Исследователь изучает частицы в воздухе помещений и их движение

Большинство людей беспокоятся о качестве воздуха на улице, мало задумываясь о загрязнителях, которые могут циркулировать в их собственных домах. Однако, за редкими исключениями, такими как некоторые городские среды, "наружный воздух чище, чем воздух в помещениях", — говорит Андреа Р. Ферро, доцент кафедры гражданского и экологического строительства в Университете Кларксона. Люди проводят большую часть времени в помещениях или в транспорте — на открытом воздухе жители США находятся лишь около 5% времени, — и вероятность вдохнуть загрязняющие вещества, выделившиеся внутри помещений, в 1000 раз выше, чем наружные.

К таким частицам с потенциальными последствиями для здоровья относятся домашняя пыль, перхоть животных, остатки пестицидов от применения в доме или занесенные с улицы, антипирены из различных бытовых товаров, фталаты (вещества, используемые в пластмассах для придания гибкости), бактерии и вирусы, а также частицы вроде клеток кожи, текстильных волокон или минералов из уличной грязи.

Ферро изучает ресуспензию частиц — состав частиц, осевших на поверхностях внутри помещений, а затем вновь отделившихся (из-за сквозняка, уборки или даже ходьбы) и вернувшихся в воздух. Она и её коллеги исследуют текстуру как самих частиц, так и поверхностей, к которым они прилипают. Цель — лучше понять динамику всего цикла, включая силы адгезии, удерживающие частицы на поверхностях, и виды внешних сил, которые их отделяют.

Важнейшая задача — разработать инструменты для прогнозирования воздействия на основе условий внутри помещений. Собранные данные в перспективе могут помочь в создании новых материалов для поверхностей (например, напольных покрытий) и улучшении систем вентиляции. Это особенно актуально для таких мест, как больницы, где необходимо снизить воздействие бактерий на поверхностях. Понимание источника загрязнения позволяет изменить поведение, материалы или вентиляцию.

В домашних условиях это может означать изменение бытовых продуктов или способа их использования, выбор более безопасных для здоровья напольных покрытий или привычку снимать обувь перед входом в дом.

Исследование проводится при поддержке гранта NSF CAREER (Национального научного фонда США) в размере $420 421 на пять лет. Оно включает компьютерное моделирование, использующее "фундаментальный баланс сил" для оценки момента отрыва частиц, с акцентом на статистические подходы для анализа шероховатости частиц и поверхностей. Затем результаты моделирования сравниваются с экспериментальными данными.

Эксперименты проводятся в аэродинамической трубе, где изучается отрыв частиц от поверхности при увеличении скорости воздуха, а также с использованием реальной ходьбы или механической "ноги" для имитации. Часто используется реальная пыль из пылесборников, которую анализируют на состав и распределение по размерам при разных условиях (тип поверхности, влажность).

В рамках образовательной части гранта Ферро разработала учебный модуль о качестве воздуха в помещениях для школьников, который преподает аспирант. Также недавно был проведен успешный онлайн-конкурс для студентов, проживающих в кампусе, на лучшее сочетание качества воздуха в квартире и энергоэффективности. Участники видели в реальном времени показатели датчиков воздуха и, например, начинали включать вытяжку при готовке, что наглядно показывало, как можно улучшить домашнюю атмосферу.