Электростатика напольных покрытий

Хотя мы почти ежедневно сталкиваемся с явлением статического электричества, наши знания о происходящих при этом физических процессах и, главное, возможностях их полезного использования очень малы. Электростатика является одной из самых старых электрических дисциплин.

Электростатические заряды являются статическими зарядами по определению. Они генерируются, в основном, при разделении различных материалов. Например, при отслаивании пленки, смешивании не проводящих ток жидкостей или при хождении по полу с изолирующим покрытием, таким, как покрытие PVC (ПХВ), ковровое или ламинатное (тонкослойное) покрытие.

Электростатические поля нельзя осознанно ощутить органами чувств. То, что мы можем почувствовать, представляет собой либо сильное электрическое поле, либо электрический импульс разряда. В таком случае, однако, он по величине не больше электростатического заряда.

Если одна из двух поверхностей является изолирующим материалом, переходящие на него заряды не могут перетечь обратно при последующем отделении, что приводит к нарушению равновесия носителей заряда на обеих поверхностях. Одна из них показывает положительный, а другая отрицательный избыток заряда одинаковой величины (рис. 1).

 

Рис. 1. Упрощенная физическая модель процесса заряда из 3-х стадий

Уровень заряда зависит от интенсивности контакта, то есть от размеров области прямого контакта и скорости процесса разделения.

Электростатический заряд известен также как фрикционное электричество. Определяется, главным образом, химическим составом материалов. Основными характеристиками для оценки способности к зарядке являются электрическая поверхность и объемное сопротивление, поскольку они, в основном, определяют разрядку через мостики граничных материалов при разделении (рис. 2).

Рис. 2. Схематическое представление зарядки статическим электричеством человека при хождении по полу и разрядка через искрение на электрический прибор

Относительная влажность и температура воздуха являются внешними факторами, влияющими на величину заряда. Если они возрастают, проводимость поверхности будет увеличиваться. Это даст возможность перетекать большему количеству зарядов в стадии разделения через мостики соприкосновения.

Экспериментальные исследования с применением специального испытательного оборудования для определения электростатических зарядов при разделении твердых тел показали, что при определенном сопротивлении поверхности σ = R ≥ 1012 Ω (измеренного согласно стандарту IEC 93) на поверхности возникают электростатические заряды. Комбинация материала обуви и поверхности покрытия пола влияет на полярность и уровень зарядки статическим электричеством. Метод хождения, изменение скорости и внешние условия влияют на уровень заряда. Более быстрый способ хождения и скользящие движения будут усиливать зарядку статическим электричеством.
Химический состав поверхности покрытия и его электрическое сопротивление тоже важные параметры напольного покрытия.

Для человека порог чувствительности электрического разряда при касании к заземленным объектам составляет около 2 кВ напряжения тела. Заряд от 4–6 кВ почувствуется в большинстве случаев как боль.

В неблагоприятных условиях, при ходьбе по ковру из синтетических волокон или ковровому покрытию пола с электрически изолируемым покрытием, человек может получить напряжение на тело до 25 кВ. Емкостная способность человека достигает С = 150 пФ. Искры разряда в этом диапазоне напряжения могут достигать энергии: W = U2 · С/2 = 50 мДж.

Максимальное значение энергии искры разряда заряженного человека, которое допускается по условиям защиты здоровья, ниже предельной величины 350 мДж (для измерительных приборов). Разряды свыше 1 Дж опасны для жизни человека. Наиболее высокое напряжение тела, измеренное при испытании, например, ламинатных покрытий методом хождения по полу, составляло приблизительно 12 кВ.

Электрическое поле, создаваемое аккумулируемыми зарядами, является непеременным полем, поэтому классифицируется как электромагнитное загрязнение.
Силовое воздействие поля на человека, а также пики тока, которые появляются, когда человек разряжается, настолько слабы, что не наносят прямого вреда жизни или здоровью человека. Однако долгое нахождение в непосредственной близости высоко заряженных объектов может привести к нарушениям вегетативной системы, таким, как головные боли или тошнота у очень чувствительных людей. В настоящее время проблема непосредственного воздействия слабых электрических полей на здоровье человека интенсивно изучается.

Скачкообразная электрическая искра может вызвать ощущение боли и, следовательно, привести к опасным ситуациям, например, падению тяжелых объектов, проливанию горячих или огнеопасных жидкостей, а также ранению вследствие неконтролируемых движений. Возможно также возгорание от воздействия электрических искр легковоспламеняющихся чистящих составов и растворов.

Статический разряд несет угрозу разрушающих воздействий в чувствительных электронных сетях, которые широко используются в энергетических, фармакологических, транспортных, авиационных компаниях. Отказ в работе или поломка компьютера, сервера или компьютерной сети из-за статических электрических разрядов могут привести не только к порче дорогостоящего оборудования, но и к крушениям поездов и самолетов, к взрывам на предприятиях со взрывоопасными производствами, к гибели людей и экологическим катастрофам.

Многие современные приборы и аппараты для ввода информации оборудованы чувствительными сенсорными экранами, воздействие на них статического разряда приводит к порче всего оборудования.

Для того чтобы исключить предъявление претензий, при проектировании определяется категория помещения, цеха, производства, предприятия, согласно которой выбирается тип напольного покрытия по астатичности: ECF, DIF, ASF. Для помещений, в которых возможна опасность взрыва, например, для химических лабораторий, где проводят работу с растворами или легковоспламеняющимся порошком, применяются жесткие правила (к примеру, стандарты DIN EN 50014, BGR 132).
В рабочих местах, где проводятся работы с высокочувствительными электронными изделиями и деталями (зоны защиты ЕРА), стандарты регулируют электрические свойства покрытий пола и их отделку (например, стандарты Z DIN EN 100015 и IEC 61340-5-1…3).

Стандарт DIN IEC 61340-4-1:1995 «Электростатическое поведение покрытий пола и устанавливаемых полов» определяет следующие характеристики электростатического поведения покрытия пола:

– ECF электростатически проводящее покрытие Rx < 106 Ω,
– DIF рассеивающее покрытие Rx = 106…109 Ω,
– ASF антистатическое покрытие Up ≤ 2кВ

где дополнительным критерием является относительная влажность воздуха (при 23 °С):
– класс внешней среды 1 —12%,
– класс внешней среды 2 — 25%,
– класс внешней среды 3 — 50%.

В классификации астатического покрытия должен быть указан класс внешней среды. Согласно новым дополнениям к международным стандартам IEC 61340-4-1 и IEC 61340-4-5 измерение сопротивления и испытание методом хождения по полу должны проводиться при температуре 23 ± 2°С и относительной влажности 12 ± 3%.

Для того чтобы иметь возможность оценить электростатическое поведение элементов покрытия, необходимо измерить:
– поверхностное сопротивление (RS),
– объемное сопротивление (RV),
– напряжение тела (UP) при испытаниях хождением.

Для настеленных полов объемное сопротивление (RV) заменяется сопротивлением к земле (RЕ).
Стандарты DIN IEC 61340-4-1:1995 и EN 14041 рассматривают три класса для определения электростатических характеристик: ECF, DIF, ASF. Полы ECF и DIF характеризуются только результатами электрического сопротивления. При высокой проводимости поверхности статические заряды человека > 2 кВ могут быть исключены, и такие полы будут также антистатическими. Как правило, эти полы используются во взрывозащищенных помещениях и электростатически защищенных зонах производства электроники (защитные зоны ЕРА и ESD).

Объемное сопротивление всех широко используемых видов древесины для жилых помещений (MDF или HDF), соответственно, всегда составляет: RV > 1010 Ω при относительной влажности H ≤ 50%.

Для классификации в качестве антистатического покрытия пола ASF, согласно стандарту DIN IEC 6, напряжение тела должно быть определено при испытаниях методом хождения в соответствии со стандартом DIN EN 1815. Измерения проводятся в испытательной камере с кондиционированным воздухом, где испытательные образцы 1 м х 2 м собираются в соответствии с инструкциями производителя (рис. 3). Подвергаемый испытаниям человек с электродом в руке ходит по образцу покрытия в стандартизированной обуви с постоянной частотой шага, равной двум шагам за секунду, туда и обратно.

 

 

Рис. 3. Измерительное оборудование для определения заряда человека согласно стандарту EN 1815:
1 — ручной электрод, 2 — система оценки и регистрации испытательной величины, 3 — электрод заземления, 5 — подложка (водоупорная подстилка и демпфирование звука шагов), 6 — нижняя изолирующая пластина

Напряжение тела измеряется через емкостную связь посредством электростатического вольтметра. Если в испытаниях методом хождения напряжение человека не превышает 2 кВ, покрытие пола может быть классифицировано (аттестовано) как «астатическое» или «антистатическое».

Для покрытий полов, используемых для применений в жилых и общественных помещениях, должны быть выполнены условия: UP ≤ 2кВ при 23 °С и относительной влажности воздуха 50%.

Для поверхностного сопротивления RS существуют следующие диапазоны:

RS < 1010 Ω зарядка не ожидается, антистатическое поведение;
RS = 1010 – 1011 Ω зарядка вероятна только в неблагоприятных условиях, таких, как низкая влажность, синтетические подошвы обуви, быстрая ходьба, скольжение
(наибольшие результаты измерений — < 2 кВ, редко до 5кВ);
RS = 1011 – 1012 Ω диапазон переходных процессов от антистатического поведения до высокой зарядки (напряжение человека от 0,1 до 9 кВ);
RS > 1012 Ω возможна высокая зарядка, но не всегда приводящая к возникновению опасного заряда, например: напряжения человека в диапазоне 1,1 кВ и 4,6 кВ были
получены для пяти различных ламинатных поверхностей с одинаковым поверхностным сопротивлением RS = 2 · 1012 Ω.

Зарядка человека U > 2кВ может быть исключена с относительно высокой вероятностью только при поверхностном сопротивлении RS > 5 · 1010 Ω.
Сравнение различных типов покрытий пола:
– поверхности из дерева, обработанные маслами и восками, дают в результате величину зарядки ниже 2 кВ («астатическое покрытие») по всей поверхности;
– лакированные деревянные поверхности находятся в большинстве случаев в диапазоне антистатическое — не антистатическое.
Очищающие средства и изделия для ухода с антистатическими добавками временно уменьшают зарядку тела во время ходьбы. Если статическое электричество появляется при ходьбе по покрытиям пола, можно решить эту проблему добавлением антистатических средств к чистящим жидкостям, применением ESD обуви, увеличением влажности или повышением концентрации ионов воздуха посредством ионизаторов отрицательного напряжения.
- Регулярная обработка антистатическими чистящими средствами и продуктами ухода. Чистящие средства и продукты ухода с антистатическими добавками временно уменьшают зарядку тела во время ходьбы благодаря гигроскопическому эффекту (проводящая влажность пленка на поверхности).
- Увеличение влажности. Влажность имеет большое влияние на проводимость поверхности и определяет возможность рекомбинации зарядов во время подъема подошв обуви от пола. Обычный сухой воздух в помещения зимой при температуре ниже нуля является проблемным. Увеличение влажности значительно уменьшает количество электростатических зарядов. Уровень влажности примерно 55–60% является достаточными, чтобы противодействовать возникновению высоких зарядов.
- Ионизация воздуха. Заряженные области разряжаются быстрее за счет биполярной ионизации воздуха посредством короны альтернативного напряжения. Приобретаемое напряжение тела, таким образом, уменьшается. Ионизация воздуха достигается с помощью приборов кондиционирования воздуха с ионизаторами.
- Использование антистатической обуви. Антистатическая обувь (также известная как обувь ESD или туфли ЕРА) разрабатывалась для использования в производственных зонах с высокочувствительными электронными цепями. Эта обувь является проводящей электричество и надежно предохраняет от опасного заряжения в случае проводящего покрытия.

Задание 2: сформулируйте причины появления статического электричества в жилых помещениях многоквартирных домов.

Задание 3: проанализируйте, какое вредное воздействие может оказывать статическое электричество на человека.

Задание 4: определите способы снижения электростатической напряжённости на поверхности строительных и отделочных материалов.

Контрольные вопросы:

-1. Что такое статическое электричество?

-2. Какие отделочные материалы увеличивают электростатическую напряженность?

-3. Какие отделочные материалы уменьшают электростатическую напряженность?

-4. Как влажность воздуха в помещении влияет на величину электрической напряженности?

 

Практическая работа №26

Тема: « Изучение радиационной безопасности и анализ способов уменьшения радиационного воздействия на многоквартирные дома».

Цель работы: изучить радиационную безопасность и проанализировать способы уменьшения радиационного воздействия на многоквартирные дома.

Оборудование: СанПиН 2.6.1.2523-09 Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009, теоретический материал, методические указания.

Выполнение работы:

Задание 1: ознакомьтесь с СанПиН 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009№» и теоретическим материалом.

Радон

Из толщи Земли постоянно и повсеместно выделяется радиоактивный газ радон. Радиоактивность радона является составной частью радиоактивного фона местности.

Радон образуется на одном из этапов расщепления радиоактивных элементов, содержащихся в земных породах, в том числе используемых в строительстве — песке, щебне, глине и других материалах.

Радон — это инертный газ без цвета и запаха, в 7,5 раза тяжелее воздуха. Радон дает примерно 55-65 % дозы облучения, которую ежегодно получает каждый житель Земли. Газ является источником альфа-излучения, которое имеет малую проникающую способность. Барьером для частиц альфа-излучения может служить лист ватмана или кожа человека.

Поэтому, большую часть этой дозы человек получает от радионуклидов, попадающих в его организм вместе с вдыхаемым воздухом. Все изотопы радона радиоактивны и довольно быстро распадаются: самый устойчивый изотоп Rn(222) имеет период полураспада3,8 суток, второй по устойчивости — торон Rn(220) — 55,6 секунд.

Радон, имея только короткоживущие изотопы, не исчезает из атмосферы, поскольку постоянно поступает в нее из земных; пород. Убыль радона компенсируется его поступлением, и в атмосфере существует некая равновесная концентрация.

Для людей неприятной особенностью радона является его свойство накапливаться в помещениях, существенно повышая уровень радиоактивности в местах скопления. Другими словами, равновесная концентрация радона в помещении может быть существенно выше чем снаружи.

Источники поступления радона в дом показаны на рис.1. На рисунке также указаны мощности излучений радона от того или иного источника.

 

 

Мощность излучения пропорциональна количеству радона. Из рисунка видно, что основным источником поступления радона в дом являются стройматериалы и грунт под зданием.

Строительные правила нормируют показатели радиоактивности строительных материалов и предусматривают контроль за соблюдением установленных норм.

Количество же выделяемого радона из грунта под зданием зависит от многих факторов: количества радиоактивных элементов в толще земли, строения земной коры, газопроницаемости и водонасыщенности верхних слоев земли, климатических условий, конструкции здания и многих других.

Наибольшая концентрация радона в воздухе жилых помещений наблюдается в зимнее время.

Здание с газопроницаемым полом, может увеличивать поток радона, выходящего из грунта под зданием, до 10 раз по сравнению с открытой местностью.Увеличение потока происходит за счет перепада давления воздуха на границе грунта и помещений здания. Этот перепад оценивается в среднем величиной около 5 Па и обусловлен двумя причинами: ветровой нагрузкой на здание (разрежение, возникающее на границе газовой струи) и перепадом температур между воздухом помещения и воздухом на границе грунта (эффект дымовой трубы).

Поэтому, строительные нормы и правила предписывают осуществлять защиту зданий от поступления радона из грунта под зданием.

На Рис.2 приведена карта с указанием районов потенциальной радоноопасности.

 

Рис.2. Розовым цветом обозначены районы потенциальной опасности по радону для населения.

Повышенное выделение радона в районах, обозначенных на карте, имеет место не повсеместно, а в виде очагов различной интенсивности и размеров. В других районах также не исключено наличие точечных очагов интенсивного выделения радона.

Радиационный контроль регламентируется и нормируется показателями:

• мощностью экспозиционной дозы (МЭД) гамма — излучения;

• среднегодовой эквивалентной равновесной объемной активностью (ЭРОА) радона.

МЭД гамма — излучения:

— при отводе земельного участка может составлять не более 30 мкР/час;

— при вводе здания в эксплуатацию и в существующих зданиях — не должна превышать мощности дозы на открытой местности более, чем на 30 мкР/час.

ЭРОА радона не должна превышать:
— в зданиях, сдаваемых в эксплуатацию — 100 Бк/м3 (Беккерелей/м3);

При отводе земельного участка измеряется:
— МЭД гамма — излучения (гамма-фон);
— содержание ЭРОА почвенного радона.

Показатели радиационного контроля обычно определяются при предпроектных изысканиях площадки строительства. По действующему законодательству местные органы власти должны передавать гражданину земельный участок для индивидуального жилищного строительства после проведения радиационного контроля, при условии, что показатели будут соответствовать установленным санитарным нормам.

Приобретая земельный участок под застройку следует узнать у владельца, проводился ли радиационный контроль и его результаты. В любом случае частному застройщику, особенно при расположении участка в потенциально опасном районе по радону (смотри карту), необходимо знать показатели радиационного контроля на своем участке.

В местных районных администрациях должны быть карты радоноопасных территорий района. В случае отсутствия информации следует заказать проведение исследований в местных лабораториях. Объединившись с соседями, можно, как правило, снизить расходы на выполнение этих работ.

По результатам оценки радоноопасности места строительства определяются мероприятия по защите дома. Степень воздействия радиации на человека зависит от мощности излучения (количества газа) и продолжительности воздействия.

В случае с радоном следует защищать прежде всего жилые помещения первого и цокольного этажей, где люди находятся длительное время.

Хозяйственные постройки и помещения — подвалы, санузлы, бани, гаражи, котельные, должны защищаться от радона постольку, поскольку возможно проникновение газа из этих помещений в жилые комнаты.