным. Факторами внешней среды рабочего или жилого помещения, к которым приходится приспособляться человеческому организму и которые способны влиять на его самочувствие, в основном являются температура воздуха, его влажность и скорость движения.

Дурное самочувствие, испытываемое человеком в воздухе, испорченном газообразными отбросами продуктов производства, присутствием других людей, в воздухе сыром, очень холодном или, наоборот, перегретом, понижает работоспособность человека и вызывает желание подышать свежим воздухом, чтобы вновь обрести нормальное самочувствие.

Даже лучшие системы вентиляционных установок не всегда могут избавить воздух помещения от присутствия пыли, бактерий, вредных газов и запахов, хотя вентиляционная техника очень сильно развивалась.

Первоначальный импульс новому направлению в этой области дала промышленность, в которой в силу производственно-технических причин уже давно делались попытки добиться улучшения параметров качества воздуха. Однако, после того как стало очевидным, какие большие возможности представляются в этой области, развитие вентиляционной техники пошло также и по пути разрешения вопроса об улучшении параметров качества воздуха в непромышленных помещениях,

Ряд факторов влияет на состояние воздуха и оказывает действие на организм человека. Кроме выполнения естественных требований в деле очистки воздуха от вредных примесей, необходимо иметь возможность постоянного контроля над температурой, влажностью и скоростью движения воздуха. На основании многочисленных физиологических опытов установили "зону комфорта", т.е. известные границы, м которых должны находиться температура и влажность воздуха, чтобы быть приятными и полезными человеку. Конечно, границы температуры в известной степени зависят от состояния наружного воздуха. Потому и зона комфорта несколько различна зимой и летом.

То, что температура имеет громадное значение для самочувствия, состояния здоровья и работоспособности человека, было установить довольно легко. Общеизвестно, что повышение температуры влияет на многие функции человеческого тела. Даже умеренное повышение температуры (с 19 до 27,5°С) уменьшает производительность труда рабочих приблизительно на 40%. По статистическим данным, повышение температуры приблизительно такого же порядка значительно увеличивает число несчастных случаев. Слишком низкая температура также вредна для здоровья. Она увеличивает уровень опасности на производстве. Важную роль в состоянии здоровья и самочувствия человека играет влажность воздуха. Известно, что как слишком низкая, так и слишком высокая влажность вредна. При недостаточной влаж-[ости высыхает слизистая оболочка дыхательных органов, следствием [его является повышенная восприимчивость ко всякого рода инфекциям, в значительной степени увеличивается образование пыли в окружающей среде, что в свою очередь вызывает раздражение дыхательных органов. Сильная влажность затрудняет нормальное испарение кожи. Она благоприятствует развитию бактерий и плесени. Признано, что в помещениях, в которых преследуется цель обеспечить хорошее самочувствие человеку, относительная влажность должна быть от 40 до 60%, причем первая цифра относится к зимнему времени. Эти пределы влажности также благоприятны для сохранения деревянных предметов (например, мебели и пр.), которые портятся как при слишком большой, так и при слишком малой степени влажности. Во многих областях промышленности производственный процесс предъявляет строгие требования к тому, чтобы относительная влажность воздуха имела известные, точно определенные значения.

Зимой обычным свойством воздуха является недостаточная его влажность. Часто относительная влажность зимнего воздуха составляет от 15 до 30%. Вместе с нагреванием холодного воздуха можно его и увлажнять. В настоящее время разработаны специальные установки, ^позволяющие одновременно изменять температуру воздуха, фильтровать его, увлажнять или осушать, т.е. кондиционировать воздух. Эти установки позволяют насыщать помещения воздухом желаемой чистоты, температуры и влажности.

общественном помещении создать атмосферные условия, необходимые для благоприятного воздействия на здоровье и производительность труда человека.

Централизованные установки для кондиционирования воздуха устраиваются по следующей схеме. В отдельном помещении уста-навливаетсяодин или несколько приточных вентиляторов, перемещающих наружный воздух и пропускающих его через фильтры для очистки от пыли, затем через калорифер для нагрева его зимой или через охладитель для охлаждения летом (часто один и тот же агрегат служит зимой нагревателем, а летом охладителем) и, наконец, через увлажнительную камеру или осушители. Температура и влажность воздуха чрезвычайно точно регулируются автоматически действующими аппаратами, установленными в центральной камере и соединенными с контрольно-регулирующими приборами в обслуживаемых помещениях.

В центральных камерах воздух нагревается либо медными и алюминиевыми пластинчатыми калориферами, либо чугунными литыми калориферами с сильно развитой поверхностью, либо, наконец, трубчатыми стальными калориферами с рядом вертикальных трубок. Теплоносителем служит главным образом пар низкого или повышенного давления, иногда — горячая вода. Охлаждается воздух обычно теми же устройствами с той только разницей, что вместо пара в трубки пропускается охлажденная вода. Охлаждение же самой воды достигается с помощью центральной холодильной установки, работающей на аммиаке или фреоне. Увлажнение достигается разбрызгиванием на пути воздуха воды из водяных форсунок. Воздух фильтруется с помощью фильтров, состоящих либо из нескольких слоев пористой тонкой хлопчатой бумаги, либо из сетчатых коробок, заполненных смоченными в масле стружками, стеклянными иглами и пр. Воздух, пропущенный через все эти устройства, увлажненный до желаемой степени и нагретый или охлажденный до необходимой температуры, поступает по трубопроводам в жилое, общественное или рабочее помещение. Тут и возникает вопрос: какие перемены произошли в электрическом состоянии наружного воздуха, прошедшего через сложную обработку кондиционирования? Можно утверждать, что все естественные аэроионы наружного воздуха при фильтрации и других процедурах были уничтожены, а следовательно, кондиционированный воздух утратил свои естественные электрические свойства и они должны быть ему возвращены искусственно. В такой форме этот вопрос был поставлен автором этой книги и получил также отражение в исследованиях Яглу* Однако при разработке этого вопроса возникли новые задачи физического характера, которые изучались под руководством автора в ЦНИЛИ.

Проблема применения искусственных аэроионов к кондициониро ванному воздуху тесно связана с влиянием влажности воздуха на число и подвижность аэроионов. Поэтому первая задача заключалась

в выяснении соотношении между различными степенями влажности воздуха и числом и подвижностью аэроионов при искусственной аэроионизации. Как известно, в атмосферном воздухе при естественных условиях существуют аэроионы с самой различной подвижностью, начиная с легких и кончая тяжелыми. В естественных условиях атмосферы тяжелые частицы возникают путем осаждения легких аэроионов на твердых частицах пыли, дыма или на взвешенных в воздухе капельках воды, а также путем балло- и трибоэлектрического эффекта.

При изменении физических условий атмосферного воздуха (давление, температура и особенно влажность), влияющих на число и подвижность аэроионов, изменяется также и полярная проводимость газа. Увеличение влажности воздуха уменьшает его проводимость. В этом случае из общего числа зарядов, находящихся в воздухе, большой процент падает на долю тяжелых частиц, образовавшихся налипанием легких аэроионов а микроскопические капельки воды с крайне малой подвижностью, слабо участвующих в переносе заряда.

В указанном исследовании искусственная униполярная аэроионизация возбуждалась с помощью электрического эффлювия и измерялась методом экрана. Опыты про изводились в специальной стеклянной камере объемом 500 л. Электроэффлювиальная люстра помещалась сверху, приемный экран — внизу. Воздух в камере увлажнялся с помощью особого приспособления. Психометр, полностью помещенный внутри камеры, был расположен так, что завод пружины мог быть произведен снаружи, так же как и увлажнение батиста (с помощью длинной стеклянной трубки, вводимой снизу камеры). Температура в камере могла быть повышена до 45°С четырьмя лампами накаливания. Так как избежать поверхностной проводимости по внутренним стенкам камеры был нельзя, то основание камеры было сделано из листа железа, отведенного к земле. Таким образом, влияние поверхностной проводимости на показания приборов было полностью устранено.

На рис. 93 представлена зависимость силы тока экрана от относительной влажности воздуха при постоянной температуре и при различных потенциалах на электроэффлювиальной люстре. Характер кривых не подчеркивает в изученных пределах особого влияния потенциала на их ход, и потому при остальных измерениях мы остановились на одном значении потенциала — 40,3 кВ. Семейства кривых (рис. 94) позволяют найти зависимость силы тока от напряжения при Данной температуре и для данной относительной влажности.

Отсюда видно, что заметного влияния температуры в пределах 18—36°С при постоянной относительной влажности на характер зависимости силы тока — напряжение не наблюдается. Некоторая нелинейность кривых на рис. 94 наводит на мысль, что повышение напряжения вызывает неодинаковый рост числа аэроионов в группах с различной подвижностью.

На рис. 95 представлена зависимость величины силы тока экрана при постоянном напряжении 40,3 кВ от различных температур и относительной влажности воздуха. Кривые показывают, что увеличение относительной влажности, например до 76 %, во всех случаях линейно понижает величину силы тока экрана. При относительной влажности более 76% наблюдается изгиб кривой и более быстрое уменьшение силы тока. Указанное обстоятельство в условиях естественной аэроионизации, давно отмеченное рядом исследователей (Линсс, Гоккель), может быть объяснено увеличением относительного содержания в воздухе тяжелых аэроионов, образующихся адсорбированием легких аэроионов на капельках влаги. Образование ядер конденсации сильно возрастает, начиная с величины относительной влажности, равной 76%. Сравнение кривых, взятых для различных температур по угловому коэффициенту линейной части, дает возрастание 1% при увеличении температуры. Кривые, взятые для крайних температур исследованного интервала 18,3—37,2°С, определенно указывают на это обстоятельство. Полученные данные приведены ниже.

Отсюда видно, что при малой относительной влажности (40— 60%) сила тока экрана при 37,2°С превышает значения при 18,3°С. Наоборот, при относительной влажности 85%, когда число ядер, адсорбирующих легкие аэроионы, возрастает (особенно при температуре 37,2°С, когда абсолютная влажность в 3 раза превышает свое значение при 18,3°С), наблюдается уменьшение силы тока экрана. Это соответствует увеличению относительного содержания тяжелых аэроионов, несмотря на более высокую температуру.

, В другом исследовании был изучен тот же вопрос, но с той разницей, что измерялась не плотность аэроионного потока (т.е. число ионов, падающих на 1 см /с), а число аэроионов в единице объема воздуха (1 см /с).

Все измерения при излучении влияния влажности воздуха на концентрацию и подвижность аэроионов производились в специальной небольшой камере. Генератором аэроионов служила установка, представляющая собой круглую электроэффлювиаль-ную люстру. Последняя была подвешена на изоляторах внутри горизонтального металлического цилиндра. Сзади люстры находился электрический вентилятор, который подавал образующиеся аэроионы внутрь камеры. Для ее защиты от действия электрического поля люстра была ограждена впереди редкой заземленной сеткой. Счет числа и подвижности аэроионов производился счетчиком Эберта. Промеры аэррионизации делались по методу Махе. Этот способ дает возможность одновременно определить и концентрацию легких аэроионов, так как первое из двух измерений по этому методу (с заземленным добавочным конденсатором) представляет собой обычный счет числа легких аэроионов

Измерения аэроионизационных констант были произведены предварительно в сухом лабораторном воздухе, а затем при повышенной относительной влажности — в камере. Всего было сделано по нескольку измерений искусственной аэроионизации, отдельно для аэроионов каждого знака. В результате измерений были получены определенные данные, не оставляющие сомнений в бесспорности факта влияния величины влажности воздуха на степень искусственной аэроионизации. Дополнительно поставленные контрольные опыты по счету легких аэроионов способом Эберта показали, что если при естественной ионизации утверждение Гесса о равноценности методик Эберта и Махе является вполне верным, то в условиях сильной искусственной аэроионизации эти методики дают уже некоторое расхождение. Результаты измерений плотности аэроионов

ионов в сухом и влажном воздухе полученные двумя указанными способами, приведены в табл. 70.

в аэроионизационной камере на 15% (с 56 до 71) уменьшило почти в 2 раза число легких аэроионов обеих полярностей, отмечаемое счетчиком Эберта. Полученные результаты удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными других авторов, изучавших влияние влажности на число легких аэроионов в атмосферном воздухе при естественной аэроионизации. Это показывает, что число аэроионов в 1 см3 является неустойчивой динамической величиной. Анализируя приведенные данные, можно видеть, что в сухом лабораторном воздухе положительных аэроионов при одинаковых прочих условиях большее число, чем отрицательных. Это различие в условиях повышенной влажности воздуха сглаживается.

Оставляя открытым вопрос о том, какой из двух применявшихся методов определения концентрации легких аэроионов является наиболее точным в условиях искусственной аэроионизации, можно все же считать установленным, что с увеличением содержания водяных паров в воздухе с 56 до 71 % процесс аэроионизации движется в сторону сглаживания разницы между величинами концентраций положительных и отрицательных аэроионов при прочих равных условиях. Возможно, что одной из причин этого явления может служить различие в электрохимической природе положительных и отрицательных аэроионов, обусловливающее их неодинаковую адсорбционную способность. Это предположение справед ливо при условии, что увеличение содержания влаги в воздухе происходит из-за медленного испарения воды.

Переходя к вопросу о влиянии влажности на изменение подвижности аэроионов различной полярности, можно отметить следующие данные, полученные при этих исследованиях.

Уменьшение подвижности газовых аэроионов при повышении относительной влажности (для положительных аэроионов приблизи-ельно на 30% и для отрицательных на 50%) говорит о том, что увеличение содержания водяных паров в воздухе изменяет де только число легких аэроионов, но что это влияние носит более глубокий характер, вызывая превращение нормальных газовых аэроионов молекулярного порядка в "тяжелые аэроионы", представляющие собой заряженные водяные капельки. Об этом свидетельствует факт уменьшения подвижности аэроионов, установленный наблюдениями целого ряда исследователей. Несколько пониженные значения для подвижности аэроионов легко могут быть объяснены запыленностью помеще ния, в котором проводились измерения, вследствие чего в воздух находилось много ядер, адсорбирующих легкие аэроионы.

Выше показано, что сколько-нибудь значительного влияния увеличения относительной влажности воздуха в пределах от 40 до 76% на изменение величины плотности аэроионного потока не замечается. Имевшее место перераспределение в числе аэроионов в группах с различной подвижностью могло не отразиться заметным образом на показаниях приборов, ибо общий электрический заряд в 1 см воздуха почти не изменился.

и т.д., которые все улавливаются аспирационными приборами. Найденная подвижность к легких аэроионов в действительности оказывается средней подвижностью всех имеющихся в воздухе групп аэроионов, т.е.

Итак, задача получения униполярно ионизированного воздуха постоянной плотности и с аэроионами определенной величины требует, кроме установления известного электрического режима самой ионизационной установки, изучения различных внешних факторов (метеорологических и др.), которые оказывают влияние на изменение плотности аэроионов.

Резюмируем изложенное выше.

В условиях повышенной относительной влажности воздуха происходит уменьшение числа легких аэроионов в единице объема воздуха, причем повышению относительной влажности с 56 до 71 % соответствует уменьшение числа легких аэроионов в среднем в 2 раза для аэроионов обоих знаков. Для положительных аэроионов понижение концентрации происходит быстрее, чем для отрицательных.

При повышении относительной влажности на 15% (с56до71%) п°Движность легких аэроионов обоих знаков уменьшается в среднем

на 40%. Это говорит о том, что газовые аэроионы превращаются в тяжелые, причем рост отрицательных аэроионов идет быстрее.

Результаты измерений плотности ионного потока и числа аэроионов в единице объема воздуха могут иметь большое значение для разрешения вопроса о возможности включения аэроионов в систему элементов кондиционированного воздуха. Эти измерения показывают, что величина относительной влажности, вмещающаяся в зону физиологического комфорта и лежащая в ограниченных средних пределах от 40 до 60%, не может явиться препятствием для достаточного искусственного насыщения аэроионами кондиционированного воздуха. Это обстоятельство позволяет ставить вопрос о включении элект-роэффлювиального генератора аэроионов отрицательной полярности в агрегаты кондиционирования воздуха (рис. 96 и 97).

Использовав обтекаемый электроэффлювиальный аэроионизатор кондиционера, автором книги была предложена схема аэроионифици

рованного здания (рис. 98). Гидрокислородная и вентиляционная ап паратура помещается в подвальном этаже. Воздух засасывается свер ху здания. Высоковольтно-выпрямительная установка также помещается в подвальном этаже и обслуживает здание или отдельные его части.

В целях изучения ряда вопросов, связанных с работой электрифицированных гидродинамических сопл или форсунок, а также изучения физиологического действия тяжелых водяных частиц в Ленинграде была создана специальная Лаборатория аэроионификации. Разработка теоретико-технической стороны вопроса была поручена группе специалистов во главе с инж. К.Н. Васильевым. В этой лаборатории были изучены два типа сопл, предназначенных для генерирования электрически заряженных водяных частиц.

Еще в ЦНИЛИ в 1931 —1933 гг. был разработан способ получения высокозаряженных аэрозолей фармакологически активных веществ Для введения в организм интратрахеальным путем этих аэрозолей с высоким электрическим зарядом отрицательной полярности. Позже аналогичной задачей занимался Е. Бурхардт, который во Франкфуртском

институте физических основ медицины сконструировал водяное сопло, дававшее поток заряженных частиц. Задача, поставленная автором перед Ленинградской лабораторией аэроионификации, была несколько отлична от указанной, так как при кондиционировании воздуха особое значение приобретает число аэроионов, их полярность и химический состав, дисперсность аэрозоля, выбрасываемого генератором. Поэтому при проектировании генератора следовало прежде всего принять во внимание физико-химический комплекс условий образования заряженных водяных частиц.

Применявшаяся во время опытов схема сопла-генератора электрически заряженных частиц приведена на рис. 99.

Сопло состоит из коаксиально расположенных стержня 5, несущего на своем конце обтекатель 7, и полых тел вращения 4, 5, 6, пространства между которыми образуют камеры /, 2, 3, которые можно назвать внутренней, средней и внешней.

В камеры / и 3 компрессором подается сжатый воздух с небольшим добавлением кислорода. Из камеры / воздух со значительной скоростью попадает в конический кольцевой зазор между обтекателем 7 и конической частью детали 8. Это пространство, следуя терминам прикладной аэродинамики, можно назвать диффузором. Выходящий из внешней камеры 3 воздух движется почти параллельно оси сопла. Средняя камера 2 предназначена для подачи воды из вспомогательного резервуара, находящегося под давлением, создаваемым компрессором.

Воздух с добавлением кислорода, проникая в диффузор, встречает на своем пути подаваемую из внутренней камеры 2 с некоторой скоростью воду, дробит ее на отдельные капли, и здесь, по-видимому, образуются электрически заряженные водяные частицы с

адсорбированным кислородом. Для управления полярностью вылетающих из сопла частиц служит обтекатель 7, к которому подводится достаточное напряжение (в нашем случае 400 В) с помощью проводящего электричество стержня. Верхняя и средняя части цилиндрической перегородки выполнены из эбонита. Средняя часть служит для центровки.

Проходя более длинную сравнительно с размерами мест образования частиц часть диффузора, подавляющее число частиц нежелательного знака оседает на обтекателе и таким образом нейтрализуется. Остальные частицы противоположного знака выходят наружу и образуют облако водяных частиц, которое при соответствующем добавлении кислорода следует использовать в целях аэроионификации помещений.

I Причиной образования зарядов является дробление в сопле жидкости при столкновении ее с воздухом. Дальнейший путь частиц проходит в электрическом поле значительной интенсивности. Тут в основном нейтрализуются частицы нежелательного знака.

> Можно сделать следующие предположения относительно механизма образования заряженных частиц. Допустим, что жидкость проникает на известную глубину в канал, где движется подаваемый под давлением воздух. Здесь происходит неизбежное столкновение частиц и их дробление, при котором свободная поверхность жидкости, несущая двойной электрический слой, возрастает в огромных размерах. Механизм дробления воды сводится к срыванию поверхностного слоя жидкости в месте соприкосновения ее с движущимся воздухом. Это будет иметь место в том случае, если разность давление жидкости в месте ее выхода в диффузор и движущегося воздуха сравнительно невелика.

Исходя из указанных выше соображений, было изготовлено сопло, дающее мощный поток псевдоаэроионов, устойчивых при прохождении по вентиляционным каналам. Полярность тяжелых водяных частиц можно было легко регулировать соответствующими приспособле-> ниями. Сопло может быть включено в кондиционер или работать самостоятельно в центральной камере вентиляционной системы.

Одновременно с конструированием генераторов тяжелых водяных частиц физик И.Д. Андреев в той же лаборатории изучил дисперсность частиц, образуемых генераторами. Определение размеров этих частиц производилось микроскопическим методом. Капли улавливались на стеклянную пластинку, покрытую слоем смеси вазелинового масла и вазелина в определенной пропорции, что предохраняло капли воды от испарения. Измерялись размеры капель, взвешенных в этой смеси.

Исследована работа двух генераторов заряженных частиц: генератора 1 типа "сопла" Бурхарда и генератора 2 конструкции К.Н. Васильева. Оба генератора испытаны в оптимальных условиях электризации (наибольшей дисперсности частиц) при температуре воды 5—6 и воздуха — 15—17°С.

Через водяной факел генератора / произведено три горизонтальных разреза на высотах 30—35,80—90 и 130— 135 см от выхода диспергированной струи из генератора. Для генератора 2 было проделано четыре разреза на высотах 35, 85, 135, 185 см без наложения потенциала, третий разрез на высоте 135 см повторен 2 раза при работе генератора с потенциалом ±400 В.

Во всех случаях распределение частиц по размерам носит резко асимметричный характер с модульными значениями, сдвинутыми в сторону мелких капель. Максимум распределения приходится на частицы размером (5+25) 10" см, или 5—25 мкм. Для исследованных генераторов вычислено распределение эмпирических вероятностей и средние размеры частиц. Для разных уровней по каждому из генераторов были получены следующие результаты:

Изучение распределения эмпирических вероятностей позволило сделать следующие обобщения:

а) замечалась тенденция к увеличению средних размеров частиц и относительных частот распределения для более крупных частиц при переходе с нижних уровней на более высокие. Исключение составлял лишь самый высокий уровень (185 см) для гене ратора 2.

Причины отмеченной тенденции, по-видимому, заключались в слиянии различно заряженных капель под влиянием сил электростатического притяжения, а также в слиянии частиц вследствие различия скоростей, действия гидродинамических сил и термодинамической неустойчивости водяного факе а,

б) наложение потенциала на генератор резко сказывалось на его работе. Во всех случаях наблюдался сдвиг параметров распределения в сторону уменьшения размеров частиц. Это объяснялось тем, что поток частиц оказывался униполярно-заряженным и между частицами возникали силы электростатического отталкивания. В результате размеры капель уменьшались на всех уровнях.

В качестве характеристики работы генераторов установлены: 1) относительное число капель меньших размеров в процентах от общего их числа; 2) количество распыляемой воды в процентах, приходящееся на капли меньше заданного размера. Эти два параметра работы генератора лучше всего устанавливать по наблюдениям на нижнем уровне (35 см), где уже заметна расчлененность водяного факела на отдельные элементы.

Второй параметр, или "коэффициент гидродинамического использования", генератора изменяется вместе с изменением режима его работы (количество подаваемой воды, воздуха, а также регулировка зазоров в генераторе и т.д.). Получены следующие значения коэффициента гидродинамического использования генераторов.

На основании произведенных исследований можно считать доказанным, что лучшим генератором является генератор 2, предложенный инж. К.Н. Васильевым. Он дает больше мелких капель, что очень важно для искусственного ионизирования воздуха. Генератор 2 характеризуется более устойчивым во времени режимом работы, что очевидно из сопоставления распределений вероятности для одного и того же уровня. Коэффициенты гидродинамического использования у испытанных генераторов все же чрезвычайно малы. Снижение их происходит из-за уноса единичными крупными каплями относительно больших количеств подаваемой в генератор воды. Повышение коэф фициента гидродинамического использования генератора может быть достигнуто за счет повышения мощности компрессорной установки, подающей воздух в генератор.

Исследование И.Д. Андреева показало, что до 85% всех капель, вырабатываемых генератором, имеют диаметр, в среднем равный 50 мкм и менее. Остальные 15% капель имеют большие размеры. Иначе говоря, 85% всех капель имеют размеры, лежащие на границе мелко-и среднекапельного тумана. Принимая, что равновесный заряд пропорционален радиусу капли, можно принять, что каждая капелька водяного аэрозоля, только благодаря эффекту Ленарда несет в среднем около 500 элементарных электрических зарядов. При подведении к соплу высокого потенциала это значение заряда должно быть увеличено в несколько десятков и даже сотен раз, как это было показано автором еще в 1934 г. и затем в следующем году подтверждено Е. Бур-хардом. Если считать, что в 1 см содержится до тысячи капель, то в том же объеме будем иметь 10 —10 элементарных электрических зарядов. Данное значение заряда приближается к концентрации электрических зарядов выдыхаемого воздуха в обитаемом помещении.

Предварительное изучение электрических свойств водяного факела, выбрасываемого генератором тяжелых аэроионов конструкции инж. К.Н. Васильева, было произведено М.М. Соколовым в той же Ленинградской лаборатории аэроионификации. Для этих целей применялся метод зондов. Было показано, что водяной факел представляет собой мощный поток электрических частиц, плотность и униполяр-ность которого может быть установлена по желанию, в соответствии с

физиологической "зоной комфорта". При создании относительной влажности, лежащей в пределах от 40 до 60%, можно одновременно создавать и электрический комфорт воздуха. С помощью зондирования отдельных участков факела, вырабатываемого вторым гидродинамическим генератором, М.М. Соколов получил следующие данные, характеризующие работу факела.

Максимальное значение потенциала факела составляет 2400 В, и оно одинаково по оси всего факела, затем по мере удаления от оси идет спад. В центре факела наблюдается минимум, что объясняется тем, что зонд принимает потенциал только за счет водяных частиц, попадающих на него из факела сбоку или сверху. Характерной особенностью всех измерений является то, что они показывают второй максимум на расстоянии 60 см от генератора. Центральный максимум объясняется наличием большого числа заряженных частиц в факеле, где имеется преобладание водяных частиц одного знака. Минимум характеризует преобладание в этом участке частиц противоположного знака по отношению к заряду факела. И второй максимум характеризует преобладание частиц в этом участке того же знака, что и факел.

Наибольшее значение потенциала (1900 В) второго максимума обнаруживается высоте 96 см, что соответствует половине высоты всего факела. Преобладание частиц со знаком, противоположным знаку факела, вблизи него и затем опять переход к преобладанию частиц с зарядом, одинаковым по знаку с факелом, можно объяснить тем, что вылетающие из генератора частицы с достаточно большой скоростью и несущие на себе заряд того или другого знака образуют конус. Это в значительной степени определяется устройством генератора. Частицы, движущиеся вблизи образующей этого конуса, сталкиваются с молекулами воздуха и или отдают им свой заряд, или приобретают его при столкновении.

Перезарядка зависит от потенциалов ионизации частиц воды и молекул воздуха при столкновении их. В результате перезарядки в области, близкой от образующей, появляются молекулы воздуха, несущие на себе и тот и другой знак. С момента их появления начинается сортировка. После объемного заряда факела втягивает частицы противоположного знака и выталкивает частицы того же знака, что и факел. Плотность втягиваемых частиц будет обратно пропорциональна расстоянию от осл факела, а выталкиваемых — прямо пропорциональна до предела, определяемого вторым максимумом, т.е. до расстояния, где нет перезаряженных частиц противоположного факелу знака. Можно себе представить "рубашку", надетую на факел, внутри которой происходят процессы перезарядки, и за ее пределами — выход заряженных частиц, одинаковых по знаку с факелом.

Для повышения выхода униполярных частиц, по-видимому, необходимо увеличить поверхность факела или увеличить обмен воздуха, "обрабатываемого** им. Если через факел продувать вентилятором воздух с добавлением кислорода, концентрация аэроионов увеличивается на 25%.

Важно также знать плотность тока в различных участках факела и вблизи него. При измерениях система заряжалась до 2000 В и разряжалась факелом обратного знака. Время разрядки характеризует плотность тока на участке, где помещается зонд. В табл. 71 приведены значения времени разрядки зонда от потенциала 2000 до 400 В на различных высотах по оси факела (время соответственно ТО и 71).

Среднее значение плотности тока равно ЗЫ0" А, т.е. в 100—1000 раз больше, чем плотность тока грозовых дождей. Сила тока обратно пропорциональна времени разрядки, и, таким образом, зная хотя бы одно значение плотности тока, можно найти силу тока и приближенно представить относительные значения плотности тока в факеле. Максимум плотности тока находится вблизи выхода частиц из генератора и уменьшается по высоте в несколько раз.

В табл. 72 представлено время разрядки измерительной системы факелом в зависимости от расстояния хот факела до горизонтали при Л-96 см, т.е. по той горизонтали, где находится второй наибольший потенциальный максимум. Эти данные иллюстрируют время разрядки системы от 2300 до 400 В. Значение силы тока оказывается того же порядка, что и в первом случае.

На расстоянии 120 см от генератора плотность тока уменьшилась только в 3 раза по сравнению с плотностью при выходе из генератора на высоте Л - 96 см. Данные табл. 72 соответствуют времени изменения измерительной системы от+400 до -400 В. Наблюдается уменьшение силы тока в 10 раз при х- 120см иЛ-96 см. Измерения, произведенные М.М. Соколовым, требуют проверки, но они достаточны для первой ориентации в Жданном вопросе.

, Значительную часть задач, стоящих на пути конструкции гидродинамического генератора униполярных гидрокислородных аэроионов, можно считать в той или иной мере разрешенной. Во всяком случае, следует признать, что избранные нами пути исследований в области аэроионификации зданий были правильны.

К кондиционированному воздуху иноща добавляют разного рода ароматические, освежающие или дезодорирующие примеси в виде газов или в форме тонкораспыленных жидких веществ, эмульсий из соснового или березового экстрактов. В ряде случаев такого рода добавлением к кондиционированному воздуху достигают создания иллюзий "лесного" или "морского" воздуха в театрах, фойе, ресторанах и других общественных помещениях.

Это усовершенствование кондиционированного воздуха пока что ограничивается главным образом лишь ароматическими примесями. В ближайшем будущем соединение метода кондиционирования с добавлением аэроионов кислорода, жидких или твердых заряженных лечебных веществ и антибиотиков в распыленном состоянии сыграет грандиозную роль в отношении массовой профилактики инфекционных заболеваний. Можно считать доказанным, что заряженные частицы значительно глубже проникают в легочные пути, чем электрически нейтральные незаряженные частицы. То же можно сказать и о задержке аэроионов в дыхательных путях.

Поэтому особый интерес приобретает выработка наиболее совершенных и в то же время простых способов распыления жидких веществ, ибо применяемые в настоящее время способы механического Дробления жидкостей центробежной силой или пульверизацией страдают крупными недостатками. Имеются все основания предполагать, Что к агрегатам для кондиционирования воздуха может быть успешно применен метод элекростатического дробления жидкостей, разработанныи автором книги применительно к ингаляционной терапии в 1931—1933 гг.

Если к вытекающей тонкой струей жидкости подвести необходи мый потенциал от маломощного, но высоковольтного трансформатора, снабженного выпрямителем, то легко можно получить тонкое дробление жидкости — тонкодисперсный и высокозаряженный униполярный аэрозоль.

Электрическое распыление капли жидкости достаточно хорошо объясняется тем, что сила поверхностного натяжения уступает силе электростатического отталкивания. Действительно, эти процессы имеют противоположное направление, в то время как поверхностное натяжение, а также и поверхностное давление жидкости являются результатами действия силы притяжения между молекулами, электрическое распыление зависит от отталкивающего действия одноименно заряженных частиц жидкости. Исследования показали, что чем выше поверхностное натяжение, тем выше должен быть градиент потенциала электрического поля, чтобы превратить струю вытекающей жидкости в тонкую пыль.

Необходимое напряжение для электростатического распыления некоторых исследованных веществ приведено ниже.

При получении тонкого распыления жидкостей в постоянном электрическом поле автором был поставлен вопрос о величине заряда, несомого диспергированными частицами. Известно что дисперсные системы обладают высокой электростатической емкостью благодаря наличию очень больших поверхностей.

Измерения суммарного заряда распыленных жидкостей производились однонит-ным электрометром Вульфа. Электрометр ставился на металлический лист и заключался в металлическую заземленную клетку Фарадея для защиты от электрического поля. Сверху электрометра вертикально укреплялся металлический экран, соединенный с нитью электрометра и также находящийся в защитной клетке. Рядом с клеткой, на изоляторах, помещался ионоингалятор, в котором распылялась жидкость. Скорость движения струи распыленной жидкости измерялась анемометром (рис. 100).

Эти измерения показали, что во всех случаях заряд распыляемого вещества находится в связи с химическим составом жидкости и с потенциалом. Чем больше подведенный потенциал, тем в среднем большее число зарядов несет на себе струя распыленного вещества. В табл. 73 сведены результаты электрометрических измерений с переводом их в число элементарных электрических зарядов в I см аэрозоля. Необходимо отметить, что часть заряда терялась, проходя через заземленную решетку клетки Фарадея.

Предварительные расчеты показали, что частицы аэрозолей, полученных указанным методом, имеют диаметр 2—7 мкм. Это обстоятельство обеспечивает их проникание в дыхательные пути.

распыления к положительно заряженным предметам, находящимся на различных расстояниях. Измерения показали, что тяжелые ионы раз-Отрицательные тяжелые частицы, благодаря наличию электрического поля, двигались к положительно заряженным частям генератора, отдавая им свои заряды и оставляя одновременно частицу жидкости на поверхности металлических частей. В результате оседания жидких частей блестящие никелированные части становились матовыми, Это наблюдение позволило заняться изучением вопроса о движении аэрозоля, состоящего из тяжелых отрицательных частиц, от места

личных фармакологических жидкостей существуют длительное время и могут в поле с определенным градиентом потенциала без потерь передвигаться на значительные расстояния.

Опыты 1933—1934 гг. позволили автору установить два важных явления: 1) постоянный ток высокого напряжения заменяет механи ческую пульверизацию жидкости и заряжает ее частицы электричеством одного знака; 2) постоянное электрическое поле определенного градиента потенциала переносит эти частицы без всяких потерь к противоположному полюсу, равномерно осаждая их на его поверхности. Совокупность этих двух открытий дала автору возможность изо брести способ электроокраски изделий, который получил распространение во всем мире.

В настоящее время легко предвидеть разнообразные возможности применения метода электростатического распыления жидкостей в электрическом поле, начиная от приборов для ингаляции заряженных частиц фармакологических веществ и кончая устройствами, распыляющими водяную пыль с высоким электрическим потенциалом. Тот же метод может быть с большей эффективностью применен к распылению ароматических и прочих веществ в установках для кондиционирования воздуха. Аэрозоль, полученный таким образом в центральном агрегате, будет увлекаться потоком кондиционированного воздуха и поступать в обслуживаемое помещение. Высокий заряд аэрозоля, полученный путем электростатического распыления, гарантирует сохранение его дисперсности и стабильности, а эти качества могут иметь чрезвычайно большое практическое значение для переноса по длинным воздуховодам ионов кислорода отрицательной полярности, которые легко адсорбируются поверхностью частиц воды. Данный метод может быть принят в том случае, когда явится необходимость переноса отрицательных аэроионов или аэроионов кислорода из центрального места по длинным воздуховодам.

В 1 см  газа при I = 0°С и нормальном давлении содержится 3*10 молекул. Допустим, что в 1 см  вентилируемого воздуха можно электростатически распылить воду, образовав 10   заряженных частиц, аэрозолей или водяных ионов отрицательной полярности. Допустим далее, что одна водяная частица адсорбирует один ион кислорода Тогда 1 см  кислорода хватит для 340   /10 = 340    см  вентилируемого с отрицательным аэрозолем воздуха. Иначе говоря, 1 см  кисло рода хватит для "оживления" (в биологическом отношении) 3 10    см , или 300 тыс. м  вентилируемого воздуха.

Нами приведен теоретический расчет* Возможно, что он близок к действительности, ибо в реактивной камере, где должно происходить электростатическое распыление воды, величина электрического потенциала будет достаточной, чтобы сообщить молекулам кислорода электрический заряд отрицательной полярности (рис. 101).

Резюмируя изложенное, можно говорить о создании трех основных типов аэроионизационных установок для централизованной

выработки тяжелых частиц отрицательной полярности с кислородными, аэроионами.

Генерирование тяжелых гидрокислородных аэроионов путем осаждения потока легких аэроионов отрицательной полярности, полученных элекроэффлювиальным методом, на тонко раздробленном водном аэрозоле, продуваемом по системе воздуховодов централизованной вентиляционной системы. Аэроионогенератор и дробящая воду форсунка помещаются в центральной камере вентиляционной системы или кондиционера.

Генерирование тяжелых гидрокислородных аэроионов с помощью специального "электрифицированного" сопла в центральной камере вентиляционной системы в количестве, необходимом для преодоления вместе с движущимся воздухом пути от центра к периферийным помещениям здания.

3. Генерирование тяжелых гидрокислородных аэроионов в увлажнительно-промывной камере кондиционера в количестве, необходимом для преодоления пути от кондиционера к периферийным помещениям здания.

Предварительные расчеты говорят о том, что при электростатическом генерировании водяных частиц — переносчиков отрицательных аэроионов кислорода — можно добиться такой величины водяных капелек, которая будет способствовать их максимальному испарению при движении по вентиляционным каналам. Таким образом, обслуживаемое помещение будет свободно от повышенной влажности.

Наконец, коснемся еще одного, правда, мало изученного вопроса о возможности создания локальных электрокурортов внутри городов в скверах, садах и парках.

Как уже отмечалось, в воздухе больших городов содержится огромное число псевдоаэроионов положительной полярности. Это заряженные положительным электричеством частицы гудронной пыли, дыма, копоти, сажи, кислотные окислы и прочие аэрозоли — продукты неполного сгорания и химические отбросы работы фабрик и заводов. Многочисленными наблюдениями установлено, что чем дальше от фабрик и прочих производств, тем воздух содержит меньше вредных аэрозолей положительной полярности. Этот факт хорошо иллюстри рует аэроионная карта Ленинграда, где этот вопрос был подробно изучен в предвоенные годы. Борьба с высокой концентрацией положительных частиц в больших городах в свете данных о вредном действии на организм положительных аэроионов приобретает особое значение. Автором был теоретически и экспериментально разработан план локального искусственного насыщения городского воздуха отрицательными аэроионами. Воздух городских площадей и парков может быть аэроионизирован с помощью установки специальных фонтанов. Фонтаны, тонко распыляя воду, создают эффект Л енарда, электризующий биполярно окружающую среду. Чтобы получить униполярные отрицательные аэроионы в окружающем фонтаны воздухе, необходимо снабдить сопла фонтанов электрической аппаратурой, которая будет способствовать появлению в воздухе подавляющей концентрации отрицательных аэроионов. Район действия таких специальных фонтанов может быть достаточно большим и обе печит необходимые концентрации отрицательных аэроионов в окружающем воздухе. Последние нейтрализуют вредные аэрозоли положительной полярности и осаждают их вниз, тем самым частично обезвреживая воздух. Сфера действия такого электрического фонтана будет представлять собой своеобразный электрокурорт внутри современного города. Тончайшее дробление и распыление воды с одновременным подведением к распыляющему соплу электрического потенциала позволяют получать шаровой объем воздуха с радиусом до 10—15 м, насыщенного аэроионами отрицательной полярности.

Автором разрабатывается идея аэроионификации улиц. Поме[щенная на кронштейне перед домом над тротуаром на высоте второго [этажа аппаратура даст возможность насыщать слой воздуха вдоль [улиц (над тротуаром) отрицательными аэроионами. Прибор работает автоматически от осветительной сети и водопровода. Действие аппа-1 ратуры приурочивается к определенным часам дня и зависит от времени года, погоды и других факторов. Применение этой аппаратуры даст возможность рационально бороться с вредными аэрозолями городского воздуха, положительными тяжелыми аэрозолями и различными химическими загрязнениями, постоянно создавая в воздухе вдоль городских улиц электрический режим приморских и горных местностей. Конечно, это дело будущего, но начать разрабатывать данную проблему можно уже теперь. Уже и теперь можно электрифицировать большие фонтаны, находящиеся в городских парках и скверах, и изучить их физиологическое действие. Начав с малого, можно I будет впоследствии постепенно превращать наши здания и города в электрокурорты. И это, конечно, осуществится.