«Университетская жизнь» №3 2014 by Julie Khatsko

СОДЕРЖАНИЕ КОЛОНКА РЕДАКТОРА АВТОРЫ НУЖНЫ, КАК ВОЗДУХ

КАК НЕ ЗАБОЛЕТЬ ОТ КОНДИЦИОНЕРА ВОЗДУШНАЯ ТРЕВОГА

Вентиляционные системы для экстремальных условий

Слово ректора В.Н. Ивановой

ФАКТЫ О ХОЛОДЕ

ВОДОВОРОТ СОБЫТИЙ

ВАКАНСИИ

Соотношение различных температурных шкал и много другой интересной информации о температурах —на последней странице номера

ОЗОНОВЫЕ ДЫРЫ, ФРЕОНОВЫЕ ПЯТНА 12

НА ОБЛОЖКЕ Фотография с испытаний самолета Skier 92, разработанного специально для полетов в заполярном круге. Источник: polarfieldservice. wordpress.com

Технологии холода в космосе

ЛЕДНИКОВЫЙ ПЕРИОД

ИСТОРИЯ ВЕНТИЛЯЦИИ

ТАКИЕ РАЗНЫЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ГРАДУСЫ

Прошлое, настоящее и будущее Института «Биотехнологии и рыбное хозяйство», а также все о кафедре «Кондиционирование и вентиляция

НЕКОТОРЫЕ ЛЮБЯТ ПОХОЛОДНЕЕ

История холодильника

БЕЗОПАСНОСТИ РАДИ

Как человек приручил снег, лед и пламя

КАКОВО

Быть соседом белому медведю

КРИО-ТИВНЫЕ НАУКИ

Криогеника и криология

ЛЮБИТЕЛИ ПРОХЛАЖДАТЬСЯ

История мороженого

ГОРЯЧЕЕ СЕРДЦЕ, ХОЛОДНАЯ ЕДА

Быстрозамороженые продукты

КНИЖНАЯ ПОЛКА КАФЕДРЫ

ПАР-НОРМАЛЬНОЕ ЯВЛЕНИЕ

Еще больше статей, фотографий, а также приложение к этому номеру и архив предыдущих выпусков ты можешь найти на сайте mgutm.ru. Там же ты найдешь и всю интересующую тебя информацию по учебе.

Все о паровых машинах

ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА

43 44

42 2

ОТ РЕДАКТОРА

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

Для большинства неспециалистов тема номера, наверное, сводится к утрированному пониманию вопроса: когда становится жарко, на помощь приходят охлаждающие механизмы — холодильники или кондиционеры, которые поглощают воздух, охлаждают его и выдают обратно. Понятно, что внутри устройств происходят какие-то процессы — возможно, механические, возможно, химические. Но для нас самое главное — результат: прохлада и комфорт. Простого пользователя не очень интересует, как все это устроено. А зря. На самом деле, научная мысль в области низких температур простирается очень широко: от изменений криосферы нашей планеты до молекулярной криокухни. Я, как и вы, с нетерпением жду этот номер, чтобы понять, как используют низкие температуры для сохранения полезности и продления свежести продуктов, для создания и выявления новых свойств тех или иных материалов, узнать, как работает холод в медицинских целях, как создавать хорошую атмосферу там, где ее нет, и многое другое. Уверен, профессии, связанные с крионауками, — это профессии будущего. Именно такого рода специалисты востребованы в мире с постоянно меняющимися климатическими условиями. Пишу «Слово редактора», но еще не знаю, какие статьи войдут в номер, а какие нет. И так же, как и вы, предвкушаю возможность открыть для себя новую вселенную — вселенную холода. Да, и еще: первая ассоциация, возникающая в моей голове, когда я слышу слово «вентиляция», — стиль «стимпанк», с его большими механизмами и романтикой труб. Словом, давайте погрузимся в чтение и узнаем много нового о холоде и трубах. ЕГОР ЕГОРОВ

*Стиль стимпанк — подвид фантастики, действие которого происходит в мире, где главенствуют технологии паровых машин, заменивших электронику. Классические вселенные стимпанка стилизуются авторами под Америку или Европу (чаще всего — Англию) второй половины XIX века, эпоху раннего капитализма с характерным фабрично-городским пейзажем и резким социальным расслоением. И неважно, что действие может разворачиваться в далеком будущем или на другой планете. Стимпанк возник как литературный жанр, но популярность обрел во многом благодаря комиксам, ролевым играм, телесериалам и аниме. //Мир фантастики №31, март 2006г. // mirf.ru/Articles/ art1195.htm Фото: ледник «Горнер», расположенный недалеко от деревни Зерматт (Швейцария) ,в объективе британского фотографа Робби Шона (Robbie Shone). Источник: 360doc.com

3 2

«УНИВЕРСИТЕТСКАЯ ЖИЗНЬ» №3 (99)

АВТОРЫ

они выяснили все о воздухе и холоде, чтобы вам было интересно

ВАЛЕНТИНА ИВАНОВА, ректор МГУТУ им. К.Г. Разумовского, д.э.н., профессор, лауреат премии Правительства РФ в области образования «Эксперты рынка кондиционирования и вентиляции уверены в том, что в ближайшее время компании-заказчики перейдут от выбора систем по ценовому признаку, к выбору, основанному на анализе эксплуатации таких систем в будущем. Ожидаются изменения выбора потребителей в сторону энергоэффективных систем. Многие начали серьезно задумываться об экономии энергоресурсов и о переходе на альтернативные источники энергии. В настоящее время существует огромный интерес к использованию оборудования с энергосберегающими технологиями. Так в нашем университете работает Центр энергоэффективности «МГУТУ — Шнайдер Электрик», который совместно с Институтом биотехнологий и рыбного хозяйства занимается разработкой новых энергоэффективных систем в сфере кондиционирования. Наши выпускники востребованы в различных отраслях, в том числе в космической, где необходимо создавать и поддерживать определённую атмосферу в замкнутом цикле; в сферах критических температур, в создании центров жизнеобеспечения и научно исследовательских центров на Северном и Южном полюсах, на межпланетных корбалях и др», — обращение ректора — статья «Нужны, как воздух», стр. 5

ЧТО ПОСМОТРЕТЬ, ЕСЛИ У ВАС ЕСТЬ ПЯТЬ МИНУТ...

18 33

29 40

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

АЛЕКСЕЙ НИКИФОРОВ–НИКИШИН,

ВЛАДИМИР БРИГИНЕЦ, корреспондент «УЖа»

Член государственной экзаменационной и аттестационной комиссий по специальностям «Биоэкология» и «Водные биоресурсы и аквакультура», директор Института БИРХ МГУТУ им. К.Г. Разумовского, профессор

«Совсем недавно гарвардский инженер Дэвид Эдвардс создал мороженое, которое не тает в руках. Шарики мороженого в оболочке из кокоса, ореха и арахиса изобретатель скрепил смесью ионов кальция и альгината из водорослей», —

статья «Водоворот событий», стр. 8

СВЕТЛАНА ЕПИШЕВА, корреспондент «УЖа» «Связанный бабушкой свитер вряд ли поможет в путешествии по открытому космическому пространству. Особенно, если ты намереваешься посетить туманность «Бумеранг» — самое холодное место во Вселенной», — статья «Некоторые любят похолоднее», стр. 14

статья «Любители прохлаждаться», стр. 31

ВИКТОРИЯ МАЛЕВАННАЯ, корреспондент «УЖа» «Cнег — одно из красивейших явлений зимнего сезона и верный признак приближения новогодних праздников. Однако он также может стать причиной серьезной головной боли коммунальных служб», — статья «Безопасности ради», стр. 18

ЮЛИЯ ХАЦЬКО,

АННА ЗОТОВА,

корреспондент и дизайнер «УЖа»

корреспондент «УЖа»

«Криогенному обществу Америки пришлось разместить на своем сайте раздел «Крионика», состоящий всего из одной короткой заметки: «Заморозка тел — это не криогеника. Это крионика. И крионика — не то же самое, что криогеника», —

«Все это время верными спутниками полярников становится тошнота, головокружение, боль в ушах, резкое повышение давления и мелькание в глазах, иногда — носовое кровотечение, чувство удушья и сильная боль в суставах и мышцах», —

статья «Крио-тивные науки», стр. 24

статья «Каково», стр. 20

ТАКЖЕ НАД НОМЕРОМ РАБОТАЛИ:

Анна Р., спецкорреспондент «Университетской жизни»; Ирина Шадрина — фотограф «Университетской жизни», студентка четвертого курса Института социально-гуманитарных технологий МГУТУ им. К.Г. Разумовского. «Университетская жизнь» приносит свои благодарности директору Всероссийского научно-исследовательского института холодильной промышленности Россельхозакадемии Георгию Автономовичу Белозерову за интервью, которое вы можете прочитать на странице 11 4

ОБРАЩЕНИЕ РЕКТОРА НУЖНЫ, КАК ВОЗДУХ Почему стоит присмотреться к профессиям, связанным с климатическим бизнесом, и каким образом данные специалисты определяют не только настояющее и будущее науки, но и ежедневный комфорт миллионов людей. Об этом — ректор МГУТУ им. К.Г. Разумовского Валентина Николаевна Иванова.

Президент РФ озвучил наиболее востребованные профессии современности. Одна из них — инженер в сфере кондиционирования и вентиляции. Чуть позже стало известно, что специалисты климатического бизнеса вошли и в рейтинг 100 самых востребованных профессий в мире. Профессия довольно сложная, важная и необходимая. В сутки человек потребляет около 3 кг пищи и 15 кг воздуха, совершая в среднем 20 тысяч вдохов. Достаточно на 7–8 минут остановить поступление кислорода в кровь, чтобы в коре головного мозга произошли необратимые изменения. Воздух поддерживает множество биохимических реакций в нашем организме. Его качество, химический состав, свежесть, чистота и температура во многом зависят от инженерных систем, специально предназначенных для обеспечения нашего комфорта при дыхании. При этом особенно остро вопрос качества воздуха стоит для жителей мегаполисов. Долгое время лидерство в области новейших разработок по вентиляции и кондиционированию воздуха принадлежало американским компаниям. Впервые в 1815 году француз Жан

Шабаннес получил британский патент на метод «кондиционирования воздуха и регулирования температуры в жилищах и других зданиях». Однако, практического воплощения идеи пришлось ждать достаточно долго. Только в 1902 году американский инженеризобретатель Уиллис Карриер собрал промышленную холодильную машину для типографии Бруклина в НьюЙорке. Самое любопытное, что первый кондиционер предназначался не для создания приятной прохлады работникам, а для борьбы с влажностью, ухудшавший качество печати. Однако, в конце 50-х, начале 60-х годов XX века инициатива прочно перешла к японцам. В дальнейшем именно они определили лицо современной индустрии климата. Эксперты рынка кондиционирования и вентиляции уверены в том, что в ближайшее время компании-заказчики перейдут от выбора систем по ценовому признаку, к выбору, основанному на анализе эксплуатации таких систем в будущем. Ожидаются изменения выбора потребителей в сторону энергоэффективных систем. Многие начали серьезно задумываться об экономии энергоресурсов и о пере6

ходе на альтернативные источники энергии. В настоящее время существует огромный интерес к использованию оборудования с энергосберегающими технологиями. Так в нашем университете работает Центр энергоэффективности «МГУТУ — Шнайдер Электрик», который совместно с Институтом биотехнологий и рыбного хозяйства занимается разработкой новых энергоэффективных система в сфере кондиционирования. Наши выпускники востребованы в различных отраслях, в том числе в космической, где необходимо создавать и поддерживать определённую атмосферу в замкнутом цикле; в сферах критических температур, в создании центров жизнеобеспечения и научно–исследовательских центров на Северном и Южном полюсах и др. Надеемся, что выбор этой профессии вдохновит вас на создание уникальных условий для существования всего человечества. На фото: Борисенко Дмитрий Иванович, к.т.н., доцент кафедры «Кондиционирование и вентиляция», со студентами во время семинара.

ФАКТЫ О ХОЛОДЕ

Иллюстрации: 500pix.com

Температура открытого космоса постоянно падает

Рецепторы холода распределены по человеческому телу неравномерно

Ментол действует аналогично низким температурам

Вы выходите утром из дома. Небо ясное, температура воздуха +5°С. И вдруг замечаете, что на лужах за н о ч ь о б р аз о в алс я с ло й льда. Каким образом это произошло, ведь температура замерзания воды — 0°С? За счет чего вода может охладиться до температуры ниже воздуха? Очевидно, должен существовать объект холоднее, чем воздух, с которым вода ночью обменивается теплотой. И такой объект есть — это холодное темное небо. С ним вода и обменивается теплотой бесконтактным лучистым способом, т.е. с помощью теплообмена излучением.

Теории об этом появились уже давно, однако только недавние измерения подтвердили, что Вселенная охлаждается примерно на градус каждые три миллиарда лет. Самая холодная температура в нашей солнечной системе зафиксирована на Луне: в некоторых кратерах она составляет всего 30 К. Температура Вселенной будет приближаться к абсолютному нулю, однако никогда его не достигнет. Температура на Земле не зависит от той температуры, которая сегодня имеется во Вселенной, и мы знаем, что наша планета постепенно нагревается.

Намочить в речной не прогретой воде ступни для нас не составляет труда, а вот зайти в такую воду по пояс — это практически невыполнимая задача. Почему? Все дело в том, что для ощущения холода на нашем теле предусмотрены около 250 000 точек, через которые в наш мозг поступает сигнал о холоде. Эти точки расположены по телу неравномерно, где-то их совсем нет, например на волосах и ногтях, а где-то их невероятно много, например на пояснице или кончиках пальцев. Поэтому и происходит такое неравномерное распределение восприятия холода.

Терморецепторы нашего тела реагируют не только на изменение температуры, но и на некоторые химические вещества. В частности, холодовые рецепторы возбуждаются ментолом. Даже очень слабый водный раствор ментола производит охлаждающий эффект. В 1951 году команда немецкого физиолога Герберта Хензеля доказала, что действие ментола может быть полностью компенсировано температурой, если язык погрузить в достаточно теплую среду. То есть ментол не создает иллюзию, а действительно работает как холод.

Вода в луже замерзает при положительной температуре

ИНСТИТУТ И КАФЕДРА

«УНИВЕРСИТЕТСКАЯ ЖИЗНЬ» №3 (99)

Холод, воздух и технологический менеджмент Кафедра «Кондиционирование и вентиляция» была организована 1 декабря 2010 года на базе Института биотехнологий и рыбного хозяйства. Образовалась она не на пустом месте: эстафетную палочку ей передала кафедра холодильных систем и технологий, существовавшая в нашем вузе с 1989 года. Можно сказать, произошла новая трансформация обучающего компонента, меняющегося вместе с научно-техническим прогрессом.

ВОДОВОРОТ СОБЫТИЙ Институт биотехнологий и рыбного хозяйства — один из ведущих и перспективных подразделений МГУТУ им. К.Г. Разумовского. О прошлом, настоящем и будущем БИРХа рассказывает директор института — Алексей Львович Никифоров-Никишин. «Ко времени моего поступления в этот университет, факультет рыбного хозяйства работал уже довольно давно. Вообще история данного института очень интересна. В 1953 году был создан ВЗИПП (Нынешний МГУТУ им. К.Г. Разумовского. — Прим. «УЖа»), и через три года в нем была организована кафедра ихтиологии и рыбоводства. Необходимость ее создания обосновывалась тем, что по приказу министра образования СССР целый Институт рыбного хозяйства должен был переехать в Калининград. Молодые сотрудники согласились на такой переезд и уехали, а люди пожилого возраста, имеющие огромный авторитет и достаточный опыт, предложили ректору создать такую кафедру и, соответственно, одноименный факультет. В настоящее время количество желающих учиться на данном направлении увеличилось в разы. Институт знают, мы пользуемся популярностью среди абитуриентов, о нас положительные отзывы работодателей. Поэтому стараемся сохранять свое лицо и двигаться вперед. Так, у нас в университете было открыто направление подготовки «Холодильные и судовые установки». Мы осуществляли подготовку специалистов по холодильным машинам с 60-х годов прошлого века. Но потом набор на эту специальность

был прекращен. Возобновили его, только когда ректором стала Валентина Николаевна Иванова. На данный момент БИРХ включает в себя кафедры, реализующие отраслевую профессиональную подготовку и переподготовку специалистов для системы АПК, рыбного хозяйства страны, сферы природопользования и экологического контроля, холодильных систем и технологий, кондиционирования и вентиляции, технической физики. В нашем институте работают 15 профессоров, 26 доцентов. На выпускающих кафедрах ведется огромная научная работа, к которой могут быть привлечены все заинтересованные студенты. Институт длительное время с честью выполняет задачи по подготовке молодых специалистов в сфере приоритетных и перспективных направлений развития страны. Некоторые из этих направлений определены Правительством России как «критичные». В первую очередь, это: аквакультура, гидробиология и биоэкология, современные инновационные технологии в области сохранения гидробионтов и биоразнообразия, искусственного воспроизводства ценных видов рыб, инновационных технологий переработки и сохранения продукции при низких температурах». 8

Свою историю кафедра ведет с 1961 года. Тогда на Рыбохозяйственном факультете Всесоюзного заочного института пищевой промышленности (ныне — МГУТУ им. К.Г. Разумовского) была открыта кафедра «Судовые силовые установки и холодильные машины». С 1979 по 1989 гг. кафедра носила название «Холодильные машины и установки» и выпускала специалистов по холодильным системам. Теперь кафедра кондиционирования и вентиляции будет готовить бакалавров и магистров по современным системам кондиционирования, вентиляции, использующих в своей инженерной практике информатику, компьютерное управление производственными процессами и технологический менеджмент для холодильных производств. Не приходится говорить, насколько важен и востребован сегодня в пищевой и перерабатывающей промышленности именно этот отраслевой аспект. Окончившие обучение на кафедре приобретают комплексные профессии и могут работать как в качестве специалистов, осуществляющих разработку и эксплуатацию устройств кондиционирования и вентиляции, а также реализацию холодильных технологий, так и менеджеров по управлению холодильными производствами. Кафедра выпускает бакалавров и магистров по системам кондиционирования и вентиляции воздуха, конструированию холодильных машин и установок, системам искусственного холода, эксплуатации, монтажу и сервису холодильного оборудования. Кафедра хорошо оснащена технологически. Здесь имеются ПЭВМ, которые образуют сетевой мини-вычислительный центр. Также представлены холодильные камеры с компрессорно-конденсаторными блоками, управление которыми реализуется микропроцессорами. На кафедре есть калориметрические стенды. Лаборато-

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

рия «Холодильные технологии» оснащена компьютерной системой обработки измерений температур в ПЭВМ. За учебный процесс на кафедре отвечают высококвалифицированные профессора, доценты и старшие преподаватели.

Кафедра: наука На кафедре «Кондиционирование и вентиляция» готовят высококлассных специалистов широкого профиля, активно принимающих участие в научных разработках нашего университета. Каких именно — рассказывает профессор кафедры Василий Федорович Юдаев. Основными направлениями научной деятельности кафедры можно считать: разработку и совершенствование методов расчета, проектирования и исследования элементов проточной части турбохолодильных машин, экспериментальное и расчетно-теоретическое исследование аэродинамики, термогазодинамики и оптимизации проточных каналов. Кроме того, специалисты нашей кафедры занимаются проблемами поддержания заданной атмосферы в морозильных камерах, которая в будущем позволит намного эффективнее тормозить биологические процессы в пищевых продуктах. В составе кафедры есть аспирант, занимающийся разработкой регулируемых газовых сред. На данный момент это одна из важнейших наших разработок. Суть данной технологии заключается в создании среды хранения с определенными характеристиками, учитывающими как температурный режим хранения продуктов, так и состав атмосферы в камере хранения, в частности, содержание в ней кислорода и углекислого газа. По мере хранения плодов количество кислорода в атмосфере снижается и, соответственно, снижается его парциальное давление. В этой связи дыхание плодов замедляется. Кроме того, сотрудники кафедры занимаются получением дисперсных смесей. Наша задача при этом — создать аппараты малых удельных показателей. Также мы активно занимаемся получением эмульсий водноспиртового раствора с бензином, это позволит в будущем улучшить работу двигателя внутреннего сгорания в автомобилях — он станет более экологичным. В целом вся научная деятельность кафедры представлена проведением опытно-практических, теоретических и научно-методических изысканий в области кондиционирования и венти-

ИНСТИТУТ И КАФЕДРА

ляции, прикладной акустики, пожаротушения, проектированием химикотехнологических процессов и др. Студенты старших курсов по своему желанию и интересам могут быть привлечены к научно-исследовательской деятельности по различным направлениям, реализуемым на кафедре. Для этого имеется обширная научная библиотека и хорошая практическая база.

Взгляд изнутри Доцент кафедры «Кондиционирование и вентиляция», академик Международной академии холода Василий Васильевич Ананьев, автор 55 научных работ в области холодильной, криогенной техники и тепломассообмена в многофазных дисперсных средах, рассказывает о важности холодильных систем для человечества, приоритетных направлениях работы кафедры и экологии Арктики. Все, что нас окружает, — едино, и поэтому преподаватели высшей школы говорят, что нас окружает термодинамическое температурное пространство. И под холодильной техникой мы подразумеваем ту, что способна обеспечивать уровень температур, характерный для обитания человека на Земле. Данная температура колеблется от 0 до 50 градусов по Цельсию. Но иной раз мы можем наблюдать температуры совершенно других размеров — те температуры, что уходят вниз по шкале термометра и находятся ниже уровня жизнеобитания населения. Так, в природе мы встречаем холод –57 градусов Цельсия (хотя изредка встречаем температуры на несколько градусов ниже). Однако это все еще те температуры, при которых человек без особых приспособлений может выживать, защищая свое тело теплой одеждой и согревающими мазями. Кафедра «Кондиционирование и вентиляция» занимается изучением всей области температур — как низких, так и умеренно высоких. Именно это и является предметом подготовки специалистов и кадров, а также научных работников кафедры. Поскольку основная направленность МГУТУ им. К.Г. Разумовского — это аграрно-промышленный комплекс и пищевые технологии, большинство вопросов, касающихся специализации кафедры, относится именно к этой составляющей. Ведется интенсивная работа по подготовке высококлассных профессионалов, которые в будущем будут работать в структуре АПК пищевых технологий. При этом говорить 9

Практика и трудоустройство Студентов кафедры всегда рады видеть не только на крупнейших предприятиях пищевой и перерабатывающей промышленности, но также в отраслевых НИИ и государственных структурах с контрольными функциями. Практику на подобных предприятиях студенты проходят каждый год и уже за год до конца обучения представляют себе, где они будут работать, приобретают практические навыки, необходимые для будущей карьеры. На первом и втором курсах для бакалавров направления «Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения» предусмотрена учебная практика. На третьем и четвертом курсах — производственная практика. Среди наиболее значимых предприятий, помогающих нашим ученикам освоить все тонкости профессии, можно выделить: «Арсенал-Климат» Установка и ремонт климатической техники Казань

Здесь студентов университета обучают максимально быстро и качественно удовлетворить потребности клиентов. В обязанности практикантов входит помощь мастеру в установке той или иной техники, производимой компанией.

«Промхолод» Лидер российского рынка холодильного и климатического оборудования Москва «Промхолод» реализует холодильные и комплексные решения, востребованные на всех этапах цикла производства, хранения, транспортировки, реализации и конечного потребления продукта. Проходя практику в этой компании, студенты имеют возможность поработать не только с российскими, но и с зарубежными специалистами

«Рот Фронт» Лидер российского «сладкого» рынка Москва

«Рот Фронт» — один из крупнейших производителей кондитерских изделий в стране, годовой выпуск продукции которого — более 50 тыс. тонн. На предприятиях этой компании студенты занимаются обеспечением и контролем качества холодильного оборудования.

«УНИВЕРСИТЕТСКАЯ ЖИЗНЬ» №3 (99)

о пищевых технологиях просто как о хлебе, колбасе и сыре — неправильно. К ней можно отнести также фармацевтическую и микробиологическую промышленности и много других самых разнообразных отраслей, обеспечивающих функционирование общества, в том числе экологию. В наше время промышленность использует холодильные технологии как для обеспечения процессов, так и для создания оптимальных условий функционирования специального оборудования: сканеров, томографов, телескопов, лазерного боевого оружия и т.д. Во всех промышленных отраслях, в металлургии, в горнорудной промышленности, медицине — везде присутствуют элементы низкотемпературной техники. И при подготовке специалистов приходится учитывать все нюансы. Большинство наших специалистов работали в разных областях гидромеханики, а также принимали участие в создании специальных дисперсных сред на уровне нанотехнологий. Это обуславливает то, что наши студенты имеют общую подготовку, близкую к той, что была основной в СССР, — подготовку специалистов широкого профиля и, с другой стороны, подготовку по применению в промышленности. Основной упор делаем, конеч-

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

но же, на пищевую промышленность и на жизнеобеспечение. Эти системы необходимы на любом производстве. Стоит отметить, что легче изготовить космическую лабораторию, нежели обеспечить нормальные условия для работы в цехах пищевой промышленности, при получении титана из руды. Среди приоритетных направлений, которые развиваются на кафедре, можно выделить следующие. Первое направление — низкотемпературные системы обеспечения строительства объектов в топливно-энергетическом комплексе России. В частности, на нефтяных и газовых месторождениях арктического побережья РФ. Главная проблема их разработки связана с тем, что северные льды мерзлые, и как только мы вторгаемся в эту область, происходит отепление грунтов и теряется устойчивость сооружения. Одно из направлений, развиваемых в инициативном порядке, — обеспечение стабильности фундамента оснований под объектами различного назначения. Второе направление — устройства теплопередачи, обеспечивающие ее минимальную потерю. Они называются «тепловыми трубами» и могут быть низкотемпературными, высокотемпературными и криогенными. Последние наши выступления касались соз-

Оценка неразведанных запасов нефти в Арктике (млрд барелей) Источник: журнал Science vol. 324, май 2009.

>10

1–10

0,1–1

нет точной оценки

области с низким топливным потенциалом

дания пилотного образца криогенной низкотемпературной трубы для обеспечения работы гамма-детектора. Эти детекторы предназначены для регистрации излучений, содержащих гаммачастицы и, в частности, темного излучения. Работа проводилась с ядерным институтом МГУ им. М.В. Ломоносова, и сотрудничество продолжится. Третье направление касается пищевой промышленности, и в нем задействованы достаточно развитые технологии. При низкотемпературном воздействии любые растворы меняют свое фазовое состояние. В частности, водосодержащие растворы кристаллизуются, в результате чего образуются смеси из частичек льда размером примерно 50 мкм и жидкой фазы. Продукты питания в такой среде сохраняются намного дольше и лучше, не меняя при этом своих органолептических вкусовых и главное полезных качеств. Эта технология была создана в России в 1977 году, но развита была за рубежом. В настоящее время прилагаются усилия для адаптации мирового опыта и создания наших отечественных изделий. Сегодня мы можем рассчитывать на то, что руководство страны уже обратило серьезное внимание на научный потенциал России, ведь, во-первых, кадровый состав есть и передает свои знания и практический опыт молодому поколению. А программы государственного масштаба позволят им продвинуться и закрепиться на достигнутых рубежах. Помимо всего прочего на кафедре ведется работа совместно с международной академией холода. Создавая площадку для контактов ученых с проектировщиками заводов и объектов в условиях вечной мерзлоты, мы занимаемся вопросами геокреологии и, конечно, инженерной защиты севера при воздействии человека. Наши студенты в последние годы достаточно активно участвовали в работе предприятий. Есть огромное количество положительных отзывов об их работе на тех или иных предприятиях в качестве инженеров. Выпускник нашего института, как будущий инженер, должен быть компетентным во всех вопросах, касающихся его области знаний — начиная с прокладки траншеи и заканчивая строительством зданий. Все остальное он должен уметь по определению. В связи с вышесказанным хочу заметить, что, если абитуриент желает получить достойное и перспективное образование в сфере инженерных технологий, ему просто необходимо поступать на кафедру «Кондиционирование и вентиляция».

ВЗГЛЯД ИЗНУТРИ

ИНСТИТУТ И КАФЕДРА

Холод как профессия

В МГУТУ им. К.Г. Разумовского активно развивается кафедра «Кондиционирвание и вентиляция». Созданная сравнительно недавно, она стремится занять в рядах прочих кафедр университета достойное место, обучая студентов специальностям, необходимым, в первую очередь, промышленности нашей страны. Комментарии относительно вышеупомянутого направления подготовки в частности и развития холодильных систем России в целом корреспонденту «УЖа» дал директор Всероссийского научно-исследовательского института холодильной промышленности (ВНИХИ) Россельхозакадемии Георгий Автономович Белозеров. Георгий Автономович, каковы на данный момент приоритеты России в области холодильных технологий? На сегодняшний день одним из главных приоритетов нашей страны является, конечно же, сохранение и приумножение сырья и пищевой продукции при помощи холодильных технологий. Государству необходимо заботиться о сохранении около 90 миллионов тонн сырья, однако по факту мы имеем огромные потери. Взять хотя бы сферу растениеводства. До 40% готовой продукции гибнет из-за некачественного оборудования и прочих не менее важных проблем в данной области. Нам во что бы то ни стало необходимо сократить эти потери как минимум в два раза, тем самым практически прекратив импорт пищевых продуктов из-за рубежа. Еще с середины прошлого века у нас была принята концепция, которая предусматривала создание холодильной отрасли в организациях отечественного холодильного машиностроения, а также оборудования для холодильной обработки и хранения скоропортящихся продуктов. Предполагалось полностью отказаться от импортной

холодильной техники. В государстве была создана система, позволившая сделать научно-технический прорыв в этом направлении, организованы НИИ, конструкторские бюро, вузы, заводы. Государство выделяло огромные средства на работу в данной сфере. Кроме того, сегодня немаловажным вопросом является повышение эффективности выработки холода, чтобы хранение было экономически выгодным. Мы планируем внедрить в производство новейшие холодильные камеры с современной системой управления, логистикой и оборудованием, а также продолжать усиленно развивать отечественное холодильное машиностроение, поскольку на данный момент в стране имеются проблемы. Актуальная ли данная профессия для студентов? Безусловно. Сейчас только в Москве более двухсот фирм, занимающихся проектированием и обслуживанием холодильного оборудования. Это ли не показатель того, что потребность в «холодильщиках» огромная. На всех предприятиях пищеперерабатывающей промышленности и торговле требуются молодые специалисты данного профиля. Кроме того, существуют фирмы, обслуживающие систему кондиционирования зданий, различных сооружений и, наконец, автомобилей. Среди такого изобилия настоящим профессионалам данной области будет на удивление легко найти достойную работу. Неужели данная профессия имеет такое огромное стратегическое значение? Да, прежде всего, в рамках пищевой промышленности. Государство заинтересовано в специалистах, получивших знания именно в университетах нашей страны. К несчастью, лишь единицы учебных учреждений выпускают специалистов по проектирова11

нию. Вот тут МГУТУ им. К.Г. Разумовского хорошо бы взять инициативу в свои руки и начать готовить профессионалов по проектированию холодильных систем, нацеленных не на изготовление холодильных машин, а на умение грамотно подобрать, разместить и сдать в эксплуатацию вышеупомянутое оборудование. Направления подготовки кафедры вашего университета непременно должны быть связаны с применением холода в технологиях, а также с обслуживанием этого оборудования и проектирования холодильных систем. Насколько мне известно, раньше, на первых этапах создания предшественника нынешней кафедры «Кондиционирование и вентиляция», профессора занимались изучением криогеники, что и по сей день является весьма актуальной областью исследований. Так что, возможно имеет смысл задуматься о возобновлении изучаемого ранее профиля. Планируется ли какая-либо совместная работа между ВНИХИ и МГУТУ им. К.Г. Разумовского в будущем? Да, мы уже обсуждали данный вопрос с Валентиной Николаевной. Университету необходимо развивать данное направление путем создания новейших лабораторий, транспортных установок и закупки оборудования, позволяющего студентам с легкостью применить все свои знания на практике. Но ведь сделать это не так просто. Необходимо создать определенные условия для работы в лабораториях, продумать тематику практических занятий, провести инструктаж и вводные лекции. Одним словом, в будущем нам предстоит много работы. Но мы надеемся на долгое и весьма плодотворное сотрудничество. Интервью: Владимир Бригинец Иллюстрация: biotechnotes.org

ВСЕ ОБО ВСЕМ: ФРЕОН

ОЗОНОВЫЕ ДЫРЫ, ФРЕОНОВЫЕ ПЯТНА Когда нам говорят, что у холодильника потек фреон, мы понимаем, что пора думать об обновлении техники. Но что такое фреон и почему холодильник перестает работать, лишаясь его? Об этом и о том, что на самом деле дырявит озоновый слой атмосферы Земли, — в нашем материале.

Молекулы безобидного фреона R11 и запрещенного фреона R22

Иллюстрация на странице справа: 30 лет наблюдений за озоновой дырой над Антарктикой из космоса. Большинство членов мирового научного сообщества уверены, что дыра уменьшается и будет продолжать уменьшаться в связи с ограничением выбросов вредных веществ различными международными договорами, в том числе и «Монреальским протоколом». Источник: NASA Текст: Анна Р.

В 1928 году американский химик Томас Мидглей впервые выделил и синтезировал в своей лаборатории химическое соединение, названное впоследствии «фреон» (от латинского frigor — «холод»). Позже была синтезирована целая группа подобных соединений. Сейчас известно уже более 40 видов фреонов, отличающихся химическими формулами и физическими свойствами, большинство из которых выпускается промышленностью. Фреоны (другое их название — хлорфторуглероды) представляют собой бесцветные газы или жидкости, без запаха, как правило, хорошо растворимые в органических растворителях, а также во многих смазочных маслах и практически нерастворимые в воде. Это смесь метана и этана, в которых атомы водорода замещаются атомами фтора и хлора. Фреон применяется в качестве хладоносителя в любом холодильном оборудовании и кондиционерах с 1931 года (до этого использовался вредный для здоровья людей аммиак). При кипении он отнимает теплоту от охлаждаемого объекта и затем, после сжатия, передает ее охлаждающей среде при конденсации. Например, при включении кондиционера начинается испарение фреона, в комнате становится прохладней. После этого фреон в газообразном состоянии поступает в конденсатор, где снова превращается в жидкость. Выделившееся в ходе этого процесса теплота выводится на улицу через наружный блок. Благодаря своим термодинамическим свойствам, фреоны нашли широкое практическое применение не только в холодильных машинах и кондиционерах, но и в парфюмерии, медицине для создания аэрозолей, а также при тушении пожаров на опасных объектах. Существует устойчивый миф о том, что фреон в холодильниках и особенно кондиционерах опасен для человека, а его утечка может быть еще опаснее. На самом деле, все хладагенты, используемые в бытовых приборах, не горючие и безопасны для людей. А фреон R410А вообще является озонобезопасным и отвечает всем гигиеническим нормам. Но нельзя отрицать, что в «рядах» фреонов есть и не слишком дружелюбные атмосфере вещества. Так, в 1987 году в соответствии с Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП) вступил в действие «Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой», предусматривающий постепенное сокращение производства и потребления ряда хлорфторуглеродов. В частности, в соответствии с этим протоколом фреон R-12 (как наиболее способствующий разрушению озонового слоя) и фреон R-22, а также другие фреоны, 12

разрушающие озоновый слой, перестали применяться в бытовой технике, хотя до этого чаще всего использовались в промышленности, и их контакт с рядовыми потребителями сводился к минимуму. Сейчас эти фреоны продолжают применяться при тушении пожаров. По шкале «вредности» фреонов Хладон 22 (Фреон 22) относится к веществам 4-го класса опасности. Эти вещества обладают наркотическим действием, вызывает слабость, переходящую в возбуждение, спутанность сознания, сонливость, при больших концентрациях — удушье. При попадании на кожу жидкий фреон может вызвать пузыри и некроз. В химическом отношении фреоны очень инертны. Они не только не горят на воздухе, но и абсолютно взрывобезопасны даже при контакте с открытым пламенем. Но вот если ты решишь нагреть фреон до +250°С, то учти, могут образоваться весьма ядовитые продукты, например фосген СОСl2, который в годы Первой мировой войны использовался как боевое отравляющее вещество. В связи с озоноразрушающим влиянием фреона R-22 его использование год от года сокращается в США и Европе. Озоновый слой отражает большую часть вредных солнечных ультрафиолетовых лучей. В России с 2011 года прекращен импорт холодильного оборудования с опасными фреонами, в том числе кондиционеров промышленного и полупромышленного класса, однако само вещество пока производится в стране. Кроме всеми принятой теории глобального потепления, которая, в том числе, утверждает факт разрушения озонового слоя фреонами, недавно появилась еще одна — совершенно противоположная. Согласно этой новой теории, хладагенты, используемые людьми для различных нужд, мало разрушают озоновый слой и не являются причинами образования озоновых дыр. Автор теории — известный российский географ Андрей Петрович Капица — доказал, что озоновые дыры появились задолго до того, как люди начали использовать фреоны. Он сопоставил кривую изменения солнечной активности и толщину озонового слоя. В результате оказалось, что они практически полностью совпадают. По большому счету, эта теория говорит лишь о том, что существует множество естественных причин колебания концентрации озона в верхних слоях атмосферы, например природные явления. А молодые исследователи в свою очередь должны широко и свободно смотреть на научные проблемы, а не ориентироваться на общепринятые взгляды и теории.

КОСМОС И ТЕХНОЛОГИИ ХОЛОДА

НЕКОТОРЫЕ ЛЮБЯТ ПОХОЛОДНЕЕ В скором времени в нашей Вселенной будет зафиксирован новый температурный рекорд. Но на этот раз человечество не будет просто пассивным наблюдателем. Об уникальной «морозильной камере» — в нашем материале.

Понятно, что ни одному здравомыслящему человеку не придет в голову отправляться в открытый космос без скафандра. Это было бы самоубийством. Причем в художественных фильмах нам, как правило, показывают, что смерть несчастного существа, оказавшегося в космосе без защиты, наступает от холода. Сколько раз мы видели, как герои научной фантастики буквально за несколько секунд покрываются льдом. Однако нужно констатировать, что космос просто не приспособлен к замораживанию. Вопреки распространенным мифам, космос не холодный и не горячий. Наука утверждает, что теплота — это мера молекулярной активности, а значит, только материя может обладать температурными свойствами. Космос — это практически полное отсутствие материи. Поскольку атомов или молекул в нем очень мало, он является практически идеальным вакуумом. Весьма низкая плотность вещества не позволяет полноценно передавать температуру. Низкое давление и отсутствие кислорода убьют человека гораздо раньше. Тем не менее, связанный бабушкой свитер вряд ли поможет в путешествии по открытому космическому пространству. Особенно, если ты намереваешься посетить туманность «Бумеранг» — самое холодное место в нашей Вселенной. Температура там составляет 1 градус Кельвина, то есть

около –272°C. В бесконечном же пространстве между звездами и галактиками космическое фоновое излучение составляет всего около трех градусов Кельвина. Ненамного теплее, правда? Но, как оказалось, современные физики «любят похолоднее». Разгадка природы квантовой материи (форма материи, в которой законы квантовой механики преобладают над некоторыми макроскопическими свойствами) является одной из основных тем в физике на протяжении последних 120 лет, собрав девять девять нобелевских премий в этот период. И квантовая физика любит холод. В частности, макроскопические квантовые явления, такие как вязкость жидкости, сверхпроводимость, сверхтекучесть и конденсаты Бозе–Эйнштейна, встречаются только при достаточно низких температурах. В настоящее время методы понижения температуры могут охладить вещество до температуры в несколько nK (нанокельвинов). Достижение еще более низких температур в значительной степени затруднено для исследования. необходимостью под-держки охлажденной материи против силы притяжения Земли Каков самый простой способ решить эту проблему? Проводить опыты там, где нет силы притяжения, разумеется. Во всяком случае, так решили в НАСА. Исследо14

«УНИВЕРСИТЕТСКАЯ ЖИЗНЬ» №3 (99)

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

ватели нацио-нального агентства планируют создать самую холодную точку во Вселенной — лабораторию под названием Cold Atom Lab («Лаборатория холодного атома») и установить ее на Международной космической станции. Целью работы «атомного холодильника» является изучение свойств атомных газов при температуре 100 пикоКельвинов. При подобной температуре, которая лишь на одну десятимиллиардную градуса выше абсолютного нуля (-273,15°C), тепловое движение атомов полностью прекращается. Традиционные представления об агрегатном состоянии вещества — жидком, твердом или газообразном — уже не применимы. Возникает новая материя, подчиняющаяся законам квантовой механики. Объекты могут вести себя одновременно как частицы и как волны. При этом на одном и том же месте в пространстве могут находиться сразу два объекта. «Мы вступаем в область неведомого», — заявил научный руководитель проекта Роб Томпсон из Лаборатории реактивного движения. И под «областью неведомого» он, очевидно, имел в виду мир квантов, где вещество может быть в двух местах сразу, где объекты ведут себя одновременно и как частицы, и как волны и где все неопределенно: квантовое царство зиждется на вероятности. И как раз в этот мир стремятся проникнуть исследователи, используя Лабораторию холодного атома. В конце XX века ученые обнаружили, что несколько миллионов атомов химического элемента рубидия, охлажденные до температуры, близкой к абсолютному нулю, сливаются в единую волну материи. Этот же прием сработал и с натрием. А в 2001 году Эрик Корнелл и Карл Вьюман получили Нобелевскую премию вместе с Вольфгангом Кеттерлем за независимое открытие этих конденсатов, названных в честь ученых, предсказавших их существование еще в начале XX века, — Альберта Эйнштейна и Шатьендранате Бозе. При комнатной температуре атом средней массы имеет длину волны около 0,02 нм, что примерно в 10 раз меньше, чем физический размер атома. Расхождение в размерах объясняет, почему атомные газы по существу не проявляют квантовую природу при комнатной температуре. При температуре в 1 Кельвин длина волны для тех же атомов составляет около 0,3 нм — немного больше, чем разделение атомов в жидкости. И, действительно, мы можем наблюдать квантово-механический сверхтекучий гелий, появляющийся примерно при этой температуре. А вот при температуре в 1 пикоКельвин длина волны составляет примерно 0,3 мм. Это размер средней песчинки, то есть значительно больше классического размера атомов. Когда квантовые волны из отдельных атомов газа перекрывают друг друга, система начинает подчиняться квантовым законам. В случае, если атомный газ изготовлен из бозонов, ты получишь конденсат Бозе-Эйнштейна. Конденсат Бозе-Эйнштейна — это агрегатное состояние вещества, основу которого составляют бозоны, охлажденные до температур, близких к абсолютному нулю (меньше миллионной доли градуса выше абсолютного нуля). В таком сильно охлажденном состоянии достаточно большое число атомов оказывается в своих минимально возможных квантовых состояниях, и квантовые эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне. Если создать два таких конденсата и поместить их вместе, они не будут перемешиваться друг с другом, в отличие от обычного газа. Вместо этого, они могут «взаимопроникать», как волны: тонкие, параллельные слои материи, разделенные тонкими слоями пустого пространства. Атом из одного конденсата может соединяться с атомом из другого конденсата, в результате чего может получаться полное отсутствие атома. Космическая станция с ее слабым гравитационным полем — идеальное место для проведения данного исследования. Лаборатория на МКС позволит изучить эти объекты

при, возможно, самой низкой когда-либо известной температуре: 1 пикоКельвин — температура в триллион раз холоднее, чем созвездие «Бумеранг». «Атомный холодильник» также является местом, где исследователи могут смешивать суперхолодные атомные газы и наблюдать, что при этом происходит. Смеси различных типов атомов могут плавать вместе почти совершенно свободно без волнений, что позволяет сделать крайне сложные измерения очень слабых взаимодействий. Это может привести к открытию интересного и совершенно нового квантового феномена. Многие ученые считают, что эта лаборатория — открытая дверь в квантовый мир. Если температура будет достаточно низкой, ученые смогут собрать пакет с атомными волнами толщиной в человеческий волос. Таким образом, порождение квантовой микроскопической физики войдет в макроскопический мир. Установку лаборатории на МКС планируется провести в 2016 году. «Атомный холодильник» будет функционировать на орбите в течение пяти лет. Сейчас еще никто не знает, куда заведет это фундаментальное исследование пока непознанного. Существует вероятность получить ключи к природе пространства и времени, квантовой запутанности, принципу эквивалентности и другим вопросам, которые мы до сих пор пытаемся познать. А возможно, это будет такое сказочно сейчас звучащее практическое использование, как квантовые датчики, интерферометры волны материи и атомные лазеры. Ясно одно, мы вступаем в неизвестное. Текст: Светлана Епишева. Иллюстрация на странице слева: модель Cold Atom Lab, NASA. Иллюстрация внизу: чертеж охлаждающего модуля (тот же «атомный холодильник», только без магнитного щита). 1. Область охолождения 3D-лазером. 2. Оптомеханическая структура. 3. Оптические крепления. 4. Область охолождения 2D-лазером. Источник: coldatomlab.nasa.gov

4 2

ИСТОРИЯ ХОЛОДИЛЬНИКА

«УНИВЕРСИТЕТСКАЯ ЖИЗНЬ» №3 (99)

ЛЕДНИКОВЫЙ ПЕРИОД Добыв и укротив огонь, человек стал приручать холод. Получилось не сразу, но история создания и эволюции средств охолождения вышла довольно занимательной. На сегодняшний день никто точно не знает, когда и кому впервые пришла мысль о том, что многие продукты питания хранятся значительно дольше в охлажденном состоянии. Скорее всего, это произошло еще в древности. Наши доисторические предки уже тогда понимали, что продукты, находящиеся в тени деревьев, сохраняют свой первоначальный вид значительно дольше, нежели те, что румянятся под палящим солнцем. Разумеется, они не догадывались, что причина такого чудотворного влияния низкой температуры на продукты заключается в том, что холод замедляет скорость жизнедеятельности и размножения бактерий и других микроорганизмов, присутствующих в продуктах. А если температуру понизить сильно, то «жизнь» бакте-

рий можно вообще остановить. Не сложно догадаться, что со временем человеческая мысль находила более прогрессивные способы охолождения продуктов, чем тень. К примеру, в древней Индии сохранность запасов обеспечивалась способом, основанным на эффекте понижения температуры жидкости при испарении. Если заставить испаряться жидкость достаточно интенсивно, можно понизить температуру объекта ниже окружающего воздуха. Зная это, индийцы выставляли на ветер сосуд, обернутый влажной тканью. Конечно, эффективность столь примитивного способа невелика и значительного охлаждения с его помощью достичь невозможно. Кстати, полезно знать, что при смешении селитры

со льдом можно получить состав, способный охладить продукты или напитки до температуры значительно ниже нуля. Это открытие широко использовалось еще в XVI веке для охлаждения вина, получения ставших тогда популярными охлажденных напитков, соков и даже для приготовления мороженого. К сожалению, из-за сравнительно высокой стоимости этот способ не получил широкого распространения среди населения и не нашел коммерческого применения. Однако, несмотря на свою дороговизну, это открытие используется и сейчас в современных так называемых охлаждающих или гипотермических пакетах, которые используются врачами, учеными, туристами и спасателями при необходимости достичь быстрого охлаждения в полевых условиях. Эти пакеты представляют собой мягкие герметичные емкости с водой, внутри которых «плавает» капсула с аммиачной селитрой. При необходимости охлаждения капсулу просто разбивают, ударяя по пакету. Селитра растворяется в воде, и пакет охлаждается на 10-15°С. В 1748 году Уильям Каллен, профессор медицины университета Глазго, попытался использовать для охлаждения упоминавшееся выше явление охлаждения жидкости при интенсивном испарении. В отличие от индийцев он использовал не ветер и смоченную ткань, а диэтиловый эфир, кипящий в вакууме. Использование вакуума позволило понизить температуру кипения эфира ниже комнатной. В хитроумной установке Каллена эфир, испаряясь, в виде газа переходил в другую емкость, где, конденсируясь при

Как наши предки боролись за сохранность продуктов? Египтяне, в силу жаркого климата лишенные возможности запасать лед, использовали специальные сосуды с водой, охлаждавшиеся по ночам. Воздух в пустыне остывает быстро, и его температура ночью может падать почти до 0°С. Долгое время единственным доступным способом охлаждения продуктов было использование естественных источников холода — люди собирали в морозную погоду лед с рек и озер и набивали им погреба, а летом там сохраняли продукты. Данным приемом мудрые китайцы пользовались еще за тысячу лет до нашей эры. Так же поступали и многие другие древние цивилизации, например греки и римляне.

комнатной температуре, отдавал в атмосферу отобранное в холодильной камере теплоту. Таким образом, был сконструирован аппарат, показавший на практике возможность постоянной генерации холода в циклическом процессе. На основе данной технологии работает большинство современных бытовых холодильников. 1748 год можно считать годом рождения технологии искусственного охлаждения. К сожалению, практического применения в то время открытие искусственного охлаждения не нашло, оставшись только экспериментом. В то же время на другой стороне Атлантики американец Томас Мур представил мировой общественности прототип кухонного холодильника, который он соорудил своими руками. Причина пуститься в инженеры у него была довольно веская. Дело в том, что Мур был предпринимателем и занимался поставкой сливочного масла не куда-нибудь, а прямо в Вашингтон. Не имея возможности доставлять масло к месту назначения специальным транспортом, он разработал, а затем воплотил в жизнь модель, которая позволяла хранить продукты длительное время. Для изготовления рефрижератора, именно так предприниматель назвал свое изобретение (и именно так сейчас называют все холодильники в Америке), ему понадобились тонкие листы стали, из которых и была изготовлена емкость для масла. Обернутая шкурками кролика, служившими изоляционным материалом, емкость помещалась в специальную бадью, изготовленную из кедра, и затем засыпалась сверху льдом.

ЛЕДНИКОВЫЙ ПЕРИОД

В 1805 году американец Оливер Эванс, инженер, известный своими разработками в области совершенствования паровых двигателей, спроектировал охлаждающую установку, принцип действия которой был основан на эффекте, продемонстрированном Калленом. Хладагентом в установке должен был быть диэтиловый эфир. Чтобы создать простую и эффективно работающую холодильную машину, Эванс предлагал использовать замкнутый, позволяющий легко управлять процессом, компрессионный цикл: компрессор сжимает под давлением пары хладагента, повышая тем самым его температуру кипения и позволяя сконденсироваться в охлаждаемом воздухом конденсаторе. Из конденсатора через регулировочный вентиль хладагент попадает в вакуум-испаритель, где он закипает и испаряется, отбирая затрачиваемую на это теплоту в окружающей среде, и вновь всасывается компрессором в конденсатор. Таким образом, разницу давлений в испарителе и конденсаторе и, соответственно, температуру охлаждения, достигаемую в испарителе (а она зависит от глубины вакуума), можно регулировать, всего лишь открывая или закрывая регулировочный вентиль. Свою установку Эванс так и не построил. Первым человеком, воплотившим эти теоретические изыскания в жизнь, стал Джэйкоб Перкинс, в 1834 году создавший компрессионную установку, работавшую на эфире. Именно он получил первый в США патент на технологию искусственного охлаждения. Но ни аппарату Перкинса, ни компрессионному холодильнику на аммиаке немецкого инженера Карла фон Линде, изобретенному в 1873 году, не суждено было завоевать кухню из-за их громоздкости. С ростом городов и строительством многоквартирных домов нужен был

ИСТОРИЯ ХОЛОДИЛЬНИКА

компактный аппарат, дающий максимум холода и требующий минимума ухода, холодильник столь же надежный, сколь и простой. Ключ к проблеме в 1926 году отыскал датский инженер Кристиан Стинструп. Он создал модель, все составные части которой были помещены в небольшом шкафу. Холодильник Стинструпа был бесшумным, долговечным, безвредным и даже имел терморегулятор, который с небольшими вариациями используется и сейчас. Изобретение было настолько хорошо, что патент на него приобрела компания General Electric, а первый холодильник сошел с конвейера уже в 1927 году. Называлась машина Monitor-Top и вышла в количестве 1 миллиона экземпляров. Но все же холодильные машины оставались редкостью. Только к 1962 году холодильники получили широкое распространение в США, где их имели 98,3% семей, в Италии меньше 20%, а в СССР всего 5,3% семей могли позволить себе такую роскошь. В 1947 году General Electric первым выпустил двухкамерный холодильник с морозильной камерой в двухдверной комбинации — до этого морозильная камера занимала часть пространства холодильной. Еще одним значительным шагом в эволюции бытовых холодильников стала технология No Frost, позволяющая обходиться без регулярного размораживания холодильной камеры. Эта функция появилась в 50-е годы XX века и значительно упростила ипользование холодильника, а также снизила расход электроэнергии. Сегодня холодильник — это уже не роскошь, а обязательная часть нашего домашнего интерьера. Он имеется в каждом доме, у каждой семьи и служит на благо обществу, долгое время сохраняя продукты в превосходном состоянии.

В России с незапамятных времен для охолождения продуктов использовались так называемые ледники. Это были срубы, врытые в землю и укрытые толстым настилом, поверх которого была насыпана земля и дерн. Внутрь набивали большое количество снега и льда. Лед запасали весной, и летом он не таял. Вот как описан этот процесс в книге «Лето Господне» Ивана Шмелева: «Кончили возку льда. Зеленые его глыбы сияли на солнце радугой, синели к ночи». Первые холодильники появились в России только в 1901 году. Производились они на предприятии под названием «Первое Санкт-Петербургское ледовничество». В это же время в Москве была открыта фирма, производившая агрегат под названием «Эскимо». Данное устройство было изготовлено по принципу, предложенному Фердинандом Карре еще в 1858 году. Французский ученый придумал первую аммиачную абсорбционную холодильную машину. Несмотря на то, что изобретение было очень удачным, о нем забыли на несколько десятилетий и воплотилось оно лишь в начале XX века в «Эскимо». При своих больших габаритах, устройство не издавало громкого шума и было универсальным. Для работы необходимы были уголь, дрова, керосин или спирт. Один цикл работы «Эскимо» позволял получить 12 килограммов льда. Естественно, приобрести такую чудо-технику могли лишь зажиточные граждане, в том числе коммерсанты, которые торговали мороженым, рыбой, мясом и другими скоропортящимися продуктами. Первый бытовой холодильник изготовили уже во времена СССР, в 1939 году, на Харьковском тракторном заводе. Модель ХТЗ-120 работала на сернистом ангидриде, причем холодильный агрегат располагался в верхней части конструкции. До начала Великой Отечественной войны было выпущено несколько тысяч экземпляров данной модели. В 1951 году автозавод ЗИС выпустил известные до сих пор своей живучестью холодильники «Москва». В некоторых семьях они как раритеты стоят и по сию пору. Пытались в СССР выпускать и термоэлектрические холодильники. В качестве источника холода в этом виде оборудования используются термоэлектрические модули. При прохождении электрического тока одна сторона модуля нагревается, другая — охлаждается. Первые термоэлектрические холодильники с маркой «Морозко» стали поступать в торговлю в 1956 году. Их можно было устанавливать на полу, на столе и подвешивать на стене. Однако такие холодильники имели небольшой размер и проигрывали в экономичности другим типам холодильников, из-за чего не получили широкого распространения в бытовых холодильных машинах. Текст: Владимир Бригинец. Иллюстрация на странице слева: Юлия Хацько. Иллюстрация вверху: картина А.И. Мещерского «Зима. Ледокол», 1878 год. Коллекция Государственной Третьяковской галереи

БЕЗОПАСНОСТИ РАДИ КАК ЧЕЛОВЕК ПРИРУЧИЛ СНЕГ, ЛЕД И ПЛАМЯ Качество того, что мы едим, – одно из условий сохранения здоровья. И в последнее время все больше россиян становятся приверженцами концепции «здорового питания». Но неоспорим и другой тренд — люди все меньше и меньше времени уделяют непосредственно приготовлению пищи. SNOW MUST GO ON Голубоватый снег, густо окутывающий местность белоснежными снежинками, — одно из красивейших явлений зимнего пейзажа и верный признак приближения новогодних праздников. Однако он также может стать причиной головной боли коммунальных служб. Обильные метели негативно сказываются на работе транспортных систем и на состоянии дорог в целом. «Днем в Москве практически нереально убрать снег. Применятся ручной труд! Дорожные рабочие, которые на себе лопатами вытаскивают из-под машин выпавший снег», — рассказывает Владимир Остроухов, заместитель директора предприятия по строительству, ремонту и уборке дорог. Но когда дело касается особо сильных осадков, дорожные рабочие не в состоянии ликвидировать весь выпавший снег в кратчайшие сроки. Эта задача под силу снегоуборочным машинам, но в силу ежедневного плотного автомобильного потока в столице, спецтехника осуществляет работы только в ночное время суток. Тогда на помощь приходят противогололедные материалы. Только в Москве каждый год используется более 100 000 тонн реагентов самого худшего качества. Прежде чем начать обработку тротуаров и дорог реагентом, твердым или жидким, — не важно,необходимо провести натурные и лабораторные испытания, которые определяют его пригодность. Чаще всего опыты проводят в институте химических реактивов. Данные по каждой пробе реагента заносятся в специальные журналы.

Реагенты и факты В разные годы состав используемых в столице химических реагентов постоянно измененялся. 1930-1990 годы были эпохой безраздельного господства песко–соляной смеси. Решение, кажущееся вполне разумным, ведь под воздействием соли лед тает, а песок повышает показатель трения, снижая степень скольжения. Если бы не существенные недостатки: соль разъедает обувь и отрицательно влияет на почву, загрязняя ее, а наслоения песка весной, когда тает снег, сильно загрязняют город. Это и стало причиной дальнейшего поиска идеального реагента.

В 1995 году песок было решено исключить из песко–соляной смеси, поскольку он делает город грязнее. Однако от чистой технической соли разводов на обуви стало больше, почва засолялась быстрее, да и металлы от такой поверхности дороги коррозировали быстрее. В 2002 году на замену соли приходит хлористый магний. Впрочем, и он на окружающую среду влиял не лучше, поэтому и от него в 2007 году отказались, начав использовать жидкие и твердые реагенты на основе хлористого кальция. Расход данного реагента меньше, чем расход технической соли, при одинаковых исходных данных. Кроме того, для почвы этот реагент служит естественным удобрением. С 2011 года используются комбинированные реагенты на основе мраморного щебня или карбоната кальция, а также гранитный щебень.

Исследование твердых реагентов в испытательном центре института проводится по стандартной схеме. Сначала они попадают в установку под названием «пьяная бочка», внутри которой проба перемешивается, становясь однородной. Затем реагент отмывается обычной водой от нерастворимой части и вычисляется масса твердого вещества, в основном это мраморный щебень. Прежде чем отправить пробу на анализ, ее несколько раз просеивают и разделяют на фракции. Согласно размерам, самые крупные частицы не должны быть больше 1 сантиметра. В противном случае вся партия бракуется. Образцы, не забракованные по размеру, цвету или запаху, отправляются на испытания по другим показателям. Основные ингредиенты реагентов, применяемых в Москве, — хлорид кальция и хлорид натрия (известный как поваренная соль). Это доступный дешевый продукт. Долгое время вообще пользовались только хлористым натрием, делали песко-соляную смесь. Кстати, для загородных трасс она и сейчас рекомендована как основной компонент. «В чистом виде она, конечно, экологически неприемлема для города», — объясняет Константин Булатицкий, главный метролог НИИ химреактивов и чистых химических веществ. Требования к реагентам по экологическим критериям ужесточились. Экологи разработали целый список веществ, наличие которых в реагенте должно быть минимальным. В черный список вошли кадмий, свинец, мышьяк, ртуть, фтор и цинк. «Для определения экологических примесей в противогололедных реагентах используют атомно-эмиссионные методы с индуктивно связанной плазмой, а также масс-спектрометрию», — рассказывает Василий Ретивов, научный сотрудник НИИ химических реактивов и особо чистых химических веществ. Чувствительность такого оборудования позволяет определить даже миллиардные доли примесей в составе, а на анализ уходит всего три минуты. Не менее важной процедурой является анализ реагента на радиактивность, который осуществляется при помощи гамма-радиометра. Это устройство сделано из свинца, чтобы не допустить влияние естественной радиации, которая присутствует в воздухе. Данные анализа выводятся на экран. Заметим, что все эти методы являются физическими. После лабораторных испытаний проводятся пробные тестирования вещества на эффективность. «Смысл применения противогололедных реагентов не в том, чтобы превратить весь снег в воду. Задача — расплавить 30% снега. После этого снег превращается в кашу, перемешивается колесами автотранспорта и уже не создает скользящего катка», — поясняет Константин Булатицкий. Так реагенты делают дорогу безопасной, а оснащение всей техники программой «Глонасс» позволяет в умеренных количествах использовать реагентные смеси, не нанося вреда окружающей среде и изделиям. ОГОНЬ, КОСТЮМ И АЛЮМИНИЙ Приручив огонь, человек все еще иногда использует его неразумно. Часто это приводит к пожарам, забирающим человеческие жизни и беспощадно уничтожаю-

Противообледенительная жидкость — еще одно важное вещество в борьбе с воздействием холода, особенно в небе. В 2010 году была создананоструктура, обладающая невероятными водоотталкивающими свойствами, за счет чего она попросту неспособна обледенеть. Главным источником вдохновения для ученых стали никогда не смачива-

ющиеся водой ножки водомерок: они покрыты множеством тончайших волосков, кончик каждого из которых слишком мал, чтобы создать достаточную площадь поверхности для оседания капельки воды. Поверхность структуры имеет свои наноразмерные щетинки. Капля разлетается от удара, но затем стягивается обратно в почти ровную сферу и, не

щим все вокруг. Как спасать человека в подобной ситуации, не рискуя собственной жизнью? И может ли человек работать при 100°С? Несмотря на то, что человек считается венцом эволции, мы, в отличие от животных, не слишком-то хорошо приспособлены к таким внешним факторам воздействия, как высокие и низкие температуры. Максимальный диапазон, в котором человек может существовать без одежды и специальной подготовки, — 20-30°С. В случае получения ожога нарушается целостность оболочки, которая защищает организм человека от окружающего мира, и происходит кровотечение. «Просто–напросто выделяется плазма — жидкая часть крови. Соответственно, по мере потери плазмы нарушается гемодинамика. Но это одна сторона вопроса, другая, конечно, связана с болевой реакцией», — поясняет Андрей Алексеев, руководитель ожогового центра Института хирургии им. А. Вишневского. По мере болевого раздражения органы начинают давать сбои, человек переходит в состояние ожогового шока. «В таких ситуациях могут развиваться необратимые изменения внутренних органов, которые в итоге могут закончиться летальным исходом», — продолжает Андрей Алексеев. В более легких случаях у нашего организма есть мощное средство защиты — дериваты (сальные железы, волосяные фолликулы и прочие подкожные резервы). В случае повреждения верхних слоев из них формируется эпидермис, то есть весь верхний слой кожи. Однако у человека есть еще и главное оружие — интеллект. Приложив определенные умественные усилия, он создает изделия, способные защитить его хрупкий организм от внешних воздействий. Особенно остро вопрос термозащиты стоит тогда, когда на кону не одна жизнь. Работа при экстремально высоких температурах, в условиях открытого огня становится возможной благодаря новейшим разработкам ученых. Таким, как термоманекен, с помощью которого специалисты службы пожарной охраны способны точно выяснить, смогут ли их костюмы защитить от страшного огненного смерча. Эксперименты показывают, при нахождении в центре пламени в течение 30 секунд температура внутри костюма остается ниже 36°С. Получается, человек не только не сгорит, но даже ничего не почувствует. Залог успеха — герметичность костюма. Пламя не должно попасть внутрь. «Как говорится в пословице, вода дырочку найдет. То же самое с пламенем: если где-то в конструкции есть какой-то дефект, пламя обязательно проникнет в костюмное пространство и нанесет ущерб здоровью

имея достаточно контакта с поверхностью, сваливается прочь. Как это происходит на обычной ровной поверхности, всем извест-

но: вода собирается в полусферы, которые, надолго оставаясь на поверхности, постепенно заледеневают. По материалам phisics.org

человека, то есть человек может получить ожог», — поясняет Владимир Логинов, заместитель начальника НИЦ ВНИИПО. Для создания термоманекена используется особая ткань из кремнеземных нитей, способная защитить от высоких температур. Она сохраняет свои свойства до 1200°С. Костюмы сделаны из нескольких слоев ткани с воздушными прослойками между ними. А поверхность костюма равномерно покрыта тонким слоем металлического сплава. «Если частицы алюминия нанесены поверх всех покрытий и сами не закрыты полимерными слоями, в инфракрасной области можно добиться отражения примерно до 95% тепловой энергии», — поясняет Валентин Горленков, начальник отдела средств индивидуальной защиты НИИЭМИ. Если все сделать правильно, только 5% теплоты смогут проникнуть через верхний защитный слой костюма. Для этого придется поместить ткань в ионно-плазменную печь. «У атомов аргона достаточно большая масса, и поэтому они, попадая на поверхность алюминиевой мишени, выбивают ионы алюминия, которые, в свою очередь, бомбордируют поверхность материала и закрепляются на ней», — описывает процесс напыления ткани алюминием Валентин Горленков. «На получение металлизированной ткани в сумме уходит 2 часа», — рассказывает Сергей Копецкий, начальник участка вакуумных технологий НИИЭМИ. Готовую металлизированную ткань необходимо испытать на качество алюминиевого напыления. Оно считается удовлетворяющим всем стандартам, если нить не сгорает при пропускании через нее электрического тока с напряжением в 20 000 вольт. Обморожение, как и ожог, может иметь печальные последствия, но, в отличие от ожога, его можно сразу и не заметить. «Охлаждение распространяется по сосудистым нервным волокнам, пучкам. Казалось, только палец отморожен, а на самом деле по сосудистому нервному пучку холод проник в более дальние отделы, ближе к сердцу», — объясняет Андрей Алексеев. Получить обморожение можно даже при плюсовой температуре — в случае сильного ветра и высокой влажности. Они усиливают теплоотдачу и ухудшают теплоизолирующие свойства одежды. Экспериментально доказано, что наиболее теплосберегающей одеждой является костюм нефтяников и зимние пуховики, пропускающие минимальное количество холодного воздуха. А меха, напротив, являются самым холодным видом «термоодежды». ВИКТОРИЯ МАЛЕВАННАЯ, ЮЛИЯ ХАЦЬКО, корреспонденты «УЖа». Фото: BLOG.TIMESUNION.COM

ТЕХНОЛОГИИ ХОЛОДА

КАКОВО

Текст: АННА ЗОТОВА по материалам bbc.ru, kp.ru и esquire.ru Фото: ESQUIRE

КАКОВО ЭТО – БЫТЬ СОСЕДОМ БЕЛОМУ МЕДВЕДЮ Говоря о холодильных технологиях, мы не могли не затронуть тему самых холодных мест на Земле — Южного и Северного полюсов.

Когда население Земли переваливает за 7 миллиардов, становится трудно найти место, где можно побыть наедине с самим собой. Да, планета населена неравномерно: в мегаполисах бывает сложно пройти по улице, не задев плечом прохожего, а в глухой деревне за весь день не встретишь ни души. Но есть место, вернее два, где искусственно созданное одиночество — не цель, а вынужденная мера. Плотность населения там самая незначительная на нашей планете, а постоянного населения нет вовсе. Эти два места — северный и южный полюсы нашей планеты. Профессия полярника почти так же таинственна и притягательна, как профессия космонавта. Слово «про-

фессия» в обоих случаях звучит глуповато — это, скорее, призвание или мечта, но никак не профессия, хоть на станциях и трудятся сплошь научные работники. Вечный холод, нехватка воздуха, полярная ночь и северное сияние, белые медведи или пингвины, огромные ледники и до боли в глазах белоснежный снег — вот что такое работа на Северном и Южном полюсах. В Северном полушарии полярные (арктические) станции находятся севернее Полярного круга, а в Южном практически все за редким исключением антарктические станции — южнее 60° южной широты. Когда мы слышим о полярниках, на ум приходит образ, засевший в наших головах с самого детства — здоровые 20

бородатые мужчины с добродушной улыбкой, одетые в уютные свитера и теплые куртки. Кажется, что посреди бесконечного снежного простора единственным источником тепла становится душа того самого полярника. Ведь на огромном куске льда, где вокруг на сотни километров нет никого, кроме белых медведей, трудно не быть романтиком. Верен ли этот образ? Мы думаем, что да. Во всяком случае, часть про романтику. В отличие от Арктики, которую никто не открывал специально, Антарктиду имели честь открыть наши российские исследователи — Беллинсгаузен и Лазарев, обогнувшие Антарктиду в 1820 году на парусных шлюпах «Восток» и «Мирный». В честь именно этих

ТЕХНОЛОГИИ ХОЛОДА «УНИВЕРСИТЕТСКАЯ ЖИЗНЬ» №3 (99)

судов и были названы первые две антарктические станции — «Мирный» (1956 год) и «Восток–1», сооруженная год спустя в 620 километрах от первой базы. Однако уже через пару месяцев станция была закрыта. Все оборудование перевезли еще дальше вглубь континента. Там и по сей день находится известная станция «Восток», открытая 16 декабря 1957 года. Хоть «Мирный» и открыли на год раньше, именно «Восток» стала знаменитой на весь мир сначала советской, а затем российской антарктической станцией. Это во многом объясняется предельно низкими температурами, зафиксированными в 1983 году, — минус 89,2°C. «В то время я находился на дрейфующей станции «Северный полюс» в Северном Ледовитом океане, начальником которой был Василий Сидоров, — рассказывает бывший начальник антарктической станции «Комсомольская» Лев Саватюгин. — Первая самая низкая температура, −87°С, была зафиксирована как раз при нем. А уже в 1983 году на «Востоке», при Арнольде Будрецком в качестве начальника станции, было зафиксировано −89.2°С. Я помню, что он прислал телеграмму Сидорову прямо на нашу дрейфующую станцию. В ней было написано: «Все, друг Вася. Я побил твой рекорд холода. Теперь у меня −89.2°С». Так вот они соревновались». Конечно, такая температура была сенсацией. Хотя в настоящее время ученые убеждены, что температуры, возможно, падают и до −90°С. Китайцы сейчас открыли станцию «Купол А» в Антарктиде, выше станции «Восток». Возможно, полюс холода будет как раз в той точке — высота там четыре с половиной километра и довольно далеко от берега, поэтому теплые циклонные массы редко туда добираются. Но пока рекорд «Востока» побит лишь однажды: в декабре 2013 года на японской станции «Купол Фудзи» зафиксировали −91,2°C. В настоящее время на внутриконтинентальной антарктической научной станции «Восток» проводятся аэрометеорологические, геофизические, гляциологические и медицинские исследования, изучаются «озоновые дыры» и свойства материалов в условиях низких температур. На глубине трех километров прямо под станцией было обнаружено крупнейшее в Антарктиде подледное озеро, получившее то же имя — «Восток». Место, где расположена станция, является одним из самых суровых с погодной точки зрения. Средняя температура

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

самых теплых месяцев — декабря и января — ниже −30°C, что эквивалентно холодной сибирской зиме. Средняя температура самого холодного месяца — августа — составляет −70°C. Осадков почти не выпадает, но станция расположена на высоте 3488 метров над уровнем моря, что вызывает у всех ее работников острую нехватку кислорода.

ДАЖЕ ДЛЯ ТЕХ, КТО ЧУВСТВУЕТ СЕБЯ НЕПЛОХО, БЫСТРО ХОДИТЬ И ПОДНИМАТЬ ТЯЖЕСТИ ПОЧТИ НЕВОЗМОЖНО: ПОЯВЛЯЕТСЯ ОДЫШКА И ТЕМНЕЕТ В ГЛАЗАХ «На станции «Восток» человек не живет — он медленно умирает», — делится своими впечатлениями Сергей Бушманов, геофизик, член российской антарктической экспедиции на станцию «Восток» 2009-2011 годов. Полярники проводят на станции от 6 месяцев до нескольких лет, и часть этого времени уходит на мучительную акклиматизацию. Проблемы начинаются сразу же. Кислорода в воздухе над Южным полюсом столько же, сколько на высоте 5 километров в средних широтах. «Я видел, как человеку стало плохо через несколько минут после прилета. Если бы его не эвакуировали вовремя, то отек легких через несколько суток привел бы к смерти от гипоксии», — продолжает Сергей Бушманов. Акклиматизация может длиться от одной недели до двух месяцев. Все это время верными спутниками полярников становится тошнота, головокружение, боль в ушах, резкое повышение давления и мелькание в глазах, иногда это сопровождается носовым кровотечением, чувством удушья и сильной болью в суставах и мышцах. Даже для тех, кто чувствует себя неплохо, быстро ходить и поднимать тяжести почти невозможно: появляется одышка и темнеет в глазах. Резко поднявшись со стула, можно просто упасть от головокружения. У многих наблюдается 21

понижение аппетита, еда просто сразу просится наружу. Обычно люди теряют до 5-10 килограммов веса за первый месяц на «Востоке». Кроме того, полярники очень устают от апноэ — остановки дыхания во время сна. При этом самолеты летают на «Восток» только с середины декабря по начало февраля — в другое время они просто не могут приземлиться, полозья примерзают ко льду. «Можно еще идти санно-гусеничным поездом из станции «Мирный». — рассказывает Лев Саватюгин. — Поход занимает полтора месяца, поэтому человек постепенно привыкает и к холоду, и к высоте. И на «Восток» прибывает похудевший, спортивный, но, как правило, без горной болезни». В остальное время никакая техника добраться туда не может, и, если что-то случится, помочь будет просто некому. Дома на полярных станциях чаще всего окрашены в яркие цвета — оранжевый, красный, желтый, — чтобы их было возможно разглядеть на белом фоне. Внешне они совсем не похожи на обычные дома, скорее, на строительные бытовки. Делают такие постройки из утепленных панелей. В каждом домике есть две комнаты, в которых живут 1-2 человека. Многие дома полностью занесены снегом. Так, жилое здание станции «Восток» находится под двухметровым сугробом. Дневного света внутри не бывает. А наружу можно выйти через два выхода — основной и запасный. Основной выход — это дверь, сразу за которой в снегу прорыт 50-метровый тоннель. Запасный выход короткий и представляет собой крутую лестницу на поверхность снежного покрова над зданием станции. «Во время зимовки моя работа предполагала каждодневные выходы на открытый воздух — нужно было подняться на поверхность через запасный выход и пройти примерно 400 метров до небольшого домика, где располагались основные приборы и датчики. Всякий раз сначала надеваешь верхнюю одежду — пуховую куртку, теплые брюки, шерстяные перчатки, меховые варежки, валенки, маску на лицо. Надо было все это основательно застегнуть, заправить и потом навешивать на себя фонари, рюкзак с термосом, инструментами и ноутбуком. Порой надо было совершать такие экспедиции по нескольку раз в день. Но такие дни и проходили быстрее», — рассказывает Сергей Бушманов. Интересно то, что температура во внутренних помещениях станции не

ТЕХНОЛОГИИ ХОЛОДА

КАКОВО

внутренних помещениях станции не поднимается выше 15 градусов тепла, а в течение двух самых холодных месяцев — июля и августа — может опускаться до +5°С. В эти месяцы основной досуг сводится к физкультуре. Движение — это тепло, а значит — жизнь. В обычной жизни вокруг нас почти всегда есть какие-то насекомые — комары, бабочки, мошкара. На «Востоке» ничего нет. Даже микроорганизмов. «Но со мной иногда случались галлюцинации: казалось, рядом пролетела муха или пчела», — говорит Сергей Бушманов. Вода на станции — из окружающего снега. В ней нет солей и минералов, так что первое время не проходит постоянное ощущение жажды. Как известно, ученые давно бурят скважину к озеру Восток. В январе 2011 года на глубине 3540 метров начался другой лед, намерзший снизу, — замерзшая вода озера. «Она чистая и недурна на вкус — можно смело кипятить и заваривать чай. Никаких неизвестных форм жизни, о которых предостерегают некоторые ученые, я в том чае не заметил», — продолжает рассказ Сергей. Надо сказать, у обитателей станции много работы. В их обязанности входят комплексные исследования в области ледоведения (физики и динамики льдов), океанологии, метеороло-

БЫТЬ СОСЕДОМ БЕЛОМУ МЕДВЕДЮ

гии, гидрохимии, аэрологии, гидро- и геофизики, а также в области биологии моря. Полярники проводят работу по измерению глубины океана и высоты снежного покрова, наблюдают за погодой, мерят температуру воды и берут ее пробы на анализ. Также проводятся магнитные, ионосферные, ледовые и многие другие наблюдения. Выходить на улицу приходится несколько раз в день, и каждый раз необходимо надеть три слоя одежды. Пуховую куртку, теплые брюки, шерстяные перчатки, меховые варежки, утепленные валенки, маску на лицо — все это застегнуть, заправить, потом навешать на себя рюкзак с термосом, фонари и необходимые инструменты. Выходя на улицу, каждый обязан сообщить об этом дежурному. В лютый мороз перемещаться по станции в одиночку категорически запрещено, только с напарником. Но интересно, кстати, что при −58°C к обычному звуку выдыхаемого воздуха примешивается несильное шипение. Если разговаривать при такой температуре, то многие согласные становятся шипящими — например, вместо «свист» получается «швишт». Эффект связан с тем, что выдыхаемый углекислый газ при такой низкой температуре начинает кристаллизоваться. А в июле температура воздуха опускается до рекордно низких отметок — до −80°C и ниже. «Такой мороз 22

— это зверь. Ты за пару минут успеваешь остыть от тепла жилого помещения, а потом мороз впивается в лицо, колени, в пальцы рук и ног, вгрызаясь вплоть до самой сердцевины костей. Не спасают даже постоянное движение и самая теплая одежда», — делится ощущениями Сергей Бушманов. Смерть при такой температуре, даже при условии, что ты все время двигаешься, наступает через 6–8 часов. Без защитной маски — специального чулка с отверстиями для глаз — дышать нельзя, так как мгновенно белеют и обмораживаются нос и губы. «Сквозь маску тоже не очень получается — от дыхания на ней образуется корка льда, состоящая из замерзшего углекислого газа и водяного пара, дышать через которую весьма затруднительно», — сетует Сергей. Что касается обуви — как показала практика, оптимальная обувь для температуры −82°С — обычные валенки. Лучше, чтобы подошва валенок была дополнительно подшита еще одним слоем войлока. Во время сильных буранов передвигаться по станции становится не просто трудно, а крайне опасно. Но бураны могут длиться не один день, а останавливать работу накладно. Для того чтобы решить эту проблему, предусмотрены специальные натянутые тросы, чтобы держаться за них в сильный ветер или в темноте.

ТЕХНОЛОГИИ ХОЛОДА «УНИВЕРСИТЕТСКАЯ ЖИЗНЬ» №3 (99)

В основном, к концу зимовки все узнают почти всё друг про друга — биографию, домашние дела, слабости, сильные стороны. Все становятся совершенно проверенными. Бывают, правда, люди, которые не уживаются в коллективе. Бывает, что на полюсе люди с ума сходят и жизнь кончают самоубийством — нервы не выдерживают. Риску особенно подвержены люди, первый раз отправляющиеся на полюс, внушая себе, что вернутся героем. И когда на них обрушиваются такие зимние дела, как постройка туалета, вывоз мусора и другая не слишком-то «геройская» работа, они разочаровываются. «Как и в любом другом коллективе, особенно небольшом — а нас на станции было 13 человек, — возникали конфликты», — рассказывает Сергей Бушманов. — Сначала это были какие-то незначительные интрижки. Некоторые перерастали в серьезные ссоры на месяцы. Образовывались «кружки», шли разговоры о том, что Иванов сделал Петрову, а Петров — глупый трус — повел себя не как мужчина и не ударил Иванова. Потом этот разго-вор в искаженном виде доходил до Петрова, он решал не быть больше трусом и в другой раз бил Иванова». «Три фигуры, определяющие психологический климат на станции, — это начальник, повар и врач (обычно на станции два врача — хирург и анестезиолог-терапевт), — объясняет Лев Саватюгин. — При этом от повара зависит больше, чем от врача. Один повар может каждому ко дню рождения сделать персональный, красивый торт, а другой скажет «с какой стати»? Один повар сварит мутный куриный бульон, просто бросит туда курицу и сварит (конечно, все придут и съедят — другого выбора нет), а другой сделает хороший чистый бульон, и видно, что человек работает с душой, что человек старается для людей». Действительно, работники станции такие же люди, как и мы с вами и им тоже необходимо отдыхать. Для этого в жилом здании есть кают-компания, где стоит бильярдный стол, висит телевизор, есть настольные игры и интернет. С приходом современных технологий на полюса, полярники перестают быть оторванными от всего мира и вполне могут общаться по скайпу с родными, читать новости и смотреть фильмы. Существуют, правда, и другие способы провести досуг на полярной станции. «Каждую неделю паримся в русской бане с парилкой и вениками. Их туда привозят, — рассказывает Лев Саватюгин. — В бане на станции «Молодежная», которая до

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

недавнего времени была центром исследований российской антарктической экспедиции, поместится человек 20, на станции «Комсомольская» — только один человек, поэтому все бегают по очереди. А вот баня станции «Восток» рассчитана на 3–5 человек. Есть четкий план — кто, когда и на сколько времени идет в баню. Конечно, хочется подольше, но не позволяет проблема с электричеством, и даже со снегом. Снега много вокруг станции, но его надо выпилить, принести в баню, растопить, нагреть. На это все уходит время».

ТРИ ФИГУРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПСИХОЛОГИЧЕСКИЙ КЛИМАТ НА СТАНЦИИ, — ЭТО НАЧАЛЬНИК, ПОВАР И ВРАЧ. ПРИ ЭТОМ ОТ ПОВАРА ЗАВИСИТ БОЛЬШЕ, ЧЕМ ОТ ВРАЧА Кроме того, везде отмечают день рождения станции. Еще у полярников большой праздник — середина зимовки, 22 июня, когда встает солнце и кончается полярная ночь. На некоторых станциях есть уж совсем экзотические для таких широт заведения. Например, на исследовательской станции Амундсена—Скотта есть бар — наверное, самый труднодоступный бар на Земле — под названием «90 градусов ю.ш.». В нем шесть барных стульев, несколько столиков и диванов, бильярдный стол, телевизор и музыка. «Я с детства хотел побывать в Антарктике. Но решился только после того, как меня окончательно достала работа в Кремниевой долине. Однажды, после особенно неудачного рабочего дня, я подумал: «Куда бы подальше удрать отсюда?» К моему удовлетворению, я быстро нашел в интернете вакансии. И мне удалось убедить нужных людей, что именно я должен следить за жидким азотом и гелием, которые охлаждают радиотелескопы на станции Амундсена—Скотта, расположенной прямо на Южном полюсе, — рассказывает Филипп Бротон, специалист по радиационной безопасности. — Однажды в субботу, 23

вскоре после моего приезда, я зашел в бар и сел на единственное свободное место за стойкой. Кто-то попросил: «Эй, можешь пива налить?» — «Я, что, похож на бармена?» — «Ну ты же за баром. Умеешь чего-нибудь смешивать?» Мне было 26 лет, и на вечеринках я научился нескольким приемам. «Вообще-то да», — ответил я. И провел там остаток года. По праздникам я совмещал новую роль со своей основной работой, подавая коктейли, которые называл «криогенными». Первый я сделал для своего начальника. Он попросил мартини. Я добавил немного азота, сдул туман и вычерпнул плававший лед, подняв градус коктейля где-то до 65. Выпив, начальник исчез, а затем вернулся с кучкой шведских ученых. «Сделай им то же, что мне», — попросил он. Любой человек, нанимающийся на станцию, практически наверняка пытается от чего-нибудь убежать. На краю света я видел многих, кому бежать дальше было некуда. Уходить из бара последним стало для меня делом чести. И часто я обнаруживал себя подливающим виски, стакан за стаканом, кому-то из завсегдатаев. Я научился вычислять признаки того, что сейчас человек, скорее всего, отправится бродить в антарктическую ночь, и слышал кучу историй про людей, которые возвращались на базу с переохлаждением и обморожением. Мне представлялось, что прийти в себя от алкогольного отравления проще, чем отрастить утраченную конечность, и я чувствовал себя спокойно, только когда все были под моим наблюдением, даже если ради этого надо было позволить им вырубиться в баре на диване. Прошло 10 лет. Я работаю в Калифорнии, в Университете Беркли, но до сих пор люблю смешивать коктейли. Жидкий азот — мой любимый ингредиент. И если будет возможность, я завтра же поеду назад. Еще разок посмотреть на полярное сияние со стаканом в руках — от такого не отказываются». «И еще интересная вещь: при сильном холоде проявляется запах, которым пропитана вся континентальная Антарктида, — делится воспоминаниями Сергей Бушманов. — Запах этот едва уловим, и обычно на него не обращаешь внимания — настолько он слабый и незаметный. Но тогда, при −82°С, я ощутил его. Какое-то время пытался найти сравнение, потом сдался. А после, когда уже прошли сильные холода, я вдруг понял, что это за запах. Я бы назвал его «карамельная ваниль».

КРИОГЕНИКА И КРИОЛОГИЯ

«УНИВЕРСИТЕТСКАЯ ЖИЗНЬ» №3 (99)

КРИО-ТИВНЫЕ НАУКИ Глубокий холод обладает удивительными свойствами, способными изменять структуру самых обычных вещей, предметов и материалов. Изучением этих метаморфоз занимается специальный раздел физики низких температур — криогеника. О ней и о том, с чем ее постоянно путают, — в нашей статье. ЗАМЕТКИ НА ПОЛЯХ: 1. Вязкость (внутреннее трение) — свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Механизм внутреннего трения в жидкостях и газах заключается в том, что хаотически движущиеся молекулы переносят импульс из одного слоя в другой. 2. International Institute of Refregeration — международная межправительственная организация, созданная с целью широкого обмена опытом, научными достижениями и информацией в области искусственного охлаждения. В организацию входят 60 стран. Россия является участницей с самого первого конгресса по холоду, прошедшего в 1908 году в Париже. Официальный сайт: iifiir.org 3. В то же время, Национальный институт стандартов и технологий США предложил считать криогенными температуры ниже 93.15 K (−180 °C). Логика такого разделения в том, что температуры кипения так называемых «постоянных» газов (permanent gases) — гелия, азота, водорода, кислорода и неона — находятся ниже этой отметки. А вот фреоны и другие популярные хладагенты закипают при более высоких температурах.

В начале XX века человечество выяснило, что некоторые материалы очень странно ведут себя, если их охладить. Например, жидкий гелий, охлажденный до 2,17 К, ведет себя так, словно свойство вязкости ему и вовсе не присуще1. В связи с этим его теплопроводность резко возрастает, и вот уже обычый гелий становится проводником в несколько сотен раз лучше, чем медь или серебро. А некоторые металлы в условиях низких температур обретают свойства сверхпроводников — они теряют всякое сопротивление электрическому току. Эти и другие уникальные свойства, которыми привычные нам вещества обязаны холоду, изучаются специальным разделом физики — криогеникой. Слово «криогеника» в переводе с греческого в буквальном смысле означает «производство холода». Данный раздел физики изучает свойства различных веществ в условиях крайне низких температур. Насколько низких — до сих пор вопрос спорный, хотя большинство исследователей склоняется к параметрам, принятым в 1971 году Международной академией холода2. Согласно рекомендации данного научного института, «криогенными» стоит считать температуры ниже 123 K или -150 °C (температура конденсации природного газа), но выше 0,7 K (температура получения жидкого гелия под вакуумом). Все температуры ниже 0,3 K — это область сверхнизких температур, для получения которых используются специальные методы охлаждения3. Криогеника, как и любая современная эффективная и развивающаяся отрасль науки и техники, нуждается в постоянном уточнении терминологии. В настоящее время за рубежом под данным термином понимают скорее не отрасль знания, а аппаратно-методические средства работы в условиях низких температур и практическое приминение криогенных технологий и продуктов. А применение это — самое широкое. Своим расцветом криогеника во многом обязана Второй мировой войне. Именно тогда начались эксперименты по улучшению свойств металлов и сплавов, в ходе которых был открыт эффект криогенного уплотнения. Его суть состоит в том, криогенная обработка значительно улучшает качество металлов (в том числе и сплавов) — повышает их износостойкость, твердость, механические и режущие свойства. Первая компания, специализировавшаяся на криогенном уплотнении в промышленных масштабах, — «КриоТек» — была основана в Детройте в 1966 году Эдом Бушем, до этого исследовавшим тепловую обработку4. Применение жидких криопродуктов в больших масштабах впервые стало осуществляться в ракетно-космической технике. Как в нашей стране, так и за рубежом разрабатывается большое количество спутниковых систем на околоземные орбиты — от 200 до 3000 км. Это глобальные системы, включающие в себя десятки и сотни космических аппаратов различного назначения. Перед запуском эти аппараты должны пройти тесты и полную отработку в камерах, имитирующих космическое пространство5. И здесь не обойтись без таких криопродуктов, как жидкий гелий и жидкий азот. Имитация «черного» холодного космоса обеспечи-

КРИО-ТИВНЫЕ НАУКИ

КРИОГЕНИКА И КРИОЛОГИЯ

вается криоконденсационным насосом, панели которого полностью закрывают внутреннюю поверхность камеры. По каналам насоса циркулирует гелий при температуре 10 К, а по защитным экранам циркулирует жидкий азот, воспринимая основную тепловую нагрузку. Кроме того, в ракетах, построенных для советской космической программы Сергеем Королевым, в ракетном топливе в качестве окислителя6 использовался жидкий кислород. Роль горючего вначале играл РП-1 керосин, некриогенного–углеводород, но затем и его заменили на криогенный продукт — водород. Это позволило нашей стране создавать конкурентоспособные ракетные двигатели с высокой удельной тягой, практически не наносящие ущера окружающей среде7. Чуть позже НАСА тоже начало использовать криогенное водороднокислородное топливо в качестве основного средства доставки шатлов на орбиту. В 1990-х годах русский авиаконструктор Туполев разработал версию своего популярного самолета Ту-154 с криогенной топливной системой. Модель стала известна как Ту-155. Самолет, использовавший топливо из сжиженного природного газа (СПГ), совершил свой первый полет в 1989 году. Физика низких температур на современном этапе ее развития связана, в первую очередь, с криоэлектроникой, калорическими эффектами8, сверхпроводимостью, а также с технологиями, связанными с промышленными газами. Криоэлектроника сегодня — одна из самых перспективных отраслей науки и техники. Область интересов этого подраздела криогеники распространяется на сверхчувствительные магнетометры и вольтметры, системы охлаждения мощных лазеров, системы жизнеобеспечения (вентиляция и кондиционирование), новые холодильные и криогенные циклы на смесях (нефреоновые системы производства холода), генераторы, трансформаторы, магниты для термоядерного синтеза и ускорителей. С криоэлектроникой непосредственно связана и тема сверхпроводников и сверхпроводящих магнитов. Сверхпроводимость играет важную роль в современных системах трансформации, передачи и распределения энергии, включающих в себя кабели, трансформаторы, генераторы и накопители — и в каждом из этих звеньев свое применение находят криотехнологии. Сверхпроводники, являясь незаменимыми элементами сенсоров, подводных кабелей и магнитных подъемников, обеспечили возможность исследования океана и космоса. Получение и сжижение сверхчистых промышленных газов, их хранение и транспортировка являются предметом экономических интересов многих стран мира. Газы в жидком состоянии занимают намного меньше места, чем в собственно газообразном. Это сильно упрощает и удешевляет их транспортировку и хранение. Получать подобные газы можно только при температуре ниже –150°С, тогда молекулы постепенно теряют энергию и расстояние между ними сокращается, вещество становится более плотным и уменьшается в объеме. Если понизить температуру до критической для определенного вещества, его агрегатное состояние изменится. К примеру, азот переходит в жидкое состояние при –200°С. Примечательно, что сырьем для производства жидких газов чаще всего является обычный атмосферный воздух. Процесс производства происходит в нескольких этапов. «Вначале воздух необходимо очистить от механических загрязнений, таких как: пыль, перья птиц, трава», — рассказывает Екатерина Кебал, специалист компании по производству промышленных газов. — Поэтому на первом и втором этапах процесса воздух проходит через стандартные фильтры воздухозаборника, а затем через специальные тонкие фильтры, которые очищают его даже от мелких частиц пыли». После этого воздух разделяется на нужные фракции в машинном цехе. «Воздушные компрессоры служат для сжатия воздуха. Каждый компрессор состоит из четырех степеней, которые последовательно сжимают воздух до 20 атмосфер», — объясняет Владислав Герасименко, начальник службы технического обслужи-

ЗАМЕТКИ НА ПОЛЯХ:

4. Компания CryoTech существует и по сей день и даже успела стать международной корпорацией. Официальный сайт: cryotech.com 5. Для имитации космоса необходимо моделировать: глубокий стерильный вакуум; черное, холодное космическое пространство, исключающее возврат молекул к элементам аппарата; излучение Солнца и планет

6. Ракетное топливо делится на окислитель и горючее.

7. В Советском Союзе до его распада в год производилось 40 млрд м3 кислорода и 18 млрд м3 азота, что соответственно в 2 и 1,5 раза больше их производства в США. По совокупности выполненных работ в 1978 году П.Л. Капице была присуждена Нобелевская премия «за фундаментальные изобретения и открытия в области физики низких температур».

8. В общем виде эти эффекты связаны с изменением энтропии и температуры термодинамической системы при изменении обобщенных внешних полей (электрического, магнитного и механических напряжений) соответственно в изотермическом и адиабатном процессах.

КРИО-ТИВНЫЕ НАУКИ

ЗАМЕТКИ НА ПОЛЯХ: 9. Приборы, использующие эффект ядерного магнитного резонанса (ЯМР), дают много возможностей определять химическое строение веществ, конформации молекул, эффекты взаимного влияния, внутримолекулярные превращения. В медицинских исследованиях используют ЯМРспектроскопию. В частности, так называемая ЯМР спектроскопия белков становится очень важной техникой в современной биологии и медицине. Общей задачей является получение трехмерной структуры белка в высоком разрешении, подобно изображениям, получаемым в рентгеновской кристаллографии.

10. Один из ведущих отечественных ученых–криогенщиков А.М. Архаров в своем анализе состояния криогеники в стране на рубеже XX–XXI веков отметил еще несколько технологий, связанных с промышленными газами. К ним можно отнести: системы кислородного обеспечения летательных, подводных и космических аппаратов, использование метана на автомобильном транспорте (и в перспективе — в авиации); криогенные системы с использованием сверхпроводимости для передачи больших потоков энергии; экологически более чистые ядерные реакторы на гелие; криогенные установки для утилизации отходов и др.

КРИОГЕНИКА И КРИОЛОГИЯ

вания компании по производству промышленных газов. Из компрессоров воздух переправляется на более глубокую очистку, где избавляется от влаги, углекислоты и углеводородов. Во время такой очистки воздух нагревается до положительных температур. Непосредственно охлаждение воздуха происходит в аппарате под названием «турбодетандер». После предварительного охлаждения газ поступает в теплообменные аппараты, после которых происходит ожижение газа. На заключительном этапе жидкий воздух передается в реактивную колонну, высота которой 44 м. Внутри колонны создается 2 потока: жидкость, стекающая сверху, и пары, поднимающиеся снизу колонны. Стекая вниз, жидкость обогащается высококипящими компонентами, кислородом, а пары, поднимающиеся вверх, все больше обогащаются легкокипящими компонентами, т.е. азотом, конечными продуктами становится дистиллят и кубовый остаток. «Уже с воздухоочистительной колонны наши продукты в жидком виде поступают в хранилище и там ждут своей очереди для отправки клиентам», — объясняет Елена Светлова, технический директор компании по производству промышленных газов. Криогены, такие как жидкий азот, используются сегодня в специальных холодильных и морозильных технологиях. Некоторые химические реакции, например те, что необходимы для производства активных ингредиентов популярных статинов, происходят лишь при низких температурах около –100° С. Условия для протекания подобных реакций обеспечиваются специальными криогенными химическими реакторами. Применяются криогенные технологии и в медицинской технике — в аппаратах для ядерного магнитного резонанса9 и магнитно-резонансной томографии (метод исследования внутренних органов и тканей с использованием явления ЯМР.) Некоторые мягкие или упругие вещества при очень низких температурах становятся твердыми и хрупкими, поэтому криомельницы позволяют работать с материалами, которые не могут быть так легко измельчены при более высоких температурах. И это далеко не все области применения низких температур10. Инновационная очистка промышленного оборудования и сложных поверхностей стала возможной благодаря криогенному бластингу. В основе данного процесса лежит сухой лед. Что он собой представляет? Это самый холодный лед в мире. Для его получения требуется температура около –80°С. Его исключительным свойством является то, что он, в отличие от воды, минует жидкую фазу при сублимировании, то есть из твердого состояния сразу переходит в газообразное. «Сухой лед — это одно из состояний углекислого газа. Углекислый газ до последнего момента выпускался в атмосферу, загрязняя окружающую среду. Сейчас научились улавливать углекислый газ и пускать его во вторичную переработку, — поясняет Кирилл Райков, начальник лаборатории исследования процессов криоструйной очистки. — Это передовая экологически безопасная технология. В машиностроении так чистят литиевые формы, в полиграфии — печатные машинки, в пищевой промышленности — ленточные конвейеры печей». Вместе со струей сжатого воздуха сухой лед вылетает со скоростью 150 км/ч, в результате чего гранулы льда обретают огромную кинетическую энергию. При ударе о поверхность их кинетическая энергия переходит в тепловую. В момент удара гранулы увеличиваются в объеме в 700 раз, то есть на поверхности получается микровзрыв, грязь подхватывается и уносится. Сам же сухой лед при попадании на открытый воздух постепенно превращается из углекислоты в газ и испаряется без следа. В результате поверхность абсолютно чистая и не повреждена и никаких отходов производства», — объясняет Кирилл Райков. Примечательно, что не только физики не смогли устоять перед «очарованием» холода — интерес к низким температурам проявляют и ученые из других областей знания. И иногда это приводит к жутким недорозумениям. Так, криобиология, в основном изучающая влияние низких температур на организмы, методы получения талой воды и криохирургию, часто ска-

«УНИВЕРСИТЕТСКАЯ ЖИЗНЬ» №3 (99)

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

тывается к криоконсервации или, другими словами, к крионике — низкотемпературному хранению живых биологических объектов с возможностью восстановления их биологических функций после размораживания. Это, разумеется, более чем прикладная область исследования: в настоящее время разработаны и успешно применяются в медицине, сельском хозяйстве методы криоконсервации клеточных культур, тканей (например, крови) и ранних эмбрионов, ведутся разработки способов криоконсервации целых изолированных органов, хотя проведенные эксперименты имели крайне низкую эффективность. Случаи успешной криоконсервации теплокровных животных (в том числе человека) до сих пор не зафиксированы. Зато тема «глубокой заморозки» отдельных личностей довольно часто берется за основу произведений научно-популярной фантастики. Недоразумения начинаются, когда рядовые граждане, впечатлившись очередным блокбастером про светлое (или не очень) будущее и не стараясь разобраться в терминологии, отождествляют крионику с криогеникой. В результате многие исследовательские институты и производственные предприятия, занятые в сфере криогенных технологий, часто получают звонки с вопросами, нельзя ли заморозить того или иного человека лет так этак на пятьдесят11. Основная часть научного сообщества скептически относится к попыткам заморозки человека в силу различных физиологических и технологических причин. Например, противники крионики указывают, что после момента смерти связи нейронов головного мозга начинают рушиться в течение нескольких минут, на то, что очень сложно провести заморозку одновременно всех клеток тела, и на то, что никто не гарантирует соблюдение всех условий. И тем не менее, крионика борется за свое место в рядах научных дисциплин. Тот факт, что даже полное отсутствие электрической активности в мозгу не делает полное неврологическое восстановление пациента невозможным, поддерживает предположение о том, что основа сознания носит структурный, а не динамический характер, а значит, может быть сохранена при криогенных температурах12. Но данный факт не слишком хорошо справляется с убеждением широких слоев населения. Низкую популярность крионики можно объяснить и рядом других причин — дороговизной или отсутствием гарантии того, что технологии безопасного размораживания и лечения станут доступны в будущем. И все же количество клиентов криофирм постепенно увеличивается. За период 2005 — 2008 гг. общее число клиентов Alcor и Cryonics institute — двух крупнейших в мире криофирм — выросло на 22%13. По данным отчета компании «КриоРус», на 23 января 2013 года в России было крионировано 35 человек (19 крионированы целиком, у остальных крионирован только мозг), а также 14 животных (5 собак, 6 кошек и 3 птицы). Кстати о животных. Многие, рассуждая о теоретической возможности крионирования, вспоминают о рыбах и лягушках, впадающих в спячку, когда водоемы замерзают, а по весне быстро «оживающих» без каких-либо видимых увечий. Почему человек так не может? Как они это делают? Ответ кроется в особом типе антифриза, имеющемся в их телах. Ты наверняка слышал о нем. Он называется глюкоза. Высокий уровень глюкозы обеспечивает постоянный кровоток в сосудах животного, даже если все остальное тело кажется замороженным. Проблема заключается в том, что подобное соотношение глюкозы к остальным веществам в крови человека просто–напросто убьет его, и чтобы решить эту проблему потребуется не один год работы генных инженеров. Все это означает, что в определенный момент в будущем крионика, возможно, и станет полноправной наукой, ну а криогенная физика уже доказала свое право на существование и продолжает бурно развиваться как на теоретическом уровне, так и в сфере практического приминения. Потому что все новое — это хорошо изученное старое. Нам остается только ждать открытия новых свойств уже известных нам веществ.

ЗАМЕТКИ НА ПОЛЯХ: 11. Криогенному обществу Америки даже пришлось разместить на своем сайте постоянный раздел «Крионика», который состоит всего из одной короткой заметки, начинающейся со слов: «Заморозка тел — это не криогеника. Это крионика, и крионика — это не то же самое, что криогеника». Полный текст этого «крика души» можно прочитать тут cryogenicsociety.org/ cryonics 12. В 2002 году было проведено исследование, показавшее, что 80% нейронов, отобранных во время аутопсии головного мозга пожилых людей, умерших в среднем за 2.6 часа до аутопсии, после двухнедельного хранения вне тела продемонстрировали потенциальную способность к функционированию. Более того, современные исследования показывают, что мозг при использовании современных технологий может жить до нескольких суток после остановки сердца. 13. По данным на 1 апреля 2011 года клиентами криофирм в США являются 1832 человека, уже крионировано 206 человек. Текст: Юлия Хацько, Виктория Малеванная, корреспонденты «УЖа». В качестве иллюстраций к статье мы использовали снимки из фотопроекта «Перспектива бессмертия» — шестилетнего исследования английского фотографа Мюррея Балларда, объездившего весь мир, приподнимая занавес над любителями, оптимистами, предприятиями и аппаратами крионики. Источник: murrayballard.com

ИСТОРИЯ МОРОЖЕНОГО

ЛЮБИТЕЛИ ПРОХЛАЖДАТЬСЯ У каждого десерта своя история происхождения, полная сказочных рассказов и спорных легенд. Однако мороженое выделяется на общем фоне: его история не только одна из самых длинных, но и, вероятней всего, наиболее дискуссионная.

Понятно, что такой продукт, как мороженое, не мог возникнуть по воле случая. Обязательно должен быть человек, который додумался заморозить сладкую молочную массу таким образом, чтобы она получилась достаточно мягкой и однородной. Но, увы, имя изобретателя не сохранилось. Согласно версии одних историков кулинарии, первое мороженое могли придумать более пяти тысяч лет назад в Поднебесной. Китайская знать лакомились в качестве десерта снегом и льдом, смешанными с кусочками апельсинов, лимонов и зернами граната. Чуть позже они же и придумали заливать это лакомство молоком и в слегка затвердевшем виде употреблять блюдо в пищу. Другие исследователи считают это предположение несостоятельным хотя бы потому, что китайцы не очень жалуют молоко. Они и по сей день занимают одно из последних мест в мире по его потреблению (городские жители — 5,6 литра в год, а сельские — 0,6). Вряд ли они могли создать десерт, в который входит нелюбимый ими продукт. Однако очевиден тот факт, что мороженое изобрели там, где, как и в Китае, изнурительно жаркие места соседствуют с районами с минусовой температурой. Такое сочетание присуще южным странам, в которых есть горные массивы. Например, Ирану, где горы занимают более половины территории. Известно, что там с давних времен научились рационально ис28

пользовать лед и снег. В пустынных районах, где температура днем может достигать 40 °C, надо было как-то охлаждать пищу, иначе она очень быстро портилась. Для этого персы строили так называемые якхчалы — глубокие погреба, потолок, стены и пол которых они покрывали толстым слоем теплоизолирующей смеси. Такие хранилища заполнялись привезенными с гор обледенелыми глыбами снега. Их использовали и для приготовления фалуде — смеси лапши, фруктов, фисташек, розового или лимонного сиропа с мелко наколотым льдом. Возможно, именно этот десерт и стал прототипом мороженого. Рецепт мороженого, наиболее приближенного к современному, родился в Италии. А если еще точнее — на Сицилии. На самом большом острове Средиземного моря имелось все необходимое для того, чтобы создать охлаждающий десерт. В первую очередь — не распространенный в других частях Европы сахарный тростник, из которого делали сахар. Известный с древности подсластитель — мед — для изготовления мороженого не очень годится, потому что при замерзании он кристаллизуется (а этого как раз не требуется, достаточно и той проблемы, что в кристаллы превращается жидкость). Кроме того, на Сицилии всегда занимались разведением домашней птицы и рогатого скота, а значит, яйца и молоко — основные ингредиенты для мороженого десерта — были всегда под рукой. Но одно из самых главных условий — здесь есть лед (на горных массивах Иблеи, Неброди, Ле-Мадоние, на Пелоританских горах). Сицилийский лед поставляли по всей Италии и вывозили на Мальту. Наконец, жители этого острова издавна добывали морскую соль. До тех пор пока не изобрели холодильники и электрические мороженицы, без нее было не обойтись. Чтобы стало понятно, для чего нужна соль в приготовлении сладкого блюда, следует объяснить, чем мороженое отличается от других холодных десертов — от вышеупомянутой персидской фалуде или от замороженного молока, с которого в сибирских деревнях ножом соскребали стружку и ели с медом, вареньем или сахаром. Разница — в консистенции: мороженое, даже если в нем есть кусочки орехов, фруктов или печенья, представляет собой однородную, гладкую, кремообразную массу. Добиться такой однородности можно, только непре-

«УНИВЕРСИТЕТСКАЯ ЖИЗНЬ» №3 (99)

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

На фото: сорта мороженого Blue Bunny. 1. Малиновый щербет. 2. Щербет из диких ягод. 3. Red Carpet Red Velvet Cake™. Мороженое со вкусом сливочного сыра и кусочками торта Red Velvet Cake. 4. Клубничное. Фото на странице слева: машина мороженщика из «Лего. Фильм». Источник: fbtb.net

рывно помешивая охлаждающуюся субстанцию, чтобы в ней не образовывались кристаллы. Совместить охлаждение и помешивание без помощи электричества сложно: лед тает медленно, и столь же медленно застывает мороженое. Его придется непрерывно перемешивать много часов подряд. Соль же заставляет лед таять гораздо быстрее, и при этом он забирает тепло из окружающей среды, в частности из смеси, предназначенной для замораживания. Итак, вот простейшая технология производства мороженого, успешно использовавшаяся на протяжении нескольких столетий: емкость с ингредиентами ставили в миску, наполненную льдом и солью, и взбивали молочную массу. Талую воду периодически сливали, добавляя новый лед и порцию соли. И через пару часов десерт был готов. Повара хранили рецептуру в строжайшем секрете, а для непосвященных его производство было сродни чуду. Поначалу лёд хранился в специальных закрытых местах и подавался к столу только для королевских семей и Римских пап. Однако все тайное рано или поздно становится явным. Так и случилось, когда юная Екатерина Медичи, выйдя замуж за французского короля Генриха II, привезла из Италии во Францию своего шеф-повара — знаменитого Бенталенти, признанного авторитета в приготовлении мороженого и прохладительных напитков. Впервые он угостил французскую публику мороженым 28 октября 1533 года на пиру в честь бракосочетания Медичи. Мороженое представляло собой ледяные шарики с фруктами. В дальнейшем Медичи часто стала угощать им гостей на торжественных обедах и баловать лакомством своего сына Генриха III. Новый десерт мгновенно завоевал симпатии французского двора. Советники короля даже потребовали, чтобы итальянец приготовил мороженое 29

в их присутствии, чтобы ознакомиться с процессом. Довольно быстро мороженое из Версаля перекочевало в поместья французских вельмож, несмотря на жесточайшие запреты на разглашение рецепта, который считался государственной тайной. Известно немало случаев, когда за разглашение рецепта наказывали сильнее, чем, к примеру, за расхищение королевской казны. В 1625 году внучка Екатерины Медичи вышла замуж за короля Англии Карла I. Вместе с французской принцессой в Англию приехал ее личный повар и кондитер Жерар Тиссайн, владевший секретами приготовления мороженого. Примечательно, что Тиссайн осмелился поделиться своими «секретами» только после казни Карла I в 1649 году. Так секретами приготовления мороженого овладела и Англия. Много новых сортов этого десерта изобрели во Франции во время правления королевы Анны Австрийской. Как-то на одном из банкетов в честь ее сына Людовика XIV каждому приглашенному было подано страусиное яйцо в золоченом бокале, которое на деле оказалось восхитительным на вкус мороженым. Вскоре в Париже появилось первое кафе мороженого. Его открыл сицилиец Франческо Прокопио Ди Кольтелли. От имени основателя заведение получило свое название — «Прокоп». У себя на родине, в Палермо, мистер Кольтелли был рыбаком. Во Франции он решил попытать счастья на «сладком» поприще, тем более что ему в наследство от деда досталась машинка для сбивания мороженого, хотя это было примитивное устройство: две кастрюли, вставленные одна в другую, к крышке верхней была приделана ручка с лопастями для перемешивания. Популярности кафе добавил тот факт, что хозяин получил королевские патенты на многие лакомства, которые подавались только там. В результате в кафе побывали многие известные деятели XVIII— XIX веков: Дидро, Руссо, Марат, Робеспьер, доктор Гильотен, Жорж Санд, Бальзак, Дантон и Наполеон, которому, по преданию, пришлось однажды оставить в залог свою шляпу-двурожку, потому что не хватило денег расплатиться за съеденные десерты. В Париже и других странах одна за одной начали открываться кафе мороженого. И все же мороженое оставалось блюдом только для состоятельных особ. Некоторые рецепты появились во французской кули-

«УНИВЕРСИТЕТСКАЯ ЖИЗНЬ» №3 (99)

нарной книге L’Art de Faire des Glaces («Искусство делать мороженое») в 1700 году. При Наполеоне III (1852 — 1870 гг.) в Париже впервые вырабатывается мороженое в стаканчиках и пломбир (знаменитый пломбир родом якобы из французского города Плобьер-Ле-Бем), в Италии — придумали мороженое-ассорти с добавками фруктов, орехов, ликера, кусочков печенья и даже цветов, в Австрии — кофе глясе и шоколадное мороженое. В это время также появляются замороженные взбитые сливки, перемешенные с мелко нарезанным миндалем и мараскином, слоеное мороженое с клубникой и тертым шоколадом куполообразной формы. Новые сорта мороженого, приготовленные по случаю торжеств, быстро перенимались в массовом производстве. Так, на одном из приемов китайской миссии в Париже в 1866 году был предложен новый десерт — снаружи горячий омлет, внутри — имбирное мороженое. Блюдо разработали немецкие кулинары. Остается только предполагать, сколько оригинальных и даже уникальных рецептов мороженого было рождено изобретательностью человеческого гения. К сожалению, о многих из них история хранит молчание. В Америку же рецепты приготовления мороженого попали, по-видимому, в XVIII веке вместе с английскими переселенцами. Известно, что у Томаса Джефферсона был свой собственный рецепт ванильного мороженого, а Джордж Вашингтон как-то заплатил целых двести долларов (в те времена это была огромная сумма) за оригинальный специфический рецепт. У Джеймса и Долли Мэдисон на балу по поводу инаугурации подавали мороженое, и это считалось признаком шика и изысканности. Мороженое оставалось редким удовольствием, ведь для его изготовления требовалось как минимум две большие миски, заполненные льдом и солью, каждую из которых надо было трясти для перемешивания не менее 40 минут. В 1847 году Нэнси Джонсон облегчила труд мороженщикам. Она создала первую ручную мороженицу и получила патент на нее. Свои права на изобретение мисс Джонсон продала Вильяму Янгу всего за $200, хотя тогда это было не так уж и мало. Он, в свою очередь, назвал машину в честь изобретательницы — Johnson Patent Ice-Cream Freezer. Ручная мороженица сразу получила внушительную популярность, но не дала возможность производить мороженое в домашних условиях, пока в 1851 Джейкоб Фассел не создал свою машину для сбивания вершков и замораживания их до состояния мороженого. Начинал он с фабрики в Балтиморе, а к началу Гражданской войны в США уже открыл заводы в Нью-Йорке, Вашингтоне и Бостоне. Однако широкое распространение в массах мороженое получило только в начале ХХ века, когда были созданы холодильные камеры для хранения

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

продуктов и усовершенствованы машины по производству десерта. Полакомиться сладостью хотелось всем, но не многие могли себе это позволить. В ответ на массовый спрос появилось даже «Ватное мороженое Смита» — конус из спрессованной ваты и «Методистское мороженое Брауна» — рожок из резины. Изобретение состояло в том, что на рожок брызгали немного подслащенного молока и облизывали его, представляя, что в руках настоящее мороженое. Но изобретение это не прижилось. В 1883 году на баптистском празднике в американском городе Кэмден мороженым отравились 59 человек. По мнению газеты New York Times, сообщившей о печальном происшествии с отравлением, несчастные баптисты не разобрались и сжевали имитации мороженого подчистую. В 1919 году учитель из штата Айова Кристиан Нильсон разработал рецепт и технологию производства нового вида мороженого — облитого шоколадом, а 24 января 1922 года ему был выдан патент на знаменитое эскимо — глазированное мороженое на палочке. Нельсон возил свою продукцию по городам и продавал, одновременно показывая фильм про эскимосов. Новинка сначала была названа «пирожок эскимоса» — «эскимо-пай», но это слово очень быстро сократили просто до «эскимо». Впрочем, первенство в производстве «эскимо» у американцев оспаривают французы. С появлением электричества в нашей жизни упростилось очень многое, в том числе производство и хранение мороженого. А вслед за ними в 50-х годах XX века появились электрические мороженицы, которые одновременно перемешивали и охлаждали сладкую массу. Еще одно важное изобретение XX века — технология приготовления легкого мороженого. Изобретательская группа химиков в Великобритании, в которую, кстати, вхо-

На фото: сорта мороженого Blue Bunny. 1. Замороженный йогурт с дроблеными зернами ванили. 2. Лаймовый щербет. 3. Ванильное с добавлением экстракта ванили и дробленых ванильных зерен.

ЛЮБИТЕЛИ ПРОХЛАЖДАТЬСЯ

ИСТОРИЯ МОРОЖЕНОГО

На фото: сорта мороженого Blue Bunny. 1. Лимонный щербет. 2. Манговый щербет. 3. Ванильное «по-домашнему». 4. Апельсиновый щербет.

дила юная Маргарет Тэтчер, нашла способ увеличивать объем мороженого за счет воздуха. Это позволило производителям уменьшить количество используемых ингредиентов и несколько уменьшить цену. Такое мороженое приобрело популярность среди тех, кому нравится все легкое и воздушное, и сегодня многие компании по производству мороженого используют эту технологию. Но нет предела совершенству — работа над мороженым продолжается. В Европе мороженое обычно делают с яйцами, в США их не используют, но зато там конечный продукт получается более жирным за счет сливок. В Японии мороженое делают из зеленого чая, слив, имбиря. В лучших итальянских джелатериях принято в качестве наполнителей использовать только сезонные плоды: клубнику — весной и в начале лета, яблоки — осенью, мандарины и апельсины — зимой. Турецкое замороженное лакомство под названием дондурма делают на основе козьего молока, добавляя в него салеп — муку из корней диких орхидей. Благодаря этой субстанции оно получается очень вязким и тянется, как жевательная резинка. Что ни говори, а мороженое предоставляет кулинарам широкие возможности для экспериментов. Например, такой вариант: творог и бальзамический уксус. Или шоколад с красным перцем и грецкими орехами. В лондонском универмаге «Харродс» покупателям предлагают 20 видов мороженого со вкусами традиционных британских блюд: шотландского хаггиса, копченой рыбы, йоркширского пудинга, гренков с сыром или вустерширского соуса. Создатель оригинального мороженого Джино Солдан считает, что такое мороженое лучше всего подавать вместе с горячими блюдами. Так, по его мнению, мороженое со вкусом рыбы хорошо сочетать с коп31

ченым лососем, укропом и сливочным сыром. Самое большое количество сортов мороженого (709) предлагает своим посетителям венесуэльское кафе-мороженое Coromoto, которое основал в 1980 году выходец из Португалии Мануэль да Сильва Оливейра. Сегодня хозяин кафе предлагает своим посетителям сотни оригинальных рецептов — вафельная трубочка с тунцом, мороженое с луком, свиными шкварками, пивом, морковью, помидорами, бобами, форелью, креветками и кальмарами, пивом, спагетти, чесноком, розовыми лепестками и даже острый деликатес с перцем чили. И все же наиболее изобретательными остаются итальянские мастера кулинарного искусства: Джанфранко Виссани — автор омарового мороженого, Витторио Фузари — сырного мороженого, Изидоро Консолини — мороженого со вкусом оливкового масла. Все они солидарны во мнении, что сладкое фруктовое мороженое уже вышло из моды. Еще одно из последних ноу-хау — пищевой антифриз. Его молекулы прикрепляются к микроскопическим кристалликам льда, не давая им расти, тем самым предотвращая изменение консистенции мороженого при длительном хранении, а значит, и вкуса. Американцы антифризный белок получают из печени рыбы. Так как он входит в список генно-модифицированных продуктов, многие потребители отказываются от такого мороженого. Зато новый, открытый Шренивасаном Дамодараном из Университета Висконсин-Мэдисон, — натуральный. Этот белок изготовлен на основе желатина и фермента папаина, добываемого из папайи. А совсем недавно гарвардский инженер Дэвид Эдвардс создал мороженое, которое не тает в руках. Шарики мороженого в оболочке из кокоса, ореха и арахиса изобретатель скрепил смесью ионов кальция и альгината, получаемого из водорослей. Лакомства доступны в трех вариантах: манго в кокосовой, шоколад в ореховой и ваниль в арахисовой оболочке. Попробовать новинку можно в Париже в кафе под названием WikiBar, которое славится продуктами в съедобной упаковке. Существует легенда, что в России мороженое появилось благодаря итальянскому графу Юлию Помпеевичу Литта. Известный мореплаватель прибыл в Россию в 1789 году по просьбе Екатерины II для укрепления Балтийского флота, став в свои 26 лет самым молодым в то время генералом. Будучи рыцарем Мальтийского ордена, он дал обет безбрачия, а потому отсутствующие радости

ЛЮБИТЕЛИ ПРОХЛАЖДАТЬСЯ

ИСТОРИЯ МОРОЖЕНОГО

жизни пытался компенсировать другими удовольствиями, в частности, слыл большим любителем мороженого. Говорят, что именно Литта научил готовить это лакомство русских поваров, которые вскоре достигли большого искусства не только в его изготовлении, но и в оформлении. В мемуарах XIX века можно встретить восторженные воспоминания о том, какой эффект производил на публику десерт «Везувий на Монблане» (мороженое обливали ромом или коньяком и поджигали) или красочные развалины античного храма, выполненные из мороженого разных цветов. Создавая эти шедевры, кондитеры несколько часов мерзли на холоде, а «жили» лакомства считаные минуты, поскольку моментально начинали плавиться от жара печей и свечей. В царской России даже появились предприятия по изготовлению мороженого. А вот советская власть поначалу этот продукт не оценила. После революции 1917 года мороженое окрестили буржуйским атрибутом, и производство этого лакомства было практически свернуто. Перелом в отношении к мороженому в СССР произошел в 30-х годах прошлого века после поездки советской делегации в США. Руководил делегацией нарком продовольствия СССР Анастас Микоян. Именно он поручил привезти в страну Советов несколько «котлетомашин» и новые комплексы по производству мороженого. «Хамбургеры» в нашей стране тогда не прижились, а вот замороженный десерт пошел на «ура». Ответ рукводства не заставил себя долго ждать. В 1936 году Анастас Микоян издал приказ, в котором говорилось: «Мороженое следует сделать массовым продуктом питания, выпуская его по доступным ценам». По его мнению, советский гражданин должен был съедать за год не менее пяти килограммов мороженого! Уже 4 ноября 1937 года на московском заводе, который оснастили американской техникой, было выпущено первое советское мороженое.

американской техникой, было выпущено первое советское мороженое. Вскоре фабрики по производству мороженого появились в Ленинграде, Одессе, Харькове, Севастополе, Киеве, Ялте, Полтаве и многих других городах. Так началась эра советского мороженого. Сливочное, пломбир, фруктово-ягодное, вафельные стаканчики с кремовыми розочками, эскимо, рожок с шоколадной глазурью… О качестве советского мороженого ходили легенды. За рубежом даже говорили, что СССР стоит посетить ради трех вещей: балета, советского цирка с Никулиным и мороженого. В чем был секрет неповторимого вкуса? Как принято говорить в таких случаях, ларчик просто открывался: славу советского мороженого определил ГОСТ 117-41. Этот гост был введен 12 марта 1941 года и был одним из самых жестких стандартов в мире. Благодаря этому ГОСТу отечественное мороженое выпускалось без применения консервантов, посему было вкусным и экологически чистым. Все виды мороженого в СССР делались по единой технологии. К тому же стаканчики, брикеты и эскимо по всей стране изготовлялись тоже по единой технологии. Каждую партию снежного лакомства оценивали по 100-балльной системе. Любое отклонение от вкуса, цвета или запаха считалось браком. Кроме того, время реализации мороженого ограничивалось одной неделей (сейчас мороженое можно хранить около полугода). Вскоре по объемам производства и потребления мороженого СССР вышел на второе место в мире после США. На экспорт ежегодно отправлялось 2000 тонн. За границей советское мороженое относили к престижному классу. Его подавали исключительно в дорогих ресторанах по далеко не «совковой» цене. Уже упоминавшееся нами эскимо появилось в России опять же по личной инициативе Микояна. Глазированные цилиндрики сливочного мороженого, внутри каждого из которых была для удобства деревянная палочка, заворачивали в бумагу. Русское эскимо делали в столице ручным способом на ручной же дозировочной машине. А «эскимо-генератор» появился на Мосхладокомбинате №8 лишь 10 лет спустя, в 1947 году. На фото: сорта мороженого Blue Bunny. 1. «День рождения». 2. Со вкусом сахарной ваты. 3. Спумони (от итальянского spuma — «пена»). В оригинале — классический итальянский десерт, состоящий из трех различных (и обычно разноцветных) сортов мороженого и слоя из фруктов и орехов. 4. «Радужный» щербет. Источник фотографий: flickr.com/photos/ bluebunnyicecream Текст: Владимир Бригинец, Юлия Хацько, корреспонденты «УЖа»

БЫСТРОЗАМОРОЖЕНЫЕ ПРОДУКТЫ

ИСТОРИЯ ВОПРОСА Разумеется, замороженная еда всегда существовала в странах с климатом достаточно холодным, чтобы продукты замерзли. Да и различные техники «искусственного» замораживания существуют довольно давно. Но несмотря на это, почести за изобретение технологии быстрой заморозки почти всегда приписываются Кларенсу Бердсаю. Именно его метод открыл людям мир замороженных продуктов, каким мы знаем его сейчас. До открытия Бердсая еду замораживали довольно медленно, и в клетках продуктов возникали крупные кристаллы льда, нарушавшие ткани и текстуру. А при разморозке стекающая вода забирала часть вкусовых характеристик еды. Как-то во время пребывания в Лабрадоре, Канада, Бердсай, не смотря на морозную погоду, отправился на рыбалку вместе с местными жителями. Тогда он заметил, что выловленная им рыба практически мгновенно заледенела. И каково было его удивление, когда, ужиная несколько месяцев спустя, Бердсай осознал, что та рыба была вкусна, как свежевыловленная. Это привело его к мысли, что для сохранения вкуса и текстуры продукта заморозка должна происходить очень быстро. Бердсай довольно быстро разработал техническую часть для быстрого замораживания еды и также быстро внедрил его в промышленное производство. Первые замороженные продукты его фирмы были произведены в 1929 году на конвейере, два железных ремня которого постоянно охлаждались до –40-45°F с помощью хлорида кальция.

ГОРЯЧЕЕ СЕРДЦЕ, ХОЛОДНАЯ ЕДА Качество того, что мы едим, – одно из условий сохранения здоровья. И в последнее время все больше россиян становятся приверженцами концепции «здорового» питания. Но нельзя отрицать и наличие другого тренда — люди все меньше и меньше времени уделяют непосредственно приготовлению пищи. Ритм жизни в современном городе не позволяет совсем обойтись без готовых блюд и полуфабрикатов. Пытаясь угнаться за этими двумя зайцами, потребители предъявляют все более высокие требования к быстрозамороженной еде, при этом часто становясь жертами слухов и мифов о подобных продуктах. То, что замораживание является самым эффективным способом сохранения пищевых продуктов, необходимо отметить сразу. Правильно проведенный процесс подготовки сырья, а затем замораживания, хранения и транспортировки продукта полностью сохраняет пищевую ценность и предотвращает появление и распространение микроорганизмов в продукции. В связи с этим отпадает необходимость в использовании различных добавок — стабилизаторов и консервантов, — позволяющих увеличивать срок хранения. Это важно, ведь подобные добавки не делают еду «более полезной», а питание — здоровым. Замороженные овощи являются здоровой альтернативой свежим овощам. Из-за быстрого замораживания они сохраняют много витаминов и минеральных веществ. Таким образом, содержание питательных веществ в 34

замороженных овощах значительно выше, чем при консервировании в стеклянных или жестяных банках. Часто замороженные овощи содержат в себе даже больше питательных веществ, чем свежие фрукты или овощи, которые хранились в течение нескольких дней при комнатной температуре. Из-за воздействия света и тепла содержание питательных веществ со временем значительно уменьшается. Кроме того, глубокая заморозка практически полностью сохраняет вкус и текстуру овощей. Со времен первой «холодной» конвейерной ленты Бердсая технологии сделали большой шаг вперед. Даже сам Бердсай продолжал совершенствовать свое изобретение. Продукты на его фабрике охлаждались и упаковывались, будучи зажатыми между двух металлических пластин, охлажденным до –25°F при помощи испарения амиака. Такой метод позволял охладить кусок мяса толщиной в два дюйма до 0°F за 90 минут, а фрукты и овощи охлаждались до той же температуры всего за полчаса. Но и на этом изобретатель не остановился. Всего Бердсай имел 168 патентов. Некоторые из них — это техники замораживания, другие — со-

ГОРЯЧЕЕ СЕРДЦЕ, ХОЛОДНАЯ ЕДА

путствующие инновации, такие как методы упаковки, типы используемой бумаги и др. С тех пор, правда, метод заморозки претерпел значительные изменения, появились мощные промышленные аппараты для быстрого замораживания продуктов и их последующего размораживания. Но дорога замороженной еды к сердцам потребителей была длинной и скалистой. Первым препятствием на пути производителей стали ритейлеры, не желавшие тратить деньги на дополнительные морозильные шкафы для новых продуктов. Потребительский спрос в 1930-х годах также был невысок, поэтому отрасль нашла свое спасение в транспортных корпорациях. Для них замороженная еда была удобна и выгодна, а пассажиры железных дорог и пароходных линий часто и не подозревали, что в буфетах состава и ресторанах судна им предлагают замороженную еду. Этот же трюк мы можем наблюдать и сейчас во многих кафе и почти всех фастфудах. Рынок замороженной еды мог бы так и остаться в тени, если бы не Вторая мировая война. Когда Япония захватила большую часть Юго-Восточной Азии, под ее контролем оказалась большая часть мировых запасов олова, и правительство США начало строго контролировать производство консервов в целях экономии этого жизненно важного в военных целях металла. Более того, почти все произведенные консервы отправлялись солдатам на войну. Для производителей замороженной еды это стало отличным шансом для увеличения производства. Упаковка для их продукции делалась из картона, вощеной бумаги или целлофана. В результате контроля над производством консервов спрос на еду быстрого приготовления остался неизменным, а предложение резко сократилось. Основные сети ретейлеров также начали все больше закупать замороженные продукты для того, чтобы заполнить образовавшиеся на полках пробелы. В 1950-е годы произошло знаковое событие для всей индустрии: потребителям был предложен продукт, который позже стал синонимом термина «замороженный продукт», — TV Dinner. Это был полуфабрикат, представлявший собой полноценный ужин, включающий овощи, мясо или рыбу, гарнир и иногда даже десерт. Главной целевой аудиторией продукта стали семьи, желавшие быстро, не слишком заморачиваясь с приготовлением, пообедать за столом или перед телевизором, как подразумевает название. Судя по быстро возросшей популярности «ТВ-ужинов», таких семей в

БЫСТРОЗАМОРОЖЕНЫЕ ПРОДУКТЫ

США 1950-х годов было немало. Тогда же американцам и европейцам был впервые представлен другой быстрозамороженный продукт, и по сей день являющийся одним из любимых блюд многих детей — рыбные палочки. Спрос на них был велик настолько, что появилось несколько фирм, производивших исключительно этот полуфабрикат и с его помощью успешно отвоевывавших доли стремительно растущего рынка замороженных продуктов. В 1990-х годах в западных странах началась эра «здорового питания». И к тому моменту уже состоявшаяся и окрепшая индустрия замороженной еды довольно быстро адаптировалась к новым требованиям потребителей. Удовлетворяя спрос на исключительно натуральные и полезные ингредиенты, производители не забывали об улучшении и самой технологии заморозки, совершенствуя этот процесс на благо человечества. Эволюция замораживания продолжает совершенствоваться и сейчас. Вместе с тем, приходится признать, что замораживание не в состоянии предотвратить все изменения пищевых продуктов. Они по-прежнему могут портиться по некоторым объективным причинам. Например, замораживание, как бы хорошо оно ни сохраняло продукт, все же не может его улучшить. Поэтому замороженный или быстрозамороженный продукт так же хорош или плох, как и используемое для него сырье. Поэтому качество сырья должно соответствовать всем стандартам. Гонка со временем начинается уже на первом этапе производства — при подготовке сырья, ведь однажды протухшее мясо холодом не воскресишь. Другой очевидной причиной потери качества являются ошибки, соврершенные непосредственно на этапе заморозки. Здесь режимы замораживания играют значительную роль в качестве итогового продукта. Важно, чтобы процесс шел настолько быстро, насколько это возможно. В этом случае в клетках и межклеточном пространстве образуются только мелкие кристаллы льда, не причиняющие продукту никакого вреда. В отличие от медленного замораживания, в результате которого, как мы уже упоминали, образуются более крупные кристаллы, повреждающие клетки. Кроме того, при быстром замораживании сохраняются все витамины и другие питательные вещества продукта. В то время как при медленном охлаждении от высокой температуры продукт проходит опасную зону средних температур (+63 до +5 °С), в ко35

Несмотря на все сложности создания и сохранения быстрозамороженных продуктов, а также распространенные мифы об их вредности, в последнее время и предложение, и спрос на них заметно растут. Во-первых, по причине все ускоряющегося образа жизни, мотивирующего к приобретению полуфабрикатов. Во-вторых, по причине растущей грамотности потребителя, понимающего, что современные методы заморозки позволяют сохранять большую часть витаминов в овощах, и этот вид продукции в «не сезон» в большей степени способен витаминизировать организм, чем свежие овощи с прилавков супермаркетов. В-третьих, технологии производства замороженных овощей развиваются и совершенствуются, увеличивая возможности максимального сохранения витаминов в течение длительного срока. Иван Куликов, директор по маркетингу компании «Хладторг», рассказывает об истории отрасли: «По утверждению отдельных источников, идея замораживания овощей и ягод появилась в России ещё в 1926 году. На опытной станции Московского института народного хозяйства были проведены исследования, а в 1930-х годах началось промышленное производство замороженных сельхозпродуктов .☛

ГОРЯЧЕЕ СЕРДЦЕ, ХОЛОДНАЯ ЕДА

☛ В 1976 году в Москве были пущены экспериментальный завод «Хладопродукт № 1» и завод «Гагра» по производству быстрозамороженных полуфабрикатов, после чего такое производство получило широкое распространение. В период общего спада экономики в начале 90-х годов процесс приостановился, и началась «интервенция» замороженных продуктов из-за рубежа. В конце 90-х годов в нашей стране производства быстрозамороженных овощей начали восстанавливаться и развиваться, стали создаваться частные предприятия. До 2011 года рынок замороженных овощей и ягод был одним из крупнейших и динамично развивающихся сегментов рынка замороженной продукции в России. Сам сегмент замороженных продуктов в структуре продовольственного рынка России составляет 16-17 %, что немного по сравнению с развитыми странами, например с США. В посткризисный период на рынке замороженных овощей и фруктов наблюдается перераспределение долей между сегментами рынка: монопродукты уступают овощным смесям. Потребление последних в период с 2009го по 2011 год увеличилось практически в два раза, а спрос на монопродукты снизился на 20 %. В целом на рынке замороженных овощей и фруктов в России наибольшую долю занимают овощные смеси. У екатеринбуржцев наиболее популярными продуктами из замороженных овощей и фруктов, помимо смесей, являются цветная капуста, фасоль, шампиньоны и ягоды».

БЫСТРОЗАМОРОЖЕНЫЕ ПРОДУКТЫ

торой бактерии растут наиболее интенсивно. В конце 1980-х британскими учеными было доказано, что «безопасное» охлаждение продукта достигается в том случае, если его температура понижается от +70 до +3°C (или ниже) за время менее 90 минут. В 1989 году были приняты соответствующие стандарты для технологии Cook&Chill для общественного питания, а год спустя в Великобритании появился законодательный акт, запрещающий реализацию продуктов, не соответствующих этим требованиям. Позднее эти нормы перекочевали в российские СанПиНы. Специалист скажет, что замораживание еды высокой степени готовности целесообразно осуществлять при температуре воздуха не выше –30°С и скорости циркуляции воздуха 4–6 метров в секунду. Еще лучше, если продукт претерпит так называемую «шоковую заморозку». Технология состоит в том, что горячий стерилизованный продукт помещают в камеру для шокового замораживания, температура внутри камеры резко понижается до –40°C и поддерживается на таком уровне до тех пор, пока температура внутри продукта не достигнет –18°C. В шкафах шоковой заморозки установлены мощные генераторы холода и вентиляторы, обеспечивающие циркуляцию воздуха в закрытой рабочей камере со скоростью выше 30 м/с. Такой метод быстро образует тонкий, замороженный слой вокруг пищи, предотвращающий потерю жидкости или питательных веществ. Большую роль на этапе заморозки играет и размер продукта. Чем тоньше и мельче замораживаемая порция, тем быстрее она промерзнет на всю глубину. Например, если замораживать крупную дыню при рекомендуемой температуре –24°С, то она успеет загнить внутри до ее полного промерзания. Предпочтительная для замораживания форма продукта — брикет толщиной не более 4 см. При толщине брикета 2 см продукт промерзает в 2– 2,5 раза быстрее, чем при толщине 4 см. Время промерзания при толщинах брикетов 2 или 4 см составляет соответственно: для мяса и рыбы 2–3 или 4–6 часов в зависимости от жирности и других показателей, для фруктов и ягод 3,5–4 часа или 8–10 часов, для овощей и грибов 4–4,5 часа или 11– 12 часов. Кроме того, размещение продуктов в камерах также может сказаться на итоговом качестве. Зазоры для циркуляции воздуха необходимы, чтобы продукты быстрее проморозились. Если же сырье уложить друг на друга, то замораживание будет замедленным. 36

замораживание будет замедленным. Еще одно важное условие качественного итогового продукта — непрерывность холодильной цепи, подразумевающая, в том числе, поддержание нужных условий на этапах транспортировки, хранения и размораживания. Примечание о том, что замороженные продукты после оттаивания не следует снова замораживать, должно быть на каждой упаковке. Несмотря на то, что по данным немецкого института замороженных продуктов, замораживание талой пищи, при определенных условиях, вполне возможно, особенно когда речь идет об уже приготовленных блюдах или в случае, когда впоследствии еда будет сильно нагреваться. Но такие припасы важно заморозить обратно как можно быстрее, ибо в талой пище имеются все идеальные условия для распространения микроорганизмов. Перед едой повторно замороженные продукты следует тщательно нагревать, чтобы убить микробы. Кроме того, домашний морозильник не так мощен, как аппараты шоковой заморозки, поэтому при замораживании в нем страдает качество продукции и теряются важные питательные вещества. Таким образом, пищевая ценность повторно замороженных продуктов снижается, и значит, лучше этого избегать. Говорить о сформированной культуре потребления замороженных продуктов в России пока еще рано: по оценкам разных аналитиков, их сегмент в структуре продовольственного рынка составляет сегодня около 17%, а на Западе эта цифра превышает 70 %. Однако для российского потребителя все только начинается. Что готовит будущее для индустрии быстрозамороженной еды? Можно себе представить. Кларенс Бердсай мог бы лишь покачать головой в неверии, если бы в 1920-х годах ему сказали, что через несколько десятилетий потребители смогут приготовить себе полноценные обеды всего за пару минут, а в магазинах появятся замороженные завтраки, обеды и ужины, замороженные этнические блюда и продукты, ориентированные специально на детей. Но благодаря упорству и стремлению к инновациям холодильной индустрии, все эти мечты — для нас с вами сегодня лишь повседневность, — а наши мечты о будущем могут стать реальностью гораздо быстрее, чем мы предполагаем! Анна Р., Юлия Хацько, корреспонденты «УЖа». Фото: Irving Penn и cdn.sheknows.com

КНИЖНАЯ ПОЛКА КАФЕДРЫ

«Абсорбционные холодильные машины и тепловые насосы» (Л.В. Галимова, 2005 г.) В книге на 226 страницах рассмотрены основные вопросы теории и практического применения тепловых насосов и абсорбционных машин. Приведено множество актуальных действующих схем для холодильных машин абсорбционного типа. Описаны основные принципы схемы их работы. Все схемы рассмотрены с точки зрения экологически чистых процессов экономически перспективных систем. Рекомендована студентам данного профиля любых курсов обучения. «Примеры, расчеты и лабораторные работы по холодильным установкам» (В.П. Куравлев и М.П. Герасимов, 2009 г.) В учебном пособии подробно рассмотрены вопросы по определению основных размеров холодильника, а также коэффициента теплопередачи полностью изолированного ограждения, оборудованного тепловыми мостиками. Рассмотрено определение коэффициента теплопередачи для нормальной конструкции современной судовой изоляции. Приведены подробные расчеты трубопроводов насосной и безнасосной схем рабочего тепла. «Современные системы кондиционирования воздуха» (О.Я. Кокорин, 2003 г.) В книге содержатся данные о методах и принципиальных схемах аппаратов для сокращения расхода тепла и электроэнергии при круглогодовом функционировании систем кондиционирования воздуха в жилых, общественных и промышленных зданиях. Даются технические показатели нового энергосберегающего оборудования и методы расчета их технических характеристик. Приводятся результаты технико-экономического анализа при сравнении различных методов обработки воздуха и схем систем кондиционирования. Книга предназначена для широкого круга специалистов, работающих в области проектирования, монтажа, наладки и эксплуатации систем кондиционирования воздуха. Может служить учебным пособием для студентов строительного и политехнического профилей обучения. На фото: книжная полка в стиле стимпанк, сделанная из обычной индустриальной трубы. Компания–производитель — Oilfield Slang, — базирующаяся в Далласе, США. Изделие можно заказать на сайте oilfieldslang.com 37

«УНИВЕРСИТЕТСКАЯ ЖИЗНЬ» № 3 (99)

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

ОТКРЫТИЯ

Текст: СВЕТЛАНА ЕПИШЕВА, ЮЛИЯ ХАЦЬКО. Иллюстрации: auto.tut.by

ПАР-НОРМАЛЬНОЕ ЯВЛЕНИЕ Мы привыкли к тому, что машины и устройства на паровых двигателях — это не что иное, как плод воображения научных фантастов. Старинные автомобили, летающие корабли-дирижабли, механические роботы и локомотивы в густой завесе пара, вписанные в антураж Англии второй половины XIX века, — всего этого никогда не существовало и не будет существовать. Так ведь? Не совсем Паровой машиной в широком смысле этого слова можно назвать любой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию пара в механическую работу. Несмотря на то, что создание первого такого устройства часто связывают с Англией XVIII века, история обуздания пара началась гораздо раньше и совсем в другом месте — первопроходцем в деле паростроения следует считать Архимеда, который якобы бомбардировал римлян, штурмующих Сиракузы, с помощью паровой артиллерии. А в I веке в Александрии изобретатель по имени Герон создал шар «Эола», вращавшийся вокруг своей оси под действием выходящего из него пара. Однако устройство Герона было воспринято как игрушка и оказалось не востребовано. Точно установить, кто первым изобрел паровую машину, крайне затруднительно. История техники содержит упоминания и о паровой турбине арабского инженера Таки ад-Дина Мухаммеда, предложившего в XVI в. метод вращения вертела при помощи потока пара, направляемого на лопасти, и информацию о подобном цилиндрическом анкерном устройстве для движения пестов в ступе итальянского инженера Д. Бранка. С историей паровых машин связаны имена испанца И. де Бомонта и англичанина Э. Сомерсета. Однако доподлинно известно, что первые паровые двигатели, используемые на практике, были разработаны для решения конкретной проблемы — удаления воды из затопленных шахт. Когда в XVII веке европейцы в качестве основного источника энергии перешли от древесного топлива к углю, шахты начали рыть все глубже и глубже, в результате чего часто затоплялись подземными источниками и грунтовыми водами. Считается, что первым человеком, решившим проблему затопленных шахт, был, как бы мы сейчас сказали, администратор одной испанской угледобывающей компании Херонимо де Айянц. В 1606 году он зарегистрирован первый патент на машину, использовавшую мощность пара для приведения в движение воды из шахт. Де Айянц, которому также приписывают изобретение одной из первых систем кондиционирования воздуха в мире, использовал свой паровой двигатель для удаления воды из рудников в Севилье. Изобретателем парового котла считается Денис Папин, британский физик французского происхождения. Проводя опыты по исследованию свойств воды и пара при разном давлении и различных температурах, он смог собрать первую пароварку. Однако его наработки в области паровых котлов и поршневых паровых двигателей не находили более полезного применения вплоть до 1698 года. Именно тогда английский инженер и изобретатель Томас Сэйвери, используя наработки Папина, запатентовал машину, откачивающую воду из затопленных шахт с помощью поршневого насоса. Устройство приводилось в движение энергией пара под давлением. Используя два паровых котла, Сэйвери разработал почти непрерывную систему для откачки. Но, несмотря на ранний успех данного устройства, изобретатель вскоре обнаружил,

что его двигатель способен был откачивать воду с небольших глубин. И эту проблему необходимо было решить, если производители паровых двигателей хотели получать заказы от владельцев шахт, которые становились все глубже. К счастью для пароинженерии, проблема была решена достаточно быстро. В 1711 году другой англичанин, Томас Ньюкомен, изобрел лучший способ для перекачки воды из шахт. Он видоизменил паровой двигатель так, что отпала необходимость в накоплении парового давления — дефект системы Сэйвери, который за несколько лет успел привести ко многим взрывам. Изобретатель назвал свой двигатель «атмосферным», потому что давление пара было примерно равным атмосферному. Это была первая коммерчески успешная машина, использовавшая пар для работы водяного насоса, но и у нее были свои недостатки. Во-первых, для ее работы требовались постоянный поток воды, охлаждающей паровой цилиндр (часть двигателя, где давление пара преобразуется в движение), и постоянный источник энергии, чтобы подогреть баллон. Несмотря на подобную неэффективность конструкции, двигатель Ньюкомена использовался следующие полвека, не претерпевая особых изменений. Кроме откачки воды из шахт, его применяли в осушении болотистых участков, для водоснабжения в городах и даже на заводах и фабриках, использовавших в своей работе водяное колесо — для откачки воды снизу и подачи ее сверху. Но к 1765 году судьба двигателя Ньюкомена была предрешена. Тогда Джеймс Ватт, шотландский производитель инструментов, был нанят Университетом Глазго для ремонта небольшой модели двигателя Ньюкомена. Ватт был озадачен большим количеством пара, потребляемого машиной Ньюкомена, и понял, что для повышения эффективности конструкции, он должен покончить с необходимостью постоянного охлаждения и повторного нагрева парового цилиндра. Для этого Ватт разработал отдельный конденсатор, который позволил поддерживать постоянную температуру парового цилиндра, и это резко увеличило функциональность двигателя Ньюкомена. Кроме того, в конструкции Ватта для передвижения поршня использовалось не атмосферное давление, как в двигателе Сэйвери, а давление пара. Это обусловило возможность увеличения мощности машины путем увеличения давления пара, а не размера самого механизма. Прорыв в использовании паровых машин, совершенный Ваттом, ознаменовал начало промышленной революции. Паровые машины стали применяться не только на заводах, но и в транспортных средствах — пароходах, поездах, а затем и автомобилях. Даже первый в мире вентилятор, смонтированный в парламенте Англии и проработавший более 80 лет, функционировал при помощи паровой машины. Все первые паровые машины представляли собой тепловые двигатели поршневого типа, работавшие на вакуумном принципе. После них были изобретены паровые машины высокого давления, которые отличались от вакуумных тем, что 38

«УНИВЕРСИТЕТСКАЯ ЖИЗНЬ» №3 (99)

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

В качестве иллюстраций использованы фотографии и иллюстрации реально существовавших устройств, работавших на паровом двигателе. Вверху: ПАРОВОЙ ВЕЛОСИПЕД РОУПЕРА, созданный в 1867 году американцем Сильвестером Говардом Роупером. Двухцилиндровый паровой двигатель разместился под сидением: механизм крепился к раме при помощи пары пружин. Аппарат, естественно, был заднеприводным, выход пара осуществлялся через трубу прямо за седлом, а вода в котел доставлялась из резервуара, который являлся частью сидения.

пар оказывал воздействие на поршень за счет расширения. Вакуум в таких машинах не создавался, а отработанный пар выбрасывался в дымовую трубу, что увеличивало тягу. Такие машины оказались меньше по габаритам и дешевле вакуумных, но и это не был предел совершенства. Следующим усовершенствованием было изобретение машин двойного действия. Если ранее поршень в цилиндре под действием пара перемещался только в одну сторону, а возвращался под действием гравитации или за счет инерции маховика, то теперь пар подавался по обе стороны от цилиндра, что придавало плавность ходу поршней, но требовало нового механизма парораспределения. Паровые машины двойного действия стали еще меньше и легче, что упростило их применение в конструкции пароходов и паровозов. Интересно, что с появлением двигателей внутреннего сгорания паровые машины не утратили своего значения и в некоторых областях применяются до сих пор. К примеру, эффективность двигателей внутреннего сгорания, работающих на дизельном топливе, уменьшается с падением давления, поэтому их затруднительно использовать в высокогорных местностях. Паровые же двигатели в силу того, что ат-

мосферное давление в них сейчас не используется, работают и в таких условиях; это дает возможность до сих пор применять паровозы в определенных условиях (известно, что локомотивы на паровой тяге применяются в горных местностях в Латинской Америке). За рубежом в малой энергетике есть положительный опыт применения паровых поршневых двигателей вместо маломощных одноступенчатых паровых турбин, поскольку паровые машины имеют меньший удельный расход пара. Есть сторонники такого применения паровых машин и в нашей стране. Паровая машина — это изобретение, изменившее картину мира и подарившее нам промышленную революцию. Применение паровых машин увеличивало потребности в угле и металле, способствуя тем самым развитию соответствующих отраслей производства и новых отраслей науки (например, термодинамики). В то же время паровая машина откачивала воду из угольных шахт и вентилировала воздух, вращала валы машин и станков, приводя их в действие. Вплоть до середины ХХ века надежность и долговечность паровых машин способствовали их широкому применению на транспорте и в промышленности. Именно на основе опыта произ39

«УНИВЕРСИТЕТСКАЯ ЖИЗНЬ» №3 (99)

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

водства и использования паровых машин был создан и двигатель внутреннего сгорания, потеснивший в итоге своего предшественника с рынка. Интересно, что именно сейчас технический прогресс породил ситуацию, поразительно напоминающую эпоху великой «битвы» пара и бензина в начале XIX века. Только бороться предстоит аккумуляторам, водороду и биотопливу. А может, и пару?

24 декабря 1801 года в небольшом английском городе Камборне механик Ричард Тревитик продемонстрировал общественности первый автомобиль с паровым двигателем Dog Carts. Это был четырёхколёсный экипаж, способный с относительным комфортом и небыстро перевозить восемь пассажиров. Автомобиль приводился в движение одноцилиндровым паровым двигателем, а топливом служил уголь. Созданием паровых транспортных средств занялись с энтузиазмом, и уже в 20-х годах XIX века пассажирские паровые омнибусы перевозили пассажиров со скоростью до 30 км/час, а средний межремонтный пробег достиг 2,5–3 тыс. км. Начавшись в 1801 году, история парового транспорта активно продолжалась без малого 159 лет. В 1960-м (!) в США все еще строились автобусы и грузовики с паровыми двигателями. Паровые машины за это время усовершенствовались весьма значительно. В 1900 году в США 50% парка автомобилей были «на пару». Уже в те годы возникла конкуренция между паровыми, бензиновыми и — внимание! — электрическими экипажами. После рыночного успеха «Модели-Т» Форда и, казалось бы, поражения парового двигателя новый всплеск популярности паровых авто пришёлся на 20-е годы прошлого столетия: стоимость топлива для них (мазут, керосин) была значительно ниже стоимости бензина. Есть миф, что паровая машина неэффективна и неэкономична. Да, когда-то это было именно так. «Классический» паровой двигатель, который выпускал отработанный пар в атмосферу, имеет КПД не более 8%. Однако паровой двигатель с Паровая машина-амфибия, она же ORUKTOR AMPHIBOLOS, была разработана конденсатором и профилированной проточной Оливером Эвансом в 1804 году и, как оказалось, стала первой самодвижущейся почастью имеет КПД до 25–30%. Паровая турбина возкой в США. Но, в отличие от европейских аналогов, она могла еще и плавать. обеспечивает 30–42%. Парогазовые установки, Свой автомобиль Эванс оснастил 5-сильным паровым двигателем, который привогде используются «в связке» газовые и паровые дил в движение два из четырех колес, установленных в нижней части корпуса, выполненного в форме лодки, а также гребное колесо, смонтированное на корме. По турбины, имеют КПД до 55–65%. Последнее обописаниям длина амфибии составляла девять метров, а масса достигала 15 тонн. стоятельство подвигло инженеров компании BMW начать проработки вариантов использования этой схемы в автомобилях. К слову сказать, КПД современных бензиновых двигателей — 34%. Стоимость изготовления парового двигателя во все времена была ниже стоимости карбюраторного и дизельного моторов той же мощности. Расход жидкого топлива в новых паровых двигателях, работающих в замкнутом цикле на перегретом (сухом) пару и оснащённых современными системами смазки, качественными подшипниками и электронными системами регулирования рабочего цикла, составляет всего 40% от прежнего. Есть миф, что паровой автомобиль нетороплив и не эстетичен. Это не так. Рекорд скорости 1906 года — 205,44 км/час — принадлежит паровому автомобилю. В те годы автомобили на бензиновых моторах так быстро ездить не умели. В 1985м на паровом автомобиле разъезжали со скоростью 234,33 км/час. А в 2009 году группа британских инженеров сконструировала паротурбинный «болид» с паровым приводом мощностью 360 л. с., который был способен перемещаться с рекордной средней скоростью в заезде — 241,7 км/ В 1833 году ПАРОВОЙ ОМНИБУС ENTERPRISE , сконструированный Вальтером час. Что касается внешнего вида машин, дело Хэнкоком и принадлежавший London and Paddington Steam Carriage Co, начал курсировать по маршруту от Лондонской стены до района Пэддингтон. Максимальная тут, конечно, зависит от уровня дизайнера. Вряд скорость омнибуса составляла 32 километра в час, хотя обычно он ездил в два раза ли кто-то скажет, что паровые автомобили Абнемедленнее. Запас хода детища Хэнкока составлял от 16 до 32 километров. Столь ра Добля (США) некрасивы. Напротив, они элевнушительных для того времени показателей удалось добиться благодаря дополнигантны даже по теперешним представлениям. И тельным резервуарам с водой под пассажирскими креслами. Резервуары, кстати, вмещали до одной тонны жидкости. ездили к тому же бесшумно, плавно и быстро — 40

ОТКРЫТИЯ

ПАР-НОРМАЛЬНОЕ ЯВЛЕНИЕ

до 130 км/час. Интересно отметить и еще одно полезное свойство парового двигателя, которым он, кстати, схож с электромотором постоянного тока. Снижение частоты вращения вала (например, при возрастании нагрузки) вызывает рост крутящего момента. В силу этого свойства автомобилям с паровыми моторами принципиально не нужны коробки передач — сами по себе весьма сложные и порой капризные механизмы.

В прошлом веке автомобили с ДВС все же вытеснили паровые, так как паровой двигатель, насыщенный автоматикой, был дороже, чем ДВС, и при этом занимал довольно много места из-за необходимости иметь отдельный бак с водой. Токсичность же выхлопа в те времена никто не ограничивал. Но почему же механизмы на паровых двигателях должны оставаться открытиями прошлого и выдумками научных фантастов при современном уровне НТП?

СТИМПАНК В ДЕТАЛЯХ Несмотря на то, что жанр стимпанк относится к фантастике, он требует особой технической достоверности, чтобы выглядеть правдоподобно. Какие конструктивные элементы присутствуют в каждой паровой машине, для чего они служат и как работают? В стимпанке автор не может сослаться на искусственный интеллект, беспроводные технологии и изобретения будущего тысячелетия. Все конструкции должны быть выставлены на всеобщее обозрение и подчиняться простым законам механики, за каждое малейшее движение должен отвечать свой привод, рычаг, вентиль. Котел — центральный элемент любой паровой машины. Чаще всего он имеет круглую или цилиндрическую форму и занимает немало места. В герметичном котле кипит вода, образуется пар и накапливается необходимое для работы двигателя давление. Внутри большинства котлов имеются жаровые трубы. Горящий внутри них огонь помогает воде быстрее нагреваться и выделять больше пара. Водяной бак и насос. Размер котла должен соответствовать мощности двигателя, чтобы обеспечивать необходимое давление пара. Слишком большой котел неэффективен – зачем греть лишнюю воду, тратить драгоценное тепло, чтобы потом стравливать большую часть пара регулятором скорости? Если же котел мал, а поездка предстоит далекая, воду можно запасти в отдельном баке с насосом. Индикатор уровня воды. Для нормальной работы двигателя котел должен быть всегда наполнен водой минимум на три четверти. Индикатор уровня может представлять собой застекленное смотровое окно, проделанное прямо в стенке котла, или же прозрачную трубку, выведенную наружу по принципу сообщающихся сосудов. Предохранительный клапан. Крайне необходимый клапан, который выпускает пар, когда давление внутри котла становится слишком большим. Отсутствие или неисправность предохранительного клапана могут закончиться взрывом котла. Клапан располагается в верхней части котла – нам нужно стравливать пар, а не воду. Пар, выходящий через клапан, может быть направлен в дымоход. Топка. Чтобы преобразовать воду в пар, в топке можно сжигать все, что хорошо горит, — уголь, дрова, газ, керосин. Подача топлива должна регулироваться, обеспечивая точный контроль над мощностью двигателя. В случае с газом и жидким топливом с регулировкой отлично справляются вентили и клапаны, когда же речь идет об угле или дровах, роль клапана приходится исполнять кочегару. Для каждого вида топлива надо предусмотреть хранилище — баллон для газа, бак для керосина, контейнер для угля. Двигатель. Паровые двигатели могут иметь разное количество цилиндров разной конфигурации. Цилиндр – это главный элемент мотора, он скрывает поршень, который перемещается под давлением пара. Рядом с цилиндром располагается коллектор — клапан, который поочередно направляет пар с разных сторон поршня. И поршень, и коллектор соединяются с коленчатым валом практически одинаковыми шатунами. На коленчатом валу обязательно располагается тяжелый маховик. Он делает работу двигателя более плавной и исключает остановку в мертвой точке. Дымоход. Как в печке или камине, на паровой машине дымоход служит для вентиляции огня, который горит в топке и кипятит воду в котле. Дымоход может быть практически любого размера и формы. Иногда внутрь дымохода заводят выходную трубу с отработавшим паром от двигателя или прямо от котла, через клапан. Выход пара под давлением создает разрежение внутри дымохода, способствуя дополнительной воздушной тяге.

Несмотря на то, что ПАРОМОБИЛИ АБНЕРА И ДЖОНА ДОБЛОВ не стали самыми быстрыми, самыми первыми или самыми мощными, их автомобили можно действительно считать революционными, потому что они выглядели не как тележка с кастрюлей вместо багажника, а как обычные машины. Сначала родилась модель под названием Model A, а потом и Model B (на фото вверху), главным новшеством которой стал уникальный конденсатор для отработанного пара, выполненный в виде сотового радиатора. Благодаря этому запас хода на 90 литрах воды у Model B составлял от полутора до двух тысяч километров, тогда как прежде этого количества жидкости хватало лишь на 150 километров.

Если братья Доблы сосредоточились на гражданских паровых автомобилях, то были и те, кто стремился к созданию рекордных машин на кипящей воде. Например, братья Стенли. Их болид под название Stanley Rocket был готов к скоростным заездам в 1906 году.С первого же раза "Ракете" братьев Стенли с Марриоттом за рулем удалось разогнаться до 205,4 километра в час – на тот момент быстрее не ездил еще никто. Год спустя конструкторы и бесстрашный пилот решили преодолеть на паромобиле рубеж в 300 километров в час. Для этого давление пара, подаваемого из котла в двигатель, было увеличено с 70 до 90 бар.

ВЕНТИЛЯЦИЯ

«УНИВЕРСИТЕТСКАЯ ЖИЗНЬ» №3 (99)

ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА Современным жителям больших городов и их окраин крайне тяжело смириться с тем, что окружающая среда постоянно подвергается атакам, коренным образом влияющим на ее благосостояние. Воздух загрязняется выхлопами автомобилей, выбросами промышленных предприятий, а также всевозможными окисями азота. От этого страдает огромное количество людей, испытывающих затруднения при дыхании и имеющих другие проблемы со здоровьем, вызванные загрязнением атмосферы. На сегодняшний день показатель заболеваемости, обусловленной микробиологическим загрязнением воздушной среды, остается на высоком уровне. Большая часть бактерий передается именно воздушно-капельным путем, особенно в местах большого скопления людей. Именно по этой причине ученые всего мира бьются над решением данной проблемы. В некоторых компаниях активно используется система ультрафиолетового излучения, принцип действия которой основан на пропускании электрического разряда через разреженный газ, находящийся внутри герметичного корпуса. По конструкторскому исполнению облучатели подразделяются на три группы: открытые, комбинированные и закрытые. Открытые облучатели обычно крепятся к потолку или на стенну, комбинированные — исключительно к стене вне зависимости от того, входят ли в их конструкцию отражатели или нет. У открытых облучателей прямой бактерицидный поток охватывает широкую зону в пространстве вплоть до телесного угла. Они предназначаются для процесса обеззараживания помещений только в отсутствие людей или при их кратковременном пребывании. У закрытых облучателей лампы располагаются в небольшом замкнутом корпусе облучателя и бактерицидный поток не имеет выхода за пределы корпуса (отчего их иногда называют рециркуляторами). Именно поэтому облучатели могут применяться, когда в помещении находятся люди. Энергия бактерицидного потока дезактивирует большинство вирусов и бактерий, попадающих во внутренний блок вместе с воздушным потоком. Бактерицидные системы с совместной работой систем приточно-вытяжной вентиляции рекомендуется применять в помещениях с постоянным пребыванием большого числа людей либо групп людей со сниженным иммунным барьером для предотвращения распространения воздушно-капельных инфекций в режиме постоянной работы. В помещениях с отсутствием людей в ночное время, например в офисных зданиях, торговых центрах и т. д., возможно использование таких систем в периодическом режиме с выключением в нерабочее время для экономии энергоресурсов и увеличения срока службы ламп. Периодический режим работы следует предусматривать уже на стадии проектирования систем, при определении мощности. Бактерицидные системы, использующие непрерывные излучательные лампы, имеют малую эффективность стерилизации из-за сложности подбора необходимой дозы облучения и недостаточного уровня мощности. Крайне сложно учесть все параметры для единовременного воздействовия на весь спектр микроорганизмов и вирусов. Примечательно, что облучатель не может заменить воздухоочиститель. Эффект фильтрации у него отсутствует. Для осуществления фильтрации УФ облучатели включают в состав вентилирующих систем с различными фильтрами очистки. Но с ними тоже не все так просто. Во-первых, как правило, каждая технология создается для решения конкретной задачи — для

Cхема электрического фильтра (продольное сечение): 1. Система распределения газа; 2. Электрод сбора; 3. Поддерживающий изолятор; 4. камера изолятора; 5. Высоковольтное устройство; 6. Редукторный элетродвигатель; 7. Изоляционный вал; 8. Электрод разгрузки; 9. Ось отстукивания (электрод разгрузки); 10. Ось отстукивания (электрод сбора); 11. Стержень отстукивания; 12. Мультишариковый подшипник

борьбы с запахами, пылью, табачным дымом, для обеззараживания, фильтрации промышленных отходов, — но для решения других проблем не подходит. Во-вторых, всякая технология имеет свои слабые стороны. Какие бывают фильтры? Во-первых, пылевые. Они удаляют механические частицы (пыль, сажу, пыльцу растений, шерсть животных) из воздуха. Пылевые фильтры подразделяются по эффективности удержания частиц и по размеру улавливаемой пыли. В основном эти фильтры используются в воздухоочистителях как первая и предварительная ступень очистки. Принцип их действия основан на притяжении электрических зарядов разной полярности. Загрязненный воздух проходит через ионизационную камеру, в которой частицы приобретают электрический заряд. Электростатические фильтры — универсальны для очистки воздуха от аэрозолей и мелкой пыли. Содержащиеся в воздухе частицы пыли, аэрозолей заряжаются при прохождении через электрическое поле высокого напряжения и оседают на осадителях. Адсорбционные и угольные фильтры поглощают вредные газообразные вещества на поверхности угля или любого другого поглотителя. Метод применим только для газообразных загрязнителей, но качественно справляется со своей задачей. Легкие соединения, такие как оксид углерода или окислы азота, практически не адсорбируются на угольных фильтрах. ВЛАДИМИР БРИГИНЕЦ

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ

«УНИВЕРСИТЕТСКАЯ ЖИЗНЬ» №3 (99)

КАК НЕ ЗАБОЛЕТЬ ОТ КОНДИЦИОНЕРА В разгар летнего зноя, в душных офисах и уютных квартирах люди стараются спастись от палящего солнца посредством кондиционеров. Только это нехитрое изобретение способно вернуть радость и подарить поистине райское наслаждение каждому, кому посчастливилось пользоваться устройством. На сегодняшний день оно есть практически у каждой семьи, на каждом предприятии, однако ни для кого не секрет, что кондиционер способен причинить вред тем, кто пользуется им слишком часто. Получая, казалось бы, комфортные условия для жизнедеятельности, человек может очень легко простудиться. Больше всего от потоков холодного воздуха страдают горло, мышцы и нервные окончания. Из-за некомфортной температуры или неправильного размещения кондиционера снижается иммунитет и обостряются хронические заболевания. Самое неприятное заболевание — воспаление периферических нервов (неврит). Появляются боли, наблюдаетсямутрата или снижение чувствительности, нарушение двигательной функции — параличи и парезы. Необходимо срочное обращение к врачу для начала специального лечения, которое обеспечит быстрое и полное восстановление. При миозите характерны боли в мышцах, которые усиливаются при движениях, а также при прикосновении. Со временем возникает ограничение подвижности суставов. В этом случае без консультации специалиста и лечения не обойтись.

Схема портативного кондиционера Danby. Источник: searspartsdirect.com

Чтобы не сталкиваться с подобными проблемами, следует с особой тщательностью подходить к установке кондиционера в доме. Важны параметры устройства, место его нахождения и режим работы. Температура и скорость обдува — главные факторы, влияющие на уровень комфорта и безопасности. Если конструкция не предусматривает регулировку влажности, рекомендуется пользоваться увлажнителем воздуха. О том, куда будет дуть кондиционер, стоит подумать еще на стадии его установки. Обязательно следите за тем, как располагаются так называемые «шторки», обеспечивающие направление воздуха, выходящего из кондиционера. Принцип прост: ветер должен дуть куда угодно, только не на вас. Кроме того, кондиционер вполне можно оставлять включенным на ночь: спать с ним можно, а вот под ним не стоит. Во НА ЗАМЕТКУ: Если жара застала вас врасплох в душном, унылом офисном помещении, в котором нет кондиционера, не расстраивайтесь. Кондиционер можно сотворить своими руками. Для этого вам понадобится всего-навсего несколько бутылок с холодной водой, выставленных в ряд, с промежуточным интервалом в 1.5 см, а за ними расположить вентилятор, который будет обдувать охлажденные сосуды, даря вам равномерную прохладу.

сне наше тело долго находится в статичной позе, и если в такой ситуации на него направлен поток воздуха — любого, не обязательно откровенно холодного, — легко можно заработать и миозит, а также получить проблемы с позвоночником. «Необходимо избегать слишком большого различия температуры в комнате и на улице. Разница температур должна быть не больше 7°C. Температура в помещении не должна выходить за пределы температуры комфорта, а это для взрослых 18-22°C, иначе риск возникновения простудных заболеваний увеличивается в разы», — отмечает Анатолий Тютюник, врач высшей категории общей практики семейной медицины многопрофильной поликлиники Into-Sana. Не увлекайтесь и не превращайте помещение в Арктику — установите температуру всего на 2–3 градуса ниже, чем на улице, через несколько часов можно снизить ее еще на пару градусов, но не более того, чтобы не было резкого перепада температур. То же самое касается использования систем климат-контроля в автомобилях. Как показывает практика, постоянными «летними» пациентами терапевтов с диагнозом ангина являются владельцы автомобилей, салоны которых оснащены кондиционерами и современными системами климатконтроля. Частые перепады температуры «улица-салон автомобиля», игнорирование правил пользования кондиционером являются главными причинами неприятностей, которых можно было бы избежать, придерживаясь простых правил. А вообще, кондиционер мало купить, установить и радоваться жизни — его нужно регулярно чистить, иначе рано или поздно он начнет источать неприятный запах и, более того, распространять не только прохладу, но и болезнетворные бактерии.

Схема осушителя воздуха Honeywell TrueDRY™ DR120. Источник:freepatentsonline.com

Даже если есть кондиционер, помещение все равно нужно проветривать – ваш агрегат лишь гоняет один и тот же воздух, охлаждая его. Если же в комнате (например, на работе) появится кто-то с ОРЗ, без проветривания для остальных повышается риск заражения. Но открывать окна можно, только выключив кондиционер, и наоборот. Не нужно сидеть в непосредственной близости к агрегату — вы не должны чувствовать никаких дуновений, только комфортную температуру.

ВЕНТИЛЯЦИЯ

ТЕКСТ: СВЕТЛАНА ЕПИШЕВА

ВОЗДУШНАЯ ТРЕВОГА Каким образом обеспечивается потребность человека в чистом воздухе там, где нельзя просто открыть форточку и где нет возможности выйти на улицу? Например, на подводных лодках, космических кораблях и полярных станциях? Солнечные батареи SPP (научноэнергетическая платформа

ERA (европейский робот-манипулятор)

ATV (автоматический транспортный корабль) «Жюль-Верн»

Ферма P6

Ферма P5

Ферма P4 Радиатор охлаждения Сервисный модуль Звезда

Ферма P1

Функциональный грузовой модуль Заря

Радиатор охлаждения Солнечные батареи

Ферма P3

Ферма S0

Ферма Z1

Ферма S1 Стыковочный адаптер Открытые платформы «Экспресс»

Ферма S4

Ферма S5

Универсальный воздушный шлюз «Квест» Дистанционный манипулятор

Университаль ный стыковочный модуль RM 2

Ферма S6

модуль центрифуг

Эксперементальноскладской модуль Открытая платформа

лаборатория «Дестини»

RM (исследовательский модуль) 1

Ферма S3

Дистанционный манипулятор

Модуль «Юнити»

модуль «Хармони» Стыковочноскладской модуль

Эксперементальный модуль «Кибо» Стыковочный адаптер

лаборатория «Коламбус»

Многоцелевой грузовой модуль

Node 3 (Модуль «Спокойствие») Жилой модуль

Космический корбаль «Союз» Космический корбаль «Прогресс»

На схеме вверху — конфигурация МКС. На станции за системы жизнеобеспечения отвечает модуль Tranquility — «Спокойствие». Он содержит самую совершенную в истории систему очистки воздуха, способную производить кислород для дыхания. Она также может перерабатывать жидкие отходы в воду, пригодную для бытового использования.

Пилотируемый возвращаемый корабль CRV

Слово «вентиляция» на латинском означает «проветривание». Мы под этим термином понимаем регулируемый воздухообмен, то есть процесс удаления из помещения отработанного воздуха и его замены наружным. Этим же термином именуют системы, предназначенные для такого воздухообмена. Существует несколько способов классифицировать системы вентиляции. По способу побуждения перемещения воздуха выде-

Обсерватория «Кьюпола»

ляют естественные и искусственные (механические) системы; по способу организации воздухообмена — общеобменные, местные, смешанные, аварийные, противодымные; по назначению — приточные и вытяжные. Выбор системы вентиляции зависит от назначения помещения, характера вредных выделений, возникающих в нем, и схемы движения воздушных потоков внутри здания. Очевидно, что качество воздуха имеет большое 44

значение: не просто самочувствие — жизнь человека зависит от того, чем он дышит. Вентиляция поддерживает химическое состояние воздуха, отвечающее требованиям санитарии и гигиены. С ее помощью можно устранить такие негативные факторы, как избыточная влажность воздуха, наличие в нем пыли и вредных веществ, различных газов, паров и вредных посторонних примесей. Для этого, однако, как отмечают многие исследователи, мало наладить воздухообмен между внутренними помещениями и внешней средой — необходимо правильно скоординиро-

«УНИВЕРСИТЕТСКАЯ ЖИЗНЬ» №3 (99)

вать перемещение воздушных масс внутри здания. Даже в обычной квартире, где не установлены искусственные системы вентиляции, всегда применяется ее самый распространенный естественный вид — открытые форточка или окно. Регулярное проветривание необходимо, так как в процессе дыхания человек выделяет углекислый газ, пары воды и другие вещества, а на вдохе поглощает из воздуха кислород. Каким же образом обеспечивается потребность человека в чистом воздухе там, где нельзя открыть форточку и где нет возможности выйти подышать на улицу? Например, на подводных лодках? Еще на первом подводном судне голландца К. Дреббеля, построенном в начале XVII века, для поглощения испорченного дыханием воздуха приготовлялась специальная жидкость, рецепт которой, к сожалению, не сохранился до наших дней. Долгое время отсутствие притока воздуха на подводных лодках не давало нормально работать дизельным двигателям — их можно было запускать только будучи на поверхности. В подводном состоянии для движения лодки использовались аккумуляторы, что, естественно, резко снижало скорость субмарины, ее маневренность и иные боевые качества. Проблема вентиляции и кондиционирования на субмаринах важна и с тактической точки зрения — от ее эффективности зависит продолжительность пребывания экипажа под водой. Известно, например, что в начале Второй мировой войны подводные лодки находились в состоянии погружения немногим более 5% от общего времени нахождения в море. Однако развитие радиолокации и авианосной авиации делало надводное положение лодки опасным. Поэтому конструкторы отчаянно пы-

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

тались найти способ оснастить субмарины системами вентиляции отсеков атмосферным воздухом, которые, к тому же, не мешали бы работе двигателей под водой. В результате таких попыток немецкими конструкторами было создано устройство для работы дизеля под водой (РДП, или, в немецком варианте, «Schnorchel» — «шноркель»). Его суть заключалась в особой конструкции вентиляционной системы: газоотводные коллекторы двигателей подняли до перископного уровня, для подачи воздуха к двигателям в носовой части установили трубы, ведущие к воздуховоду приточного вентилятора, нагнетающего воздух в дизельный отсек. Эффективность такого устройства позволила увеличить продолжительность подводного пребывания субмарины до 20% от времени ее пребывания в море. Следующим улучшением стали системы регенерации (восстановления) воздуха. Они забирают из него вредные газы и обогащают уже очищенный воздух кислородом. Данные системы состоят из приборов регенерации и регенерационных патронов (РП). Вещество в регенерационных патронах поглощает углекислый газ и выделяет кислород одновременно, не имея при этом вредных продуктов распада. Системы регенерации используются и на современных подводных лодках — как дизельных, так и атомных — наряду с системами молекулярных фильтров. Они нагревают воздух до температур, при которых происходит окисление угарного газа и водорода. Затем газоочистители поглощают вредные вещества. Пополнение запасов кислорода осуществляется с помощью специальных кислородных установок. Разумеется, воздух, очищаемый и вырабатываемый на субмарине, все-таки искусственный, синтетический,

поэтому во время нахождения лодки в порту для вентиляции и замены внутреннего воздуха субмарины используется береговое оборудование. Не зря у подводников существует термин «продышаться», означающий возможность естественной вентиляции при всплытии лодки на поверхность. Зато современные субмарины могут находиться в подводном плавании практически неограниченное время. И этому они обязаны не только энергии атома, но и современным вентиляционным техническим решениям. Сложные системы вентиляции требуются и на космических кораблях, особенно на тех, что предназначены для продолжительных космических экспедиций. В космосе не получится даже «продышаться», к тому же доставка больших запасов кислорода на орбиту осложняется необходимостью четко контролировать вес доставляемого груза — перегрузки невозможны. Первоначально на кораблях типа «Восток» и «Восход» системы обеспечения жизнедеятельности космонавтов базировались на пополнении запасов кислорода и воздуха из баллонов высокого давления, а удаление двуокиси углерода осуществлялось путем химической реакции. Состав воздуха контролировался газоанализаторами. Со временем численность экипажей таких станций увеличивалась, как и продолжительность их пребывания на орбите. Это обусловило необходимость разработки новых систем обеспечения жизнедеятельности, основанных на нормах потребления человеком воды и воздуха. Первоначально экспериментальные системы обеспечения жизнедеятельности были апробированы в земных условиях, а затем внедрены на станциях «Мир» и МКС. Сейчас там работают такие системы, как «СРВК» (система регенерации 45

воды из конденсата атмосферной влаги), «Электрон» (система генерирования кислорода электролизом воды), «БМП» (блок удаления вредных микропримесей), «Воздух» (система удаления диоксида углерода) и др. Электролиз воды в системе «Электрон» происходит с помощью надперекисных соединений щелочных металлов, в частности — надперекиси калия, вступающей в химическую реакцию с углекислым газом, в результате чего выделяется кислород. Через полые конструкции прокачивается воздух жилых помещений. Проблема очистки воздуха от примесей в космосе решается путем химической фильтрации с помощью мембранных и обычных фильтров. Воздух жилых помещений прокачивается через систему полых не силовых элементов космического корабля. В условиях экстремально низких температур, например тех, что наблюдаются на Южном и Северном полюсах, в системах вентиляции применяются рекуператоры. Суть любого рекуператора заключается в выполнении функции теплообмена, что явствует из названия (от лат. recuperator — получающий обратно, возвращающий). В условиях предельно низких температур рекуператор воздуха позволяет употребить тепло использованных воздушных масс для обогрева поступающих холодных масс. Конструктивно рекуператоры могут быть самыми разными — трубчатыми, пластинчатыми, ребристыми и др., а вот принцип действия всегда один и тот же: «отработанный», нуждающийся в очищении, но теплый воздух из помещения по системе воздуховодов попадает в специальный теплообменник, в котором он нагревает свежий холодный воздух с улицы, затем поступает в помещение, уже будучи нагретым до комфортных значений.

ИСТОРИЯ ВЕНТИЛЯЦИИ Отдельные приемы организованной вентиляции закрытых помещений применялись ещё в древности. А первым прообразом современного вентилятора был, как легко предположить, обыкновенный веер или опахало, использовавшееся еще фараонами. Видимо, людей долго устраивала существующая ситуация, потому что прогресс, казалось бы, обходил стороной вентиляторы и вентиляцию в целом, ведь первые прообразы современных поршневых насосов были сконструированы еще несколько тысячелетий назад в древнем Риме. Как бы то ни было, до XVIII века вентиляция помещений сводилась, как правило, к естественному проветриванию. Бурное развитие механической вентиляции в середине XVIII века было вызвано популяризацией миазматической концепции распространения заболеваний. Миазм или миазма (от древнегреческого µίασµα — «загрязнение») — медицинский термин, которым вплоть до конца XIX века обозначались обитающие в окружающей среде «заразительные начала», о природе которых ничего не было известно. До открытия болезнетворных микроорганизмов врачи полагали, что причинами заразных болезней могут быть продукты гниения. Считалось, что, испаряясь из очагов своего образования, миазмы проникают в воздух, таким образом попадают в организм человека и вызывают болезнь. Поэтому воздух старались не «застаивать», часто проветривали, открывая все окна нараспашку. В начале XIX века получает развитие вентиляция с тепловым побуждением воздуха. Ее принцип заключается в размещении источника огня у вентилятора, который будет заставлять воздух циркулировать. Моду задал английский инженер Джон Теофил Дезагюлье, установив такие «миникостры» в вентиляционных трубах на крыше палаты общин. В то же время, отечественные ученые отмечали несовершенство такого рода побуждения и связанные с ним большие расходы теплоты. Академик Эмилий Христианович Ленц указывал, что полная вентиляция может быть достигнута только механическим способом. Несмотря на это, совсем скоро, начиная с лондонского театра Ковент Гарден, дизайн газовых люстр в общественных местах разрабатывался специально для вентиляционных целей. Но люди продолжали гибнуть от неизвестных болезней. Особенно остро вопрос чистого воздуха стоял в тюрьмах, где подчас вспыхивали целые эпидемии. Так, в 1850 году в Ньюгейтской тюрьме Лондона разразилась эпидемия тифа. Умирали не только заключенные, но и работники

Текст: ЮЛИЯ ХАЦЬКО. Иллюстрации: picphotos.net

исправительного заведения. Пытаясь найти выход из сложившейся ситуации, начальник тюрьмы обратился к Стивену Хейлу, английскому викарию, человеку, который впервые измерил кровеносное давление. Хейл понял, что для избавления от «ньюгейской лихорадки» необходимо придумать способ проветривания внутренних помещений тюрьмы. Проблема была решена установкой на крыше здания ветряных мельниц, энергия которых приводила в действие огромные меха, нагнетавшие в камеры свежий воздух и высасывавшие грязный. Это, между прочим, принцип современных приточно-вытяжных вентиляционных систем. Дэвид Босвелл Рейд был призван выступить перед парламентской комиссией по предлагаемым архитектурным проектам для нового здания палаты общин после того, как старое сгорело во время пожара в 1834 году. В январе 1840 Рейд был принят в комитет палаты лордов, занимающийся строительством новых зданий для палат английского парламента в Вестминстере, в качестве инженера по вентиляции. Разработанная им система была очень продвинутой по тем временам: воздух втягивался в подземное помещение, где он подвергался нагреву или охлаждению (в зависимости от сезона). Затем он выпускался в камеру и через тысячи маленьких отверстий, пробуренных в потолке, проникал в основную часть

Центральная башня Вестминстерского дворца — на самом деле восьмиугольный шпиль для проветривания, часть вентиляционной системы Рида. А об эстетической маскировке подобной функциональности позаботился архитектор Чарльз Барри.

здания с помощью специального вентиляционного огня. Не смог Рейд обойти стороной и ставшую популярной энергию пара, снабдив вентиляционную систему госпиталя Святого Георгия в Ливерпуле четырьмя вентиляторами на паровой тяге. Стоит отметить, что некоторые системы Рейда работают и по сей день, за что лорд Вейд Чарльтон во время общественных обсуждений назвал его «Доктор Рейд-вентилятор». Не менее весомый вклад в развитие вентиляционных систем внес русский военный инженер Александр Александрович Саблуков, создавший в 1832 году первый центробежный вентилятор. В отличие от осевых, чьи предки служили для создания освежающего ветерка, предки вентиляторов радиальных использовались для перемещения больших объемов воздуха именно на технологические нужды. Прародителем этого типа вентиляторов можно считать одноступенчатый компрессор Герике, изобретенный в 1640 году. Вентилятор Саблукова представлял из себя цилиндрический кожух с двухсторонним всасыванием, внутри которого располагалось колесо с четырьмя прямыми лопатками. Приводился в движение двумя людьми и обеспечивал подачу 2000 м3/ч свежего воздуха. Эта конструкция сразу нашла применение на кожевенных и сахарных заводах. В 1835 году вентилятор Саблукова был применен для проветривания Чагирского рудника на Алтае, затем он начал использоваться для вентиляции помещений, трюмов кораблей, для ускорения сушки, испарения и т.д. Позднее Саблуков усовершенствовал свой вентилятор и в 1838 году изобрел первый центробежный насос. Изобретения Саблукова приобрели широкую популярность как в России, так и за рубежом. Следующим серьезным шагом стало изобретение Гансом Остбергом в 70-х годах двадцатого века канальных вентиляторов. Сейчас фирма, созданная им, является одним из крупнейших производителей вентиляторов. Изобретателем первого осевого вентилятора с электрическим двигателем является Томас Эдисон. Много позднее, в 1882 году, Филипп Диль изобрел потолочный вентилятор, но окончательный свой вид, который мы сегодня наблюдаем, осевые вентиляторы приняли лишь после создания Николаем Егоровичем Жуковским в 1906 году вихревой теории крыла. Это знакомые нам комнатные вентиляторы, дешевые, мобильные и просто незаменимые летом, если нет кондиционера. Так же есть промышленные осевые вентиляторы, используемые для различных технологических целей.

УНИВЕРСИТЕТСКАЯ ЖИЗНЬ

МАРТ 2014

Фото: bccomfort.com

ВАКАНСИИ Московский государственный университет технологий и управления объявляет конкурс на замещение вакантных должностей профессорско-преподавательского состава по кафедрам: Технология переработки зерна, хлебопекарного и макаронного производств: - доцент (1); - профессор (1); Уголовно-правовые дисциплины: - профессор (1); Предпринимательское (хозяйственное) и финансовое право: - доцент (2); Государственное и международное право: - профессор (1); Гражданское право и процесс: - профессор (1); Высшая математика: - доцент (2); Теоретическая механика и инженерная графика: - профессор (1); - ассистент (1); Машины, аппараты и процессы пищевых производств: - старший преподаватель (1); Дизайн: - профессор (1); - старший преподаватель (4); Безопасность жизнедеятельности и охрана труда: - доцент (1); - профессор (2); - старший преподаватель (2); Экономика и управление территориальными кластерами: - доцент (1); - профессор (1); - старший преподаватель (1); Теоретическая экономика: - доцент (1); Финансы и кредит:

- доцент (1); - профессор (1); Экономика и управление на предприятиях малого и среднего бизнеса: - доцент (1); - ассистент (2); Технология продуктов питания и экспертиза товаров: - профессор (2); - ассистент (2); Иностранные языки: - старший преподаватель (1); История: - доцент (2); - старший преподаватель (1); Педагогика и психология: - доцент (1); - профессор (1); Биоэкология и ихтиология: - профессор (1); Технология и товароведение швейных изделий: - доцент (2); Технология кожи, меха и изделий из кожи: - доцент (2); Электротехника, проектирование машин и автоматов: - старший преподаватель (1); Управление персоналом: - профессор (1); Срок подачи заявления - месяц со дня публикации. Заявление и документы, согласно положению о конкурсах, отправляют по адресу: 109004, Москва, Земляной Вал, 73, МГУТУ. Телефон: 8 (495) 915-29-09, 8 (495) 915-36-86.

Учредитель: ФГБОУ ВПО МГУТУ им. К.Г. Разумовского. Свидетельство о регистрации средства массовой информации Федеральной службы по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций ПИ NoФС77–36363 от 21 мая 2009 г. Выпуск № 3 (99) 2014 г. Подписано в печать: 4 марта 2014 года Типография: ООО «Типография Принт-сервис», Санкт-Петербург, Пироговская набережная, дом 17, корпус 6 литера А. Тираж 2000 экземпляров. Распространяется бесплатно. Главный редактор: Егор Егоров Дизайн и верстка: Юлия Хацько Фото: Ирина Шадрина Корреспонденты: Владимир Бригинец, Светлана Епишева, Юлия Хацько, Ксения Кузнецова, Вика Малеванная, Анна Зотова Адрес редакции и издателя: г. Москва, Земляной Вал, д. 73, каб. 38. Тел.: 8 (495) 640 5436 доб.166 e-mail: ug@mgutm.ru ПРИЕМНАЯ КОМИССИЯ: тел.: (495) 915–52–10 Журнал распространяется в городах: Волоколамск, Вязьма, Калининград, Липецк, Ложки, Мелеуз, Москва, Нижний Новгород, Омск, Орехово-Зуево, Ростов-на-Дону, Самара, Серпухов, Смоленск, Светлый Яр, Тверь, Темрюк, Ульяновск, Унеча Полная версия доступна на сайте mgutm.ru/jurnal