Ионизация воздуха в природе 

В естественных условиях в воздухе незамкнутых пространств (воздух лесов, полей, морей и гор) всегда имеются положительно и отрицательно заряженные аэроионы практически в равном количестве (точнее, примерно 5:4) с концентрацией от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч в кубическом сантиметре. Образуются они за счет ионизации молекул воздуха космическим и солнечным излучением, а также естественным радиационным излучением Земли. Эффективными ионизаторами являются грозовые облака и другие природные явления, трение частиц о твердую поверхность вследствие пылевых и снежных бурь, разнообразные химические реакции. Из этого следует, что человеку, животным и растениям уже генетически предопределено дышать ионизированным воздухом.

В атмосферном воздухе содержатся отрицательные и положительные аэроионы, по виду условно разделяемые на легкие (единичные молекулы газа с лишними или недостающими электронами), средние (ионы из комплекса нескольких молекул) и тяжелые (взвешенные в воздухе материальные частицы (аэрозоли), обладающие зарядом. Природа и воздействие средних ионов на организм еще не выяснена. Поэтому ионный состав воздуха принято пока характеризовать наличием легких и тяжелых ионов.

А. Л. Чижевским еще в начале 20-го века было установлено, что недостаток легких отрицательно заряженных аэроионов приводит к развитию у животных и человека различных нарушений. Вообще опыты по влиянию электрических зарядов на людей проводились и до него, но именно Чижевский довел идею до практического воплощения в промышленных масштабах.

Упрощенно смысл опытов Чижевского состоит в следующем: подопытные животные слабели и умирали в воздухе, полностью лишенном ионов (например, пропущенном через ватный фильтр) при наличии пищи и воды в достаточном количестве; то же самое происходило с ними и в воздухе, полностью лишенном отрицательных легких ионов, при наличии только положительных зарядов; в ионизированном воздухе животные чувствовали себя прекрасно. Из этого Чижевский и заключил, что легкие отрицательно заряженные аэроионы жизненно необходимы для человека. Наукой и многолетней практикой это подтвердилось. Доказан и лечебный эффект, когда восстановление концентрации легких отрицательных аэроионов в воздухе до естественной природной нормы или ее определенное превышение нормализует нервную и иммунную системы и повышает сопротивляемость организма различным заболеваниям, а часто и излечивает от них.

Соглашаясь с выводами Чижевского, уточним лишь одну деталь: в естественном природном воздухе отрицательных и положительных аэроионов примерно одинаково, поэтому стоит предположить, что положительные ионы не только не вредны (как, кстати, часто можно прочитать в рекламных статьях об ионизаторах), но и необходимы для баланса.

Многочисленные измерения количества легких ионов в «нормальном» природном воздухе дают примерно следующую картину:

Содержание отрицательных ионов в различных местностях (естественно, данные усредненные и в различных районах Земли могут несколько отличаться):

•   Горные районы, морские курорты: 10000-20000 в 1 см³ воздуха
•   Сельская местность средней полосы: 1000-3000 в 1 см³ воздуха

Воздух, которым дышат горожане

Важность присутствия аэроионов в воздухе была документально зафиксирована еще в 1959 год у в нормах Сан-ПИН Минздрава СССР.

Не рекомендуется содержание положительных ионов менее 50% от числа отрицательных (исключение: в зонах дыхания персонала на рабочих местах, где имеются источники электростатических полей – видеодисплейные терминалы или другие виды оргтехники, допускается отсутствие аэроионов положительной полярности. Заметьте, что под это определение можно подогнать практически любое помещение, т.к. источником электростатических полей могут быть не только домашние телевизоры и др. аппаратура, но и просто наэлектризованный шерстяной свитер на человеке, ковер на стене и т.д.).

А теперь посмотрим на среднее содержание аэроионов в том воздухе, котором мы (жители городов) дышим практически все время:

Число легких аэроионов в 1 см³ воздуха:

• Улицы крупных городов: 30-500
• Квартиры, производственные помещения, офисные здания: 10-60

Относительно наружного городского воздуха нужно отметить, что здесь может быть очень большой разброс значений (в зависимости от местности вокруг города, рельефа – если город небольшой и хорошо «продувается» частыми ветрами, то понятно, что воздух в нем гораздо ближе к «сельскому»). Но воздух внутри помещений практически всегда содержит недостаточное количество легких аэроионов (а также избыток тяжелых).

Куда же исчезают такие полезные легкие ионы? Почему так мало необходимых легких аэроионов в городах, а особенно в закрытых помещениях? Во-первых, загрязнения – пыль и другие мелкие частицы от выбросов автомобилей и предприятий, табачный дым, споры грибков поглощают легкие ионы, образуя вредные тяжелые. Во-вторых, системы кондиционирования и вентиляции, а также различные фильтры (например, в пылесосах) полностью деионизируют воздух. В-третьих, различные электроприборы и бытовая техника «поедают» отрицательно заряженные ионы. В-четвертых, в закрытом помещении нет природных источников полезных ионов, а сами ионы имеют свойство регенерировать, теряя заряд, и их количество без дополнительной подпитки постоянно уменьшается. И так далее...

В результате, недостаток легких отрицательных ионов угнетающе сказывается на окислительно-восстановительных процессах в организме человека, на состояние иммунной системы. Ситуация усугубляется при этом появлением соответственно избытка тяжелых аэроионов – отрицательных и положительных. Тяжелые ионы (пыль, заряженные аэрозольные частицы) представляют повышенную опасность, так как гораздо активнее прилипают к стенкам альвеол и бронхов.

Вот одна из причин по который население крупных городов стремиться выехать «на природу», чувствуя, что воздух вне города гораздо «здоровее». По этой же причине (кроме простого недостатка кислорода) мы периодически открываем окно и форточки, «проветривая помещения» наружным воздухом, ведь в закрытых помещениях содержится в несколько раз меньше легких ионов, чем даже в далеко не идеальном городском воздухе! Работающие за компьютерными мониторами вообще оказываются в зоне, практически лишенной легких ионов – отсюда быстрая утомляемость вплоть до головной боли.

Таким образом, имеется проблема – недостаток в воздухе, которым мы дышим большую часть времени легких ионов (как положительных, так и отрицательных), и избыток тяжелых ионов (пыли), то есть фактически не соответствие его действующим санитарным нормам.

 Как улучшить состав воздуха?

Какие же способы решения данной проблемы доступны широким массам трудящихся? Их всего три:

1.     Купить домик в деревне (виллу на побережье и т.д.) и жить там, приезжая в город за покупками раз в неделю.

2.     Наплевать на все вышеизложенное и жить дальше.

3.     Искусственно улучшать состав в воздуха в помещении, приближая его к природному.

Первый способ – наилучший, но вряд ли всем подойдет, второй – самый дешевый, но здоровья не прибавит, поэтому перейдем непосредственно к третьему способу.

Теоретически нам нужно решить два вопроса – удалить из воздуха пыль (а также бактерии, вирусы, споры грибков, пыльцу растений и прочее) и довести конценрацию легких аэроионов хотя бы до санитарных норм (т.е не менее 600 единиц в куб. см).

Каждый из методов очистки имеет свои преимущества и недостатки. Наиболее оптимальные результаты дает применение нескольких фильтров в одном устройстве (например, устанавливается сначала пылевой фильтр, за ним электрофильтр, потом адсорбционный). Фотокаталитический метод при всех его преимуществах, представляется не совсем изученным на предмет химических реакций и возможном образовании вредных веществ на выходе фильтра.

При всей своей эффективности воздухоочистители с несколькими фильтрами имеют два основных недостатка – довольно высокую цену и необходимость частой замены фильтрующих элементов в пылевых и адсорбционных фильтрах (которые тоже не бесплатны). Кроме того, воздух прошедший через пылевой и адсорбционный фильтр практически лишен ионов. В качестве компенсации этого недостатка многие сознательные производители воздухоочистителей устанавливают на выходе прибора небольшой ионизатор (и это правильно).

Заметим, что простой ионизатор (не воздухоочиститель) также является подобием электростатического фильтра – он заряжает частицы пыли и отбрасывает её вдоль силовых линий электрического поля к ближайшим поверхностям (в общем случае им являются стены, пол и потолок помещения).

Ионизаторы и воздухоочистители

Теперь перейдем непосредственно к ионизации воздуха. Для насыщения воздуха легкими отрицательными ионами разработаны и в большом количестве представлены на рынке собственно ионизаторы.

Принцип действия классического (эффлювиального) ионизатора:

На электрод с малым радиусом кривизны (проще говоря, иглу) подается высокое отрицательное постоянное напряжение. Под воздействием электрического поля происходит эмиссия (испускание)электронов с поверхности электрода. Плотность потока электронов с поверхности растет с увеличением. Вылетевшие электроны могут либо присоединится к молекулам кислорода (образуется отрицательный ион), либо выбить электрон у атома азота или кислорода (ударная ионизация – образуется положительный ион). Отрицательные аэроионы будут разлетаться от острия иглы ко второму, положительному электроду, по направлению силовых линий электрического поля. Выбитые из атомов электроны, в свою очередь, тоже могут образовать ион. Заметим, что атом азота (которого в воздухе 80%) не может присоединить свободный электрон (он не обладает «сродством» к электрону – физ. термин), соответственно отрицательные ионы азота не образуются.

Таким образом, в пространстве между положительным и отрицательным электродами (а в случае униполярного ионизатора – между иглой и полом, стенами, потолком помещения) возникает зона, насыщенная легкими ионами. Причем концентрация этих ионов максимальна возле иглы (отрицательный электрод) и убывает по мере удаления от нее. При этом вы можете почувствовать поток ионов – ионный ветер, в виде слабого потока прохладного воздуха вблизи отрицательного электрода.

Распространены публикации, содержащие утверждение о том, что напряжение на электроде должно быть не менее 20 кВ, иначе, мол, аэроионы не образуются, а ионизатор лишь заряжает пыль. Это совершенно непонятно – эмиссия происходит при любом напряжении, различается лишь количество испускаемых электронов. Чижевский утверждал (а вслед за ним много лет повторяют другие), что для образования ионов необходимы электроны с энергией не менее 34-35 эВ. Однако, если открыть соответствующие справочники, то можно убедиться, что это энергия, необходимая для ударной ионизации (причем второй ступени – то есть выбивания 2-х электронов) кислорода, при которой образуется положительный (!) ион, а не отрицательный, которые собственно и нужен в первую очередь. Для образования же отрицательного иона энергия вообще не нужна, нужно лишь обеспечить выход электронов из металла электрода, который потом «прилипнет» к молекуле кислорода, что, как было уже сказано, происходит при напряжении меньшем, чем пресловутые 20 кВ. Так что, же, великий Чижевский ошибался в теории вопроса? Вполне возможно – он тоже человек. Может быть, профессор имел в виду, что необходимо обязательное образование также и положительных ионов. Возможно уровень электротехники в первой половине 20-го века (когда Чижевский начинал свои исследования) – не позволял провести точные измерения уровня ионов. Так или иначе, заслуга Чижевского в продвижении своей теории и начале практического применения ионизаторов, а параметры его «люстры» сегодня не подходят для применения в быту.

Остановимся подробнее на знаменитой «люстре Чижевсого». Это ионизатор с отрицательным электродом в виде изогнутой дугой сетки с крупными ячейками, в узлах которой закреплены собственно иглы электродов. Люстра подвешивается под потолок и на нее подается напряжение (не менее 20 кВ, а обычно 25-40 кВ).

Разрекламированные (естественно, производителями) преимущества классической люстры перед «обычными» ионизаторами: большое количество игл-электродов, правильное напряжение, и как следствие – максимальный эффект. О напряжении уже было сказано. Большое количество игл, действительно увеличивает выход ионов, но не намного (при увеличении количества игл от одной до 100 поток возрастает всего в полтора-два раза). То есть, люстра Чижевского – это, фактически, просто обычный мощный ионизатор. Но! Предельно допустимая концентрация ионов (по вышеприведенным нормам Сан-ПИН – 50000 в 1 куб.см.), а в природе и такая концентрация не встречается. Если классическую люстру Чижевского подвесить в комнате средних размеров, то санитарные нормы обязательно будут превышены (кстати, превышение будет и по предельно допустимой напряженности электрического поля). Второй серьезный недостаток такой конструкции – пыль из воздуха всего помещения быстро соберется по полу, стенам, а больше всего – на потолке вокруг люстры. И легко отмыть её вряд ли получиться – если, конечно, потолок у Вас не покрыт гладким пластиком или керамической плиткой. Скорее всего придется делать ремонт.

Какие же ионизаторы и воздухоочистители лучше?

Это зависит от места установки прибора, от задач, которые нужно решить в первую очередь (кому-то нужно нейтрализовать вредное воздействие компьютера, за которым человек проводит несколько часов в день, а кто-то больше заинтересован в очистке квартиры от пыли и аллергенов). Конечно, стоит учитывать и свои финансовые возможности.

Создать постоянную концентрацию нужных аэроионов по всей квартире вряд ли удасться. Аэроионы, образующиеся при работе ионизатора, не могут распределиться в замкнутом воздушном объеме равномерно. Их концентрация максимальна вблизи ионизатора и быстро убывает по мере удаления от него. Объясняется это тем, что время существования (время жизни) легких аэроионов в воздухе ограничено и тем меньше, чем сильнее загрязнен воздух различными аэрозольными частицами. В бытовых условиях среднее время жизни легких аэроионов, генерируемых ионизатором, практически не превышает десятка секунд.

Но нормализовать обстановку в местах постоянного пребывания человека – вполне реально. Обычно это, во-первых, место где человек отдыхает (спит) и где он работает за компьютером или смотрит телевизор. При покупке ионизатора необходимо знать, какую концентрацию аэроионов и на каком расстоянии он создаёт. Обычно в инструкции указано безопасное расстояние от работающего прибора до человека. Если это не указано в инструкции, то необходимо знать хотя-бы напряжение на электроде ионизатора в киловольтах. Разделив его на 10 можно примерно прикинуть необходимое минимальное расстояние от прибора до человека. Например, ионизатор вырабатывает напряжение 10 кВ, значит на расстоянии более одного метра концентрация ионов и напряженность поля безопасны для человека. Зона безопасной и оптимальной концентрации ионов (т.е. укладывающейся в санитарные нормы 600-50000 ионов в куб.см.) находиться в пределах 2- 3 метрах далее за зоной повышенной концентрации для большинства выпускающихся ионизаторов (дальше эффект ионизации пропадает). То есть в случае с классическим ионизатором с открытым одно-полярным электродом с напряжением 10 кВ его следует устанавливать не ближе 1 м и не дальше 3- 4 м от предполагаемого местонахождения человека. Из этих условных выкладок видно, что подвесив под потолком «люстру Чижевского» с напряжением 25-30 кВ ( а обычная высота потолка 2,5 м ), практически вся комната окажется в зоне недопустимо высокой концентрации ионов, а наша задача – приблизить состав воздуха к естественным значениям, а не получить «ударную» дозу ионов – лечебную ионотерапия оставим квалифицированным медикам.

Таким образом, простой однополярный ионизатор вполне соответствует своему назначению, если соблюдать некоторые правила использования таких приборов: располагать там, где осевшую пыль можно легко смыть (на полу, на столе – но не на потолке, как рекомендуют производители «настоящих люстр Чижевского»), иначе Вы будете делать ремонт каждый год, как минимум. Не стоит покупать приборы со слишком большим выходным напряжением (больше 20 кВ) для небольших помещений – они создают слишком сильное поле и могут повредить Вам и даже привести к поломке различной домашней электроники, если располагать ионизатор слишком близко от неё. Следуйте рекомендациям в инструкции по эксплуатации прибора – там должно быть указано минимальное безопасное расстояние до человека и аппаратуры. Не находитесь в помещении сразу после включения ионизатора – дайте заряженной пыли из воздуха осесть на ближайшие поверхности. Не включайте ионизатор при открытых окнах – он втянет пыль с улицы. Чаще делайте влажную уборку – впрочем вы и сами увидите как быстро образуется слой пыли, осевшей из воздуха под воздействием электрического поля ионизатора.

Если Вы не хотите усложнять себе жизнь с осаждением пыли из воздуха на различные поверхности помещения и корпус ионизатора, то есть смысл в покупке воздухоочистителя-ионизатора – в них пыль будет собираться внутри корпуса прибора, «на специально отведенных местах», с последующей заменой сменного элемента или простым удалением задержанной грязи с помощью влажной тряпки. Наиболее дешевые варианты содежат электростатический фильтр, после которого установлены дополнительные электроды ионизатора.

Ионизатор не должен выделять озон во время работы. Несмотря на заверения некоторых производителей о безвредности и даже полезности этого газа для организма, длительное нахождение людей в помещении с превышенными допустимыми значениями по концентрации озона – недопустимо. Действительно, озон отлично обеззараживает воздух, им можно даже стерилизовать инструменты. Но помните, мы руководствуемся, во-первых действующими санитарными нормами, а во вторых естесственным составом природного воздуха, в котором озон, как правило, не ощущается (исключение – грозы, но это кратковременные явления).

Многие воздухоочистители (например, широко известный на рынке СУ-ПЕР ПЛЮС М, сейчас уже снятый с производства), содержащие электростатический фильтр, часто дают ощутимый запах озона, что само по себе является признаком превышения ПДК. Однако это позволяет им эффективно очищать и обеззараживать воздух в помещении. Поэтому не стоит сразу же пугаться и выбрасывать такие приборы. Стоит лишь правильно пользоваться ими – например, включайте на полную мощность когда вы отсутствуете в этом помещении и выключайте, вернувшись – озон быстро исчезнет, а вы получите свежий и очищенный от пыли и бактерий воздух. Либо включайте на минимальный режим (если это позволяет данный прибор). Не забывайте – это в первую очередь воздухоочиститель, а потом ионизатор. Вообще, на настоящий момент, ионизаторы-воздухоочистители с электрофильтрами – наиболее приемлемое решение. Они достаточно эффективно задерживают самую мелкую пыль (даже отдельные бактерии), обеззараживают проходящий через них воздух озоном; не содержат сменных элементов; как правило дешевле других типов воздухоочистителей (но дороже просто ионизаторов). Качественно очистить воздух от пыли позволяют воздухоочистители с системой из нескольких различных фильтров (например, сначала пылевой фильтр, затем электростатический, затем адсорбционный). После фильтров должен быть установлен хотя бы один ионизирующий электрод. Недостатки таких воздухоочистителей уже упоминались – необходимость периодической замены фильтрующих элементов. При покупке обязательно включите прибор – воздух через фильтры прогоняется вентилятором, поэтому убедитесь, что воздухоочиститель не слишком шумит.

Появляются на рынке и «биполярные» ионизаторы – они производят одновременно ионы обеих зарядов. Теоретически, такой подход наиболее приближает состав воздуха к природному. Правда, такие системы еще достаточно редки, поэтому пока не можем однозначно сказать об эффективности их использования. Как правило, биполярный ионизатор существенно дороже обычных. Обладателям однополярных ионизаторов не стоит волноваться – как было замечено выше, санитарные нормы допускают наличие только отрицательных ионов.

Всё больше появляется на рынке воздухоочистителей, кондиционеров известных компаний, снабженных встроенными ионизаторами. Появились даже пылесосы, ионизирующие выходящий из них воздух! Изделия известных брэндое отличает высокое качество, надежность, красивый дизайн и, к сожалению, недоступная для большинства населения цена.

Чего же следует ожидать, купив ионизатор? Оправдано ли его приобретение?

Прежде всего, разберемся, чего не следует ожидать: излечения от всех болезней, уменьшения веса, внезапного появления стройной фигуры и прочих чудес, обещаемых в рекламных релизах. Еще раз подчеркнем основную мысль этой статьи – ионизатор должен приближать состав воздуха в помещении к нормальному «природному» стандарту и очищать от пыли. Лечение аэроионами (совсем в других концентрациях) может осуществляться лишь медиками, занимающимися этим официально, и во врачебных учреждениях.

Опыт применения ионизаторов позволяет (при правильном применении качественных и сертифицированных приборов) реально рассчитывать на: улучшение самочувствия, повышение работоспособности, некоторое снижение заболеваемости (особенно болезнями органов дыхания), у многих быстрее проходят традиционные насморки и т.д., то есть повышается иммунитет. Астматикам явно пойдут на пользу не столько сами ионы, сколько удаление из воздуха пыли, пыльцы растений и других аллергенов. Часто в рекламных статьях упоминается об увеличении продолжительности жизни – это верно, ведь никто не станет спорить, что чем здоровее человек, тем дольше он проживет.

Ионизатор сам по себе не сделает больного человека здоровым, а здорового – абсолютно неподверженного никаким вирусам. Эти приборы лишь одна из составляющих здорового образа жизни. Похожий вариант с бытовым фильтрами для воды – все понимают, что вода в кране далеко не родниковая (даже если её берут из артезианской скважины, там вполне может быть целый букет вредной органики и тяжелых металлов, а потом она еще долго течет по старым водопроводным трубам). Но большинство полагается на авось и ограничивается кипячением, хотя частенько из крана течет подозрительная мутная жидкость с запахом хлора. Пожилые люди авторитетно заявляют: «всю жизнь пили эту воду – и ничего, живы-здоровы», а потом удаляются на лавочку во дворе, чтобы долго пересказывать соседям длинный список своих болячек. Другая часть населения, помоложе, побогаче и пообразованней, переходит на покупку бутилированной питьевой воды в магазине, или устанавливает дома фильтр для очистки водопроводной.