Сергей Хохлов - Экзамен на разумность

При потреблении 1 (н) л кислорода (количество потребляемого кислорода, как и выделяемого углекислого газа, обычно измеряется в так называемых «нормальных литрах» (н) л, приведенных к нормальным условиям при давлении 101,3 кПа и температуре 0 °С) человек выделяет примерно 19–21 кДж (4,6–5 ккал) тепла. В среднем может быть принят энергетический эквивалент 1 (н) л кислорода 20 кДж, а 1 г кислорода — 14 кдж.

Потребление кислорода в среднем на одного человека составляет 22 (н) л/ч или 528 (н) л/сут.

Человеку массой порядка 80 кг потребуется в среднем 26,4 (н) л/ч.

Средние экспериментальные данные о легочной вентиляции, истинном количестве потребляемого кислорода и тепловыделении приведены в нижеследующей таблице:

Углекислый газ

Содержание диоксида углерода в атмосферном воздухе Земли относительно постоянно и составляет 0,03–0,04 %. Содержание диоксида углерода в городском воздухе может быть выше, чем в чистой атмосфере, и составлять до 0,05 %.

При вдыхании больших концентраций углекислого газа нарушаются окислительно-восстановительные процессы. Чем больше диоксида углерода во вдыхаемом воздухе, тем меньше его может выделить организм. Накопление диоксида углерода в крови и тканях ведет к развитию тканевой аноксии. При увеличении содержания углекислого газа во вдыхаемом воздухе до 3–4 % отмечаются симптомы интоксикации, при 8 % возникает тяжелое отравление и наступает смерть.

ПДК диоксида углерода в воздухе лечебных учреждений равна 0,07 %, а в воздухе жилых и общественных зданий — 0,1 %. Последняя величина принимается в качестве расчетной при определении эффективности вентиляции жилых и общественных зданий.

Азот

Азот по количественному содержанию является наиболее существенной частью атмосферного воздуха.

Азот принадлежит к инертным газам, он не поддерживает дыхание и горение, жизнь в атмосфере чистого азота невозможна. Однако в природе нашей планеты происходит его круговорот. Азот усваивается некоторыми видами бактерий почвы, а также сине-зелеными водорослями.

Азот является своеобразным разбавителем кислорода, выполняя в этой связи жизненно важную функцию, т. к. дыхание чистым кислородом приводит к необратимым изменениям в организме. При этом отмечено, что его повышенное содержание во вдыхаемом воздухе способствует наступлению гипоксии и асфиксии вследствие снижения парциального давления кислорода. При увеличении содержания азота до 93 % наступает смерть. Наиболее выраженные неблагоприятные свойства азот проявляет в условиях повышенного давления, что связано с его наркотическим действием. Известна также его роль в происхождении кессонной болезни.

Принципиальная схема газовых потоков ТБС

Рис. 1. Схема газовых потоков ТБС.

Обозначения на схеме:

1 — Блок газоразделительного оборудования.

2 — Камеры составления воздушной смеси.

3 — Блок водорослей.

4 — Химические производства.

5 — Жилая зона.

6 — Камеры промежуточного обогащения воздуха кислородом и удаления углекислого газа.

7 — Рабочая зона.

8 — Зона растениеводства.

Описание схемы:

Потоки газов обозначены на схеме буквой «П» с соответствующими индексами.

В ТБС поступает смесь газов из атмосферы Марса. Состав смеси представлен в таблице 2.

В Блоке газоразделительного оборудования (1) происходит разделение атмосферной смеси на составляющие ее газы, которые частично поступают в Камеры составления воздушной смеси (2) (П-3, состоящий из O 2, N 2, Ar) для приготовления пригодной для дыхания человека и животных воздушной смеси, частично идут в химическое производство (4) (П-1, состоящий из CO 2, а также CO и других вредных для дыхания примесей), частично идут в Блок водорослей (3) (П-2, состоящий из CO 2, N 2, O 2). В Блоке водорослей (3) происходит переработка CO 2в органическое вещество и O 2, который вместе с газовой смесью с участием азота поступает в Камеры составления воздушной смеси (2) (П-4, состоящий из O 2). В Камере составления воздушной смеси (2) из поступающих газов составляется дыхательная смесь, соответствующая составу земной атмосферы (газовый состав сухой земной атмосферы дан ниже, см табл. 3). Воздух после составления идет в Жилую зону (5); таким образом, проходящий через нее воздух будет соответствующим земному эталону. Из Жилой зоны (5) через Камеры промежуточного обогащения воздуха кислородом (6) воздух поступает в Рабочую зону (7) и далее идет в Зону растениеводства (8), где, в отличие от прочих зон (Жилой, где состав воздуха соответствует земному эталону и Рабочей, где состав воздуха близок к земному эталону), газовый состав может иметь меньшее содержание кислорода и большее — углекислого газа, т. к. условия в этой зоне должны быть рассчитаны на благоприятный режим для роста и развития растительной массы. В определенных случаях (масштабные сезонные работы, к примеру — сбор урожая) в секциях Зоны растениеводства (8) могут быть устраиваемы нормальные условия с составом воздуха, соответствующим земному, но в остальное время для этой зоны представляется более выгодным режим, когда отработанный в других зонах воздух поступает туда без дополнительного обогащения кислородом.

Воздух из Зоны растениеводства (8) отбирается в Камеры промежуточного обогащения кислородом и удаления углекислого газа (6), а также частично изымается из системы. Изымаемый воздух направляется на Блок газоразделительного оборудования (1) (П-7, состоящий из CO 2, O 2, N 2, Ar). Таким образом, с одной стороны, в предложенном варианте в системе имеется некоторый внутренний круговорот, который призван уменьшить затраты энергии на газоразделение, а с другой — в Жилой зоне (5) состав воздуха всегда соответствует эталонному.