空气负离子与温湿度的关系_王继梅
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空气负离子与温湿度的关系王继梅,冀志江,隋同波,王 静,金宗哲(中国建筑材料科学研究院水泥所,北京 100024)
摘要:研究了在自然条件下温度、湿度和温湿度同时改变时空气负离子浓度的变化规律。实验表明,湿度对负离子浓度有明显作用,随湿度逐渐升高(相对湿度10%~80%),负离子浓度从200个Pcm3升至8000个Pcm3以上,负离子浓度上升的幅度随湿度增加逐渐增大;负离子浓度也随温度升高而升高(在5~40e之间);温湿度同时变化时,负离子浓度变化率增大。关键词:空气负离子;相对湿度;温度中图分类号:X16 文献标识码:A 文章编号:1001-6929(2004)02-0068-03
收稿日期:2003-04-10基金项目:国家/8630计划项目(2001AA322050);国家自然科学基金资助项目(50272062)作者简介:王继梅(1978-),女,安徽濉溪人,硕士研究生.
InfluenceofTemperatureandHumidityonNegativeIonConcentrationWANGJ-imei,JIZh-ijiang,SUITong-bo,WANGJing,JINZong-zhe(CementInstitute,ChinaBuildingMaterialsAcademy,Beijing 100024,China)
Abstract:Theionconcentrationintheairiscloselycorrelatedwiththeenvironment.Thevariationrulesofnegativeairionconcentrationwiththechangeoftemperature,humidityorsimultaneouschangeoftemperatureandhumiditywerestudiedundernaturalconditions.Itwasfoundthatthenega-tiveionconcentrationrosequicklywiththeincreasingrelativehumidity(RH)anditcouldchangefrom200ionsPcm3toabove8000ionsPcm3whenhumiditygraduallyincreased(RH:10%~80%).Thenegativeionconcentrationalsowentupwithtemperaturerising(5~40e).Thevariationsofconcentrationwereevengreaterwithsimultaneousincreaseoftemperatureandhumidity.Keywords:negativeairion;relativehumidity;temperature
空气负离子被称做空气的维生素,对人体健康有利。自然界的空气负离子主要来源于自然界中放射性物质、水的冲击作用引起的Lenard效应、宇宙射线、空气与地面的摩擦、风的作用以及闪电雷电等[1]。空气分子或原子被电离时,释放出一个电子,该电子附着在周围的分子或原子上,结合一定的水分子(一般结合8~10个水分子)形成空气负离子,失去电子的形成正离子。日本医学界通过大量的观测和临床实验,证实空气负离子有益人体健康[2-4]。根据大地测量学和地理物理学国际联盟大气联合委员会采用的理论,空气负离子是O2-(H2O)n或OH-(H2O)n或CO32-(H2O)n[5]。空气负离子浓度因地区气候不同有明显差异,大气流动、异性电荷中和、电场、微粒吸附、土壤中放射性物质的活动、自然地理条件的变化和季节等因素都会影响空气负离子的浓度。一般认为,夏季的温度高于冬季,夏季的负离子浓度也较高;在雨或雪后,湿度的变化很大,空气负离子浓度也很高[6]。对空气负离子的研究已有100多年,但其随自然条件变化的规律目前仍鲜见详细的报道,笔者针对温度和湿度对空气负离子浓度的影响进行了详细研究。1 实验111 实验地点为减少外界因素影响,模拟自然条件的空气负离子浓度变化趋势,所以选择污染较少,植有很多树木的郊区为实验点,实验时避免外界的噪声、振动、电场和人走动等因素的影响,进行长时间(从2002年12月至2003年3月)的连续测试。112 实验仪器采用由中国建筑材料科学研究院研制的静态法离子测定仪AIT-Ò。静态法是测定离子采集器上的电荷,而不是测定电流。先用稳恒电源对采集器充一定电量,让其在空中自由放电,通过对带电体剩余电荷(Q)与放电时间(t)的关系进行科学分析,得出带电体周围空气中负离子浓度。用浙江浙大中控自动化仪表有限公司生产的中控仪表(JL-30B彩屏无纸记录仪)记录温度和湿度的变化。空气离子测定仪和中控仪表的采样装置放在1m3密闭仓中,外部连接电脑。通过电脑选择测试参数、记录测试条件和测试结果。
第17卷 第2期环 境 科 学 研 究ResearchofEnvironmentalSciences Vol.17,No.2,2004113 实验过程空气离子测定仪每20min采集1个数据,24h连续测试,由计算机随时记录其放电曲线,并保存测试时间和与之相对应点的负离子浓度值,同时记录温度和湿度。通过1台电炉加热来控制环境温度,用2个直径为2215cm圆形敞口盛有水的器皿调节湿度。在1次测试完成后,用制图程序对测试数据进行处理,绘出浓度变化与温度和湿度的关系曲线。2 实验结果与分析211 空气负离子浓度与湿度的关系图1是空气负离子浓度随湿度的变化曲线,实验温度为20e。从图1可知,在测试湿度范围内(10%~80%),随着湿度的增加,负离子浓度不断上升,且不同的湿度阶段变化率不同。在湿度小于60%时,随湿度增加空气负离子浓度升高,但是增加幅度较小,负离子浓度不高;在湿度从60%逐渐增加时,负离子浓度增加的幅度明显加大,负离子浓度高。图1 湿度对空气负离子浓度的影响Fig.1 Influenceofhumidityonnegativeionconcentration 湿度对空气负离子具有重要意义。根据空气负离子的形成机理,一方面空气负离子是由带有多余电荷的分子与一定量的水分子相结合的产物,所以环境中必须有一定的含水量才可以形成空气负离子;更重要的是空气负离子中存在一定量的OH-与水相结合形成的OH-(H2O)n,在湿度较大时,OH-(H2O)n数增加,所以空气负离子浓度随着湿度的增加而升高。212 温度对空气负离子的影响图2是负离子浓度随温度变化的曲线,湿度为35%。从图2可知,在测量范围内,随温度升高负离子浓度也升高,温度从5e升至40e时,负离子浓度也从123个Pcm3升至914个Pcm3,但没有湿度对负离子浓度的影响大。由热力学可知,温度升高可使分子或原子热运动速度加快,相互间碰撞几率增大,碰撞电离几率也增大;氧的电离能较大,温度升高则分子或原子的平均动能升高,氧气被电离的能力加强,负氧离子增多,负离子浓度升高。另外随温度升高,水的饱和蒸汽压呈指数上升,相对湿度保持不变时,单位体积内的水分子含量也呈指数增加,从湿度对空气负离子的影响可知空气负离子浓度升高。
图2 温度对空气负离子浓度的影响Fig.2 Influenceoftemperatureonnegativeionconcentration
213 温度和湿度同时变化对负离子浓度的影响温度为10~26e,相对湿度在30%~55%,温湿度同时增加对空气负离子浓度的影响见图3。
图3 温度和湿度同时变化对负离子浓度的影响Fig.3 Influenceofhumidityandtemperatureonnegativeionconcentration
从图3看出,湿度和温度同时变化时,负离子浓度变化率很大,浓度增加的快,而且在不高的温度和湿度范围内就达到了很高的负离子浓度。该变化规律可从前面的阐述中得到解释。3 结论通过模拟自然条件下的温度和湿度,对空气负离子浓度进行了几个月的连续测试,详细讨论了温湿度变化对负离子浓度的影响。同一地点来自环境的射线强度基本保持不变,即实验环境中只有温度和湿度变化,实验表明当相对湿度从10%变至80%,负离子浓度从200个Pcm3升至8000个Pcm3以上。a.在自然条件下的温湿度范围内,由实验得出空气负离子浓度随着温度或湿度的升高而升高,随温湿度同时升高而升高。
69第2期王继梅等:空气负离子与温湿度的关系b.湿度和温度同时变化时,空气负离子浓度的变化率比一个因素变化时大,而且湿度对空气负离子浓度的影响比温度更明显。在温度和湿度都很高的情况下,负离子浓度也很高。由于是模拟自然条件,所以没有对高温条件下的负离子浓度与温度的关系进行研究,但是通过该实验了解到,改变环境的温度和湿度可改变空气负离子浓度,从而改善环境质量,有益人体健康。参考文献:[1] JerryWayneDecker.Excellenttheoryoflightning-condensationPevapora-
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