1 of 24

Разработка и исследование системы озонирования для обувного стеллажа�

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

Разработчики:

Буевич Татьяна Владимировна

заведующий кафедрой инженерной физики

Буевич Артур Эдуардович

доцент кафедры инженерной физики

Бушунова Анна Михайловна

Теплякова Виктория Александровна

Томашевич Алена Сергеевна

студенты 2 курса факультета математики и

информационных технологий

2 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

Актуальность: Проблема экологической чистоты населенных пунктов актуальна.

Объектом исследования является общежитие, где проживает большое количество людей и имеется особая потребность в очистке воздуха. В каждой комнате для хранения обуви используются полочки разных размеров.

Многие сталкивались с ситуацией, когда после долгого ношения обуви образуется неприятный стойкий запах.

Разработка устройства бесконтактной дезинфекции обуви позволит обеспечить легкий уход за обувью, исключить причину возникновения запаха и улучшить условия проживания людей.

3 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

Цель: Разработать простое устройство, которое в автономном режиме способно генерировать озон в концентрации, необходимой для дезинфекции обуви и безопасной для людей.

Задачи: Разработать способ озонирования обуви в жилых помещениях малой площади, таких как комната в общежитии.

Материалы и методы: Работа основана на результатах анализа научно-технической информации по устройству и принципам действия озонаторов; областей их применения; исследования условий общежитий.

4 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

Область применения:

Студенческие общежития, боулинг, прокат спортивной обуви.

Достигнутые результаты:

разработана конструкция обувного стеллажа с озонатором,
рассчитаны режимы озонирования для выбранного объёма,
разработана компоновочная схема, рассчитаны и подобраны компоненты озонатора,
рассчитан объём и изготовлен защитный чехол, проверена его эффективность,
проведены успешные предварительные испытания.

5 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

Преимущества озонирования:

- Озон уничтожает все известные микроорганизмы: вирусы, бактерии, грибки, их споры и т. д. Причем в 300–3000 раз быстрее, чем любые другие дезинфекторы.

- Не существует и не может возникнуть устойчивых к озону форм микробов.

- Остаточный озон стерилизует поверхность резервуара.

- Озон действует очень быстро – в течение секунд.

- Озон удаляет неприятные запахи и привкусы.

- Озонирование не придаёт дополнительных вкусов и запахов.

6 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

Принцип озонирования:

- В молекуле кислорода два атома кислорода O₂.

- Электрический разряд разбивает молекулу на атомы.

- Свободные атомы и другими молекулами формируют новые трехатомные молекулы озона O₃.

- В молекуле озона O₃ связь между атомами слабая. Один из атомов легко отделяется и быстро присоединяется к чему-то ещё.

- Происходит окисление. Органика разрушается с образованием воды и углекислого газа.

- В результате окисления уничтожаются микроорганизмы и вирусы, устраняются неприятные запахи.

7 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

Вред озона: озон – сильный яд.

По параметрам токсичности озон относится к 1 классу опасности. В соответствии с ГОСТ 12.1.007-76:

- предельно допустимая концентрация (ПДК) озона в воздухе рабочей зоны – 0,1 мг/м³,

- максимальная разовая ПДК озона в атмосферном воздухе – 0,16 мг/м³,

- средняя суточная ПДК озона в атмосферном воздухе – 0,03 мг/м³.

При вдыхании высоких концентраций O₃ (9 мг/м³) и выше может появиться кашель, раздражение глаз, головная боль, головокружение и загрудинные боли.

При этом, когда человек чувствует запах O₃ длительное время - концентрация O₃ только приближается к значению, которое все еще в 2-3 раза ниже ПДК.

Характерный запах озона органолептический начинает ощущаться уже при концентрациях 0,004-0,015 мг/м³, т.е. существенно ниже гигиенического норматива. Поэтому во внештатной ситуации человек, работающий с озоном, может без вреда для здоровья отключить установку, включить вентиляцию и покинуть помещение до полного его проветривания.

Человек, который только начал ощущать запах озона – это раз в 10 ниже предельно допустимой разовой концентрации. Но если человек чётко чувствуется запах озона в течении длительного времени это означает, что концентрация приближается к значению, которое все еще в два три раза ниже ПДК.

�

8 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

Озонатор устанавливается на обувной стеллаж, который закрывается мешком из нетканого материала для улучшения экспонирования озоном и препятствия проникновению озона в остальное помещение.

Габаритные размеры обувного стеллажа:

- ширина – 79 см,

- глубина – 33 см,

- высота – 59 см,

- объём – 0,154 м³.

Технические параметры озонатора:

- напряжение питания 5В,

- мощность 0.03 Вт,

- производительность генерации озона 2 мг/час,

- емкость батареи для автономной работы 500 mAh,

- зарядка генератора озона с помощью разъёма micro USB и любого зарядного устройства от телефона

9 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

Расчет времени работы озонатора для получения ПДК

Время работы Т:

T=2*(K*V)/P,

где:

2 – коэффициент, который учитывает время полураспада;

K– целевая концентрация;

V – объём места экспонирования озоном;

P – производительность генератора озона;

T – время работы озонатора.

10 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

Вычислим время работы генератора для получения максимально допустимой концентрации К=0,16 мг/м³ согласно ГОСТ в объёме обувного стеллажа V=0,154 м³ при производительности генератора озона Р=2 мг/час :

T=2*(0,16 мг/м³ *0,154 м³)/ 2 мг/час = 0,246 часа.

При периоде полураспада озона 7 минут концентрация озона после периодов полураспада:

- 1 период: 0,16 мг/м³/2 = 0,8 мг/м³

- 2 период: 0,8 мг/м³/2 = 0,4 мг/м³

- 3 период: 0,4 мг/м³/2 = 0,2 мг/м³

- 4 период: 0,2 мг/м³/2 = 0,1 мг/м³

Принимаем время паузы озонатора для разложения озона 30 минут.

11 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

Режимы работы озонатора

За основной режим работы принимаем режим

«15 минут на 30 минут»:

- время работы озонатора – 15 минут;

- время паузы – 30 минут;

- общее время экспонирования озоном – 45 минут.

Плата управления озонатором позволяет установить 3 режима работы. Для увеличения функциональных возможностей добавляем два дополнительных режима:

«5 минут на 30 минут»,

«30 минут на 30».

12 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

Расчет концентрации озона для режима

«5 минут на 30 минут»:

K=T*P/(2*V),

где: 2 – коэффициент, который учитывает время полураспада озона; K – целевая концентрация; V – объём места экспонирования озоном; P – производительность генератора озона; T – время работы озонатора.

K5мин=1/12 часа*2 мг/час /(2*0,154 м³) = 0,054 мг/м³

При режиме работы «5 минут на 30 минут» концентрация в заданном объёме не превысит концентрацию ПДК, установленную ГОСТ.

13 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

Расчет концентрации озона для режима

«30 минут на 30 минут»:

K30мин=1/2 часа*2 мг/час /(2*0,154 м³) = 0,325 мг/м³

Концентрация озона после 30-и минутного перерыва:

- 1 период: 0,325 мг/м³/2 = 0,163 мг/м³

- 2 период: 0,163 мг/м³/2 = 0,82 мг/м³

- 3 период: 0,82 мг/м³/2 = 0,41 мг/м³

- 4 период: 0,41 мг/м³/2 = 0,2 мг/м³

При режиме работы «30 минут на 30 минут» концентрация за 4 цикла полураспада в заданном объёме снизится до 0,2 мг/м³, что выше допустимой ПДК.

14 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

Конструкция озонатора

15 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

Режимы работы озонатора

Режимы работы озонатора показаны на рисунке 2. При первом нажатии кнопки 1 на плате заряда и управления включится светодиод 1 и режим работы «5 минут на 30 минут». После второго нажатия кнопки 1 включится светодиод 2. Это означает, что озонатор работает в основном режиме «15 минут на 30 минут» с общим временем экспонирования 45 минут. Нажатие на кнопку 1 в третий раз переводит озонатор в режим «30 минут на 30 минут». В этом режиме светятся оба светодиода 1 и 2. Нажатие на кнопку 1 в четвертый раз выключает озонатор.

16 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

Режим зарядки аккумулятора озонатора

17 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

18 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

Генератор озона

Генератор озона состоит из двух полюсов, отрицательного 4 и трех положительных электродов 1,2 и 3. Отрицательный полюс 4 изготовлен в виде пластины с тремя отверстиями, строго по центру этих отверстий расположены положительные электроды 1,2 и 3. Между электродами 1,2 и 3 и пластиной 4 происходит пробой воздушного диэлектрика с постоянным горением электрической дуги. На рисунке показано горение дуги голубым свечением на конце электрода. Также если устройство поднести к уху, то можно услышать звук электрических разрядов.

19 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

Установка обувного стеллажа в мешок

20 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

21 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

22 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

23 of 24

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ

Технические и экономические преимущества, социальная значимость, инновационные аспекты

Простота: Компоненты доступные и недорогие.

Универсальность: Основное устройство – озонатор, может размещаться на обувных стеллажах любого размера. Для закрепления – магниты. Меняется только чехол из нетканого материала, который имеет незначительную стоимость.

Безопасность: Чехол, который закрывает обувной стеллаж, повышает эффективность экспонирования обуви озоном и исключает загрязнение озоном жилого помещения.

Стоимость деталей озонатора и материала для изготовления чехла составляет около 30-40 белорусских рублей.

24 of 24

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

ФАКУЛЬТЕТ�МАТЕМАТИКИ �И ИНФОРМАЦИОННЫХ�ТЕХНОЛОГИЙ