Еще в XVII веке, выполняя опыт с разложением солнечного луча в трехгранной призме на монохроматические полосы, Исаак Ньютон допускал существование в нем иных лучей, отличных от семи основных, различимых глазом. Но подобрать физический опыт, способный доказать это, оказалось непросто. Изобретение Христианом Гюйгенсом и Робертом Гуком жидкостного термометра позволило доказать наличие в солнечном спектре тепловых — «под-красных» лучей. Термометр, помещенный в темную зону со стороны красного луча, нагревается значительно быстрее, чем в любом из участков видимого спектра. Доказать существование «за-фиолетовых» лучей было сложнее.

Хлорид серебра — соединение капризное — тяжело получается, но легко разлагается под действием света, образуя темный осадок — ценное свойство, давно известное и применяемое для получения примитивных фотографий в камерах-обскурах. В 1801 году немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер, помещая пластинки с хлоридом серебра в монохроматические полосы спектра, обнаружил, что наиболее интенсивное потемнение происходит не в одном из видимых лучей, а в темной области, со стороны фиолетового луча. Выявленные лучи назвали «восстановительными», «химическими», сразу оценив их большое значение для физики и природы. С другими их свойствами человечеству еще предстояло познакомиться.

В 1882 году среди рабочих Путиловского завода в Санкт-Петербурге были диагностированы случаи потери зрения — фотофталмии, отличные от известного ранее ожога роговицы инфракрасными лучами, характерного для металлургов и стеклодувов, вызываемые разложением зрительного пурпура в колбочках сетчатки глаза под воздействием ультрафиолетовых лучей от сварочных дуг. Подобную природу имеет и снеговая слепота, известная альпинистам, только источник ультрафиолетовых лучей здесь — солнце.

Другое действие ультрафиолетовой радиации солнца знакомо всем с детства, это — загар. Под воздействием проникающих в кожу лучей зерна диоксифенилаланина преобразуются в меланин — темный пигмент, защищающий организм от дальнейшего проникновения лучей. Лучи с меньшей длиной волны проникают на меньшую глубину — образование меланина происходит интенсивнее и ближе к поверхности. Такой загар темнее, но менее стойкий — верхние слои кожи постепенно ороговевают и счищаются. Наибольшую эритемную эффективность имеет излучение с длиной волны 295 нм (Рис. 1).

Смотри рисунок1 в №4(19) OKNA.BZ

Загорание часто сопровождается образованием эритемы — покраснения кожи, при избыточном воздействии — сгорания вплоть до болезненной чувствительности и образования волдырей. Под воздействием ультрафиолетовых лучей содержащийся в коже гистидин преобразуется в гистамин, в малых дозах который действует на организм благоприятно: укрепляет иммунитет, оказывает тонизирующее действие, до тех пор, пока кровообращение в тканях позволяет распространять его по организму, предотвращая накапливание, но в больших количествах вызывает аллергическую реакцию. Из равных доз ультрафиолетовой радиации эффективнее та, которая поступает за меньший промежуток времени, пока гистамин не успел распространиться и усвоиться организмом. Более высокая температура воздуха или одновременное воздействие инфракрасных лучей интенсифицируют кровообращение в коже и уменьшают риск возникновения эритемы. Таким образом, «сгореть» на солнце намного проще при низкой температуре воздуха или загорая высоко в горах.

Наиболее уязвима к эритемному действию ультрафиолетовой радиации кожа спины человека. Грудь, конечности и лицо менее восприимчивы. Также взрослые люди от 20 до 50 лет имеют больше шансов получить эритему, чем дети или пожилые. По оценкам гигиенистов. полезной является одинарная эритемная доза на площади кожи около 500 см2, которую можно получить за 5 минут пребывания на открытом воздухе.

Важным является также для человека антирахитное действие солнечной радиации — синтез витамина D.

Большие исследования в области влияния ультрафиолетовых лучей на организм человека выполнил в начале XX века датский физиолог Нильс Финзен, основавший в 1904 году в Копенгагене институт лучевой терапии. Наиболее важное же с точки зрения архитектурной гигиенистики воздействие ультрафиолетовых лучей солнца — бактерицидное. Бактерии, как и прочие одноклеточные, не имеют эпителиального покрова, защищающего организм от радиации и прочих факторов внешней среды. Белки их клеток подвержены непосредственному действию ультрафиолетовых лучей, имеющих большую химическую силу. Под действием лучей солнца или других, искусственных источников ультрафиолетовой радиации белок в телах бактерий денатурируется, коагулируется и выпадает в виде хлопьев. Возможна другая форма бактерицидного действия лучей, при которой изменяется химический состав питательной среды, повышается ее кислотность. Различные штаммы имеют разную восприимчивость к  радиации. В общем она возрастает в порядке: дифтерийные бактерии - бактерии кори –стафилококки - кишечная палочка - бациллы холеры - бациллы тифа. Грибки и плесени также восприимчивы к ультрафиолетовой радиации, хотя и в меньшей степени. Некоторые бактерии способны к образованию спор. Споры бактерий сохраняют жизнеспособность в значительно менее благоприятных условиях: жар, облучение, химическое воздействие, при которых сами бактерии гибнут. При возвращении к благоприятным условиям споры развиваются в бактерии. Для борьбы с такими штаммами требуется многократное, регулярное облучение. Также бактерии на влажных поверхностях проявляют большую стойкость к облучению. Губительное для бактерий в больших дозах ультрафиолетовое облучение в малых количествах — суббактерицидных дозах лишь способствует их росту до 30–40%, содействуя их естественному отбору. Для эффективной борьбы желательно обеспечивать поверхности минимальной бактерицидной дозой ультрафиолетовой радиации (гибель 90% бактерий) или даже полной бактерицидной дозой, которая больше минимальной в 3–5 раз. (Рис. 2).

Смотри рисунок2 в №4(19) OKNA.BZ

Лучи с различной длиной волны имеют разную эффективность. Наибольшую эффективность имеют лучи с длиной волны около 255 нм (Рис. 3), поверхности Земли не достигающие. Нижняя, зарегистрированная на Земле, граница длины волны солнечной радиации — 293 нм. Видимая часть спектра также имеет некоторый бактерицидный эффект, меньший максимального на 4–5 порядков. За единицу бактерицидной дозы радиации принят 1 бакт., равный облучению потоком монохроматической радиации с длиной волны 255 нм мощностью 1Вт в течение 1 минуты. Достаточной дозой для стерилизации сухой поверхности считается 50 мбакт/см2.

Смотри рисунок3 в №4(19) OKNA.BZ

Исходя из этих величин и приняты действующие в нашей стране последние полвека нормативы: 3 часа непрерывной инсоляции комнаты, остекленной в два [умеренно загрязненных] стекла, гарантируют гибель всех бактерий кишечной палочки на пленке из мясного агар-агара в чашке Петри на подоконнике. В связи с усложнением  градостроительных задач в последние годы отмечается «демократизация» санитарно-эпидимиологических требований к инсоляции помещений. Российские санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-01 «Гигиенические требования к инсоляции и солнцезащите помещений жилых и общественных зданий и территорий» предписывают обеспечивать помещения южной зоны (южнее 48° с.ш.) — не менее 1,5 часов в день с 22 февраля по 22 октября, центральной зоны (58° с.ш.–48° с.ш.) — не менее 2 часов в день с 22 марта по 22 сентября и северной зоны (севернее 58° с.ш.) — не менее 2,5 часов в день с 22 апреля по 22 августа. В целом оценка инсоляции помещений исключительно по ее продолжительности является чересчур упрощенным методом. Такие методы были хороши в эпоху расчетов при помощи таблиц, номограмм и логарифмических линеек. Сейчас же, при все более возрастающем уровне автоматизации расчетов, возможным становится применение дозиметрических методов оценки инсоляции в помещениях, как более точных и адекватных поставленным задачам. Зная время инсоляции помещения, площадь и спектральный состав потока солнечной радиации и спектральные характеристики остекления, можно рассчитать бактерицидный эффект в помещении и сопоставить его с требуемым (пропорциональным площади помещения или квартиры, или суммарной площади поверхностей).

Рассеянная солнечная радиация (свет неба), присутствующая также в неинсолируемых помещениях, тоже обладает бактерицидным эффектом (Рис. 4) вследствие рассеяния лучей с короткой длиной волны в атмосфере, причем в ультрафиолетовой части спектра на горизонтальную поверхность поступает почти равное количество прямой и рассеянной радиации.

Смотри рисунок4 в №4(19) OKNA.BZ

Далее предлагается пример расчета бактерицидного эффекта прямой и рассеянной солнечной радиации в летний полдень в средней полосе в помещениях, остекленных четырьмя различными типами стеклопакетов (Рис. 6). В видимой области спектра они имеют почти идентичные кривые прозрачности, кроме солнцезащитного стеклопакета с пониженным пропусканием. В области ультрафиолета их пропускание существенно разнится, причем триплекс практически непрозрачен для ультрафиолетовых лучей.

Смотри рисунок5 и 6 в №4(19) OKNA.BZ

Как видно из рисунка 5, на открытой местности наибольшей бактерицидной интенсивностью обладают лучи с длиной волны 300-330 нм, на этот отрезок приходится 40% интенсивности прямой радиации и 51% для рассеянной, при том что на этот отрезок приходится всего лишь 0,43% энергии прямой радиации и 2,8% рассеянной. Всего на ультрафиолетовое излучение приходится 74% эффекта прямой и 89% рассеянной. Тем не менее, вследствие высокой интенсивности радиации в видимом участке, на видимый свет тоже приходится ощутимая доля эффекта. Внутри помещений эта доля только возрастает. По результатам расчетов (Рис. 7, 8), доля видимого света в бактерицидном эффекте прямой / рассеянной солнечной радиации составляет при остеклении: флоат-стеклом — 67 / 45%, теплозащитном — 78 / 60%, солнцезащитном — 86 / 75% и триплексом — 99 / 98%. Следовательно, для неинсолируемых помещений свойства стекла имеют большее значение. Если принять бактерицидную интенсивность солнечной радиации на открытой местности в летний полдень на солнце за 1000, то в тени она составит 429. А внутри инсолируемых / неинсолируемых помещений, остекленных флоат-стеклом 256 / 83, теплозащитным стеклопакетом 205 / 61, солнцезащитным стеклопакетом 163 / 45, триплексом 147 / 35. Следовательно, для дезинфекции помещений, остекленных триплексом, необходимо увеличивать нормативную продолжительность инсоляции (или площадь остекления) в 1,75 раза.

Конечно, такой расчет является всего лишь упрощенным примером. Для получения достоверных данных необходимо учитывать изменения спектра солнца и неба в течение дня, суточную сумму рассеянной солнечной радиации, угол падения солнечных лучей на плоскость остекления, отраженную радиацию, внутренние свойства помещения, понижение эффективности для долговременного облучения и другие факторы.

В статье использована литература:

1. Белинский В.А. Ультрафиолетовая радиация солнца и неба. М: МГУ, 1968. — 228с.

2. Галанин Н.Ф. Лучистая энергия и ее гигиеническое значение. Л: Медгиз, 1952. — 204с.

3. Кондратьев К.Я. Лучистая энергия солнца. Под ред. проф. П.Н.Тверского. — Л.: ГИМИС, 1954. — 600 с.

4. Лазарев Д.Н. Ультрафиолетовая радиация и ее использование. М.: Энергоиздат, 1952.

5. Маркус Т.А., Моррис Э.Н. Здания, климат и энергия. Л.: Гидрометеоиздат, 1996. — 543 с.

6. Мейер А., Зейтц Э. Ультрафиолетовое излучение. Его получение, измерение и применение в медицине, биологии и технике. М: Наука, 1952 — 575с.

7. Суханов И.О. Лучистая энергия солнца и архитектура. Ташкент: ФАН, — 1973. — 224с.

8. Штейнберг А.Я. Расчет инсоляции зданий. К.: Будiвельник, 1975. — 119с.

 P.S. Здесь мы не успели рассказать еще об одном всем известном действии ультрафиолетовой радиации — «выгорании» — выцветании обоев, картин и штор, а ведь разложение пигментов под действием лучей происходит точно по тем же принципам, что и денатурация белков в бактериях.