Rozwiązania antypandemiczne UV-C

Lampa UVC to sterylizator UV-C, zwana też filtrem UVC, czy sterylizatorem powietrza. Tworzą nowy standard jakości powietrza i bezpieczeństwa sanitarnego.

Wymagania w sterylizacji powietrza

Pierwsze lampy projektowaliśmy w 2009 roku. Były to konstrukcje bardzo proste. Wtedy również wymagania prawne były niewielkie. Wraz z masowym wykorzystywaniem sterylizacji powietrza w kanałach wentylacyjnych wymagania te rosły, głównie w zakresie nadzoru pracy promienników, oraz bezpieczeństwa pożarowego.

Początkowo wykorzystanie dekontaminacji powietrza ograniczało się do: szpitali zakaźnych, sal operacyjnych, pomieszczeń pakowania towarów sterylnych, sal dla chorych pozbawionych odporności i innych pomieszczeń biologicznie czystych.

Obecnie lampy sterylizacyjne znajdują zastosowanie również w: hotelach, biurowcach, przychodniach, szkołach, pomieszczeniach pakowania żywności, itd.

Sterylizatory – Seria L

Seria “L” nie posiada układów nadzoru pracy promienników, rozbudowanych zabezpieczeń pożarowych, itd. Seria “L” jest dedykowane do zastosowań poza UE.

Sterylizatory – Seria M

Na rok 2023  lampy OTECH serii “M” spełniają wszystkie nowe wymogi UE
Nalepka informacyjna, seria M

Sterylizator bakteriobójczy UVC-190m do kanałów i central wentylacyjnych

Lampa UVC – cechy:

• max. pobór mocy: 220W,
• zasilanie: 230V, dopuszczalne napięcie zasilania 197…264V AC lub 176…277 DC,
• żywotność promienników według producenta 9 000 h (wg pomiarów do 15 000 h),
• lampa zawiera dwa promienniki dezynfekcyjne PHILIPS 95W,
• zastosowane promienniki PHILIPS nie wytwarzają szkodliwego ozonu,
• prosty montaż, polega na wycięciu prostokątnego otworu 66*26cm w kanale wentylacyjnym i przykręceniu ramki, używając blachowkrętów, śrubek M4 lub nitów fi4.

Lampa bakteriobójcza UVC-570m
do kanałów i central wentylacyjnych

Jest rozwinięciem konstrukcji UVC-190m, w kierunku zastosowania większej ilości promienników, 6 zamiast 2. UVC-570m posiada wszystkie funkcje i zalety tej konstrukcji UVC-190m.

• max. pobór mocy: 650W
• zasilanie: 230V, dopuszczalne napięcie zasilania 197…264V AC lub 176…277 DC,
• żywotność promienników według producenta 9 000 h (wg pomiarów do 15 000 h),
• lampa zawiera 6 promienników dezynfekcyjne PHILIPS 95W,
• zastosowane promienniki PHILIPS nie wytwarzają szkodliwego ozonu
• prosty montaż, polega na wycięciu prostokątnego otworu 66*26cm w kanale wentylacyjnym i przykręceniu ramki,

Sterylizacja powietrza w wentylacji

Jak pokazuje wiele badań wentylacja mechaniczna nowoczesnych budynków  jest odpowiedzialna za przenoszenie infekcji wirusowych i bakteryjnych z człowieka na człowieka.

W Polsce sterylizacja powietrza w wentylacji jest wyjątkowo zaniedbanym tematem, ponieważ jej zastosowanie nie przekracza 30% nowych budynków. Duże budynki, takie jak biurowce, szpitale, hotele, najczęściej posiadają wentylację mechaniczną. W takim rozwiązaniu, zimą do 90% powietrza jest przedmuchiwana w obiegu wewnętrznym, w tak zwanej recyrkulacji.
Oznacza to, że zużyte powietrze pobierane z jednego pomieszczenia jest podgrzewane i już po kilku sekundach wdmuchiwane do innych pomieszczeń.

Wirusy są średnio 200 razy mniejsze od cząstek, które zatrzymują filtry powietrza. W efekcie filtry powietrza zatrzymują tylko niewielką część wirusów, około 15%. Maseczki zatrzymują dużą część wirusów, ponieważ w trakcie wydechu niemal wszystkie wirusy są uwięzione w mikro kropelkach. Mikro kropelki odparowują w powietrzu i wirusy zostają uwolnione.

Rozgłos medialny zrobił przypadek szpitala z New York Queens, gdzie wyrzutnia powietrza na dachu szpitala covid powodowała zachorowania w sąsiednich budynkach. Wciąż jednak jest mało danych jak długo wirus zachowuje aktywność w powietrzu i na jaką odległość może zostać przeniesiony.

EFEKT:

Jeżeli w jednym pomieszczeniu znajduje się chory, w rezultacie emitowane wirusy są dostarczane do wielu pomieszczeń.

Zdarzają się centrale wentylacyjne nie posiadające obiegu wewnętrznego, takie centrale nie posiadają żaluzji, przepustnicy lub mieszacza. Niestety ich rekuperatory zawracają część powietrza zużytego do powietrza świeżego, tworząc częściowy obieg wewnętrzny. Rekuperatory obrotowe typu ROTOR zawracają ~15% powietrza, rekuperatory krzyżowe ~1%, a konstrukcje krzyżowe dziurkowane ~10%. Zagrożenie sanitarne niosą powszechne stosowane w rekuperatorach rozwiązania odzysku wilgotności. System odzysku wilgotności w rekuperatorach (zarówno w obrotowych jak i krzyżowych) polega na odparowaniu skroplin (skroplonej pary z powietrza zużytego) do powietrza świeżego. W tych skroplinach kondensują się bakterie i wirusy, po czym są odparowane do powietrza świeżego. Tylko rekuperatory z wymiennikami wodnymi są całkowicie bezpieczne, ale ich zastosowanie w Polsce jest znikome, poniżej 2%.

Konstrukcja odporna na wibracje

UVC-190m to rozwinięcie konstrukcji UVC-190 poza normalnymi zastosowaniami w wentylacji budynków znajduje zastosowanie w statkach wycieczkowych, wagonach kolejowych, czy autobusach.

W zastosowaniach narażonych na silne wibrację, poza dwoma śrubami motylkowymi możemy lampę zabezpieczyć czterema sprężynami.

Dzięki wzmocnionej konstrukcji lampy,  rzadko ulegają uszkodzeniu w transporcie kurierem.

Podłączenie zasilania ~230V i magistrali Modbus

Promienniki UV-C, Philips 95W

Standardowo stosowane w lampach promienniki PHILIPS, na życzenie klienta możemy zastąpić je promiennikami OSRAM, JRC lub innymi.
Preferujemy promienniki PHILIPS, ponieważ cała ich światowa produkcja jest w polskich fabrykach. Promienniki PHILIPS w dużej ilości posiadamy na stanie magazynowym i zawsze możemy je pilnie przesłać do Klienta.

Montaż lampy

Montaż rozpoczynamy od przyłożenie ramki metalowej, która jest zawsze dostarczona razem z lampom. Na kanale wentylacyjnym mazakiem zaznaczamy otwory na śrubki (nity) i otwór prostokątny.

W pierwszej kolejności wiercimy otwory na nity wiertłem 4,4mm. Następnie wycinamy prostokątny otwór. Nakładamy ramkę montażową i łączymy ją z kanałem śrubami M4 lub nitami fi=4mm.

Nakładamy lampę, zakręcamy śruby motylkowe, włączamy zasilanie i gotowe. Dla wprawnego montera proces montażu trwa od 15 min do 30min.

Jeżeli lampa będzie w wagonach kolejowych, statkach lub środowisku, gdzie występuję wibracje, wtedy oprócz śrub motylkowych zakładamy  dodatkowe sprężynki.

Montaż lampy serii m na kanałach okrągłych

Montując lampę na kanale okrągłym wymagana jest komora odblaskowa lub przejście na kanał kwadratowy.

Konstrukcja lekka

Konstrukcje super-lekkie są przeznaczony na potrzeby wojska i  lotnictwa. Poza niską masą charakteryzują się, też dużą wytrzymałością na przeciążenia, które mogą być wywołane zewnętrzną falą uderzeniową lub twardym lądowaniem.

Połączenia klejone klejem epoksydowym zapewniają dużą wytrzymałość porównywalną z konstrukcją spawaną, ponadto poza klejeniem konstrukcja jest dodatkowo skręcana.  Połączenia skręcane są na wypadek ewentualnego pożaru w kanale, aby pożar nie mógł przedostać się na zewnątrz.

Wizjer jest wykonany z 3 warstw szkła borowego, rozdzielonych klejem. Warstwa kleju jest wzmocniona stalową siateczką. Taka budowa zapewnia bezpieczeństwo na wypadek pożaru w kanale wentylacyjnym.

Szkło borowe tłumi 99,5% promieniowanie UV-C. Przez wizjer widać emisję światła w zakresie widzialnym, które dają promienniki, jest to około 7% emitowanego promieniowania (światła). 

Komory odblaskowe na kanały okrągłe

Projekty komór na różne średnice można pobrać nieodpłatnie z serwera OTECH. Większość firm z branży HVAC, wentylacji, klimatyzacji, zakupuje od firmy OTECH same lampy, a komory odblaskowe wykonuje samodzielnie według dostarczonych plików.

Filtracja wirusów

W nowoczesnej wentylacji nawet 90% powietrza krąży w obiegu wewnętrznym (w recyrkulacji). Poziom recyrkulacji ustawiamy w algorytmie mieszacza centrali wentylacyjnej, standardowe ustawienie fabryczne recyrkulacji wynosi 80%.

Powietrze krążące w obiegu wewnętrznym przenosi bakterie i wirusy. Bakterie można odfiltrować, ale wirusy są zbyt małe. Najwyższej klasy, bardzo drogie w eksploatacji filtry F8 są w stanie zatrzymać 10..15% wolnych wirusów.

Nazewnictwo w branży farmaceutycznej

Wiele firm z branży medycznej i farmaceutycznej tworzy mniej lub bardziej udane kopie lamp OTECH. Sprzedają niewiele gorsze od oryginału podróbki lamp i sterylizatorów, ale w cenie nawet 10-krotnie wyższej. Koncerny medyczne i farmaceutyczne są znane przede wszystkim z ogromnych możliwości marketingowych, co pozwala im osiągać niebotyczne ceny.

Firmy medyczne swoje urządzenia nazywają nadzwyczaj wymyślnie i niezrozumiale np. plazmowe urządzenie do dekontaminacji powietrza, plazmowy sterylizator powietrza, itp. Opis urządzeń jest napisany ogłupiającym, naukowo-marketingowym słownictwem, np. “nasze urządzenia wykorzystują opatentowaną bez-filtracyjną technologię niskoenergetycznej plazmy”.

Klient nie jest fizykiem, dlatego najczęściej nic z takiego opisu nie rozumie. Dla wyjaśnienia, każda zwykła, czy kompaktowa świetlówka wykorzystuje technologię niskoenergetycznej plazmy, zwanej też zimną plazmą. W tym języku zwykła świetlówka to np. generator niskoenergetycznej plazmy.

Technologia LED w sterylizacji

Wielu Klientów pyta nas dlaczego nie produkujemy lamp sterylizujących na bazie diod UVC LED. Odpowiedź jest prosta. Technologia LED UVC nie nadaje się do wytwarzania światła UVC o dużych energiach fotonów, które są niezbędne do neutralizacji bakterii i wirusów.

Trochę podobnie jak samoloty nie nadają się do transportu węgla. Można transportować węgiel samolotem, ale znacznie skuteczniej i taniej jest to robić np. statkiem lub koleją (pociągiem).

Technologia niskociśnieniowych promienników amalgamatowych potrafi wytwarzać UVC o wysokich energiach, a diody nie. Promienniki UVC mogą wytwarzać promieniowanie 160..254nm.

Diody wraz z zwiększaniem emisji fotonów ulegają samozniszczeniu przez wytwarzane UV-C, dzieje się to już od długości fali 270nm, więc potrzebne 254nm jest nieosiągalne.

Diody 270nm mają natomiast bardzo duże problemy z trwałością, zwłaszcza w sterylizacji powietrza. W takim układzie pracy dioda nie emituje “światła” UVC w przestrzeń, tylko w zamkniętą obudowę. Mamy efekt żarówki zapalonej w pomieszczeniu pełnym luster. Odbite od ścian promieniowanie UVC wraca, co powoduje że natężenia UVC działające na złącze diody jest kilkukrotnie większe.

Określenie skuteczności kanałowych lamp bakteriobójczych

Temat skuteczności sterylizacji powietrza promieniowaniem UVC jest bardzo złożony i opisany w wielu grubych książkach, oraz rozległych pracach naukowych. Niestety nie są to opisy proste. Skomplikowany model pomiarowy, oraz złożony opis matematyczny, wymaga dużej wiedzy i poświęcenia czasu. Jest to typowa analiza układów złożonych o wielu zmiennych. Ponadto wiele zmiennych to wielkości trudno mierzalne np.: przeżywalność bakterii, aktywność wirusów.

Z wielu badań i opracować wiemy, że RNA wirusów i DNA bakterii bardzo podobnie ulegają degradacji w promieniowaniu ultrafioletowym UV-C. Bakterie można umieścić w inkubatorze cieplnym i określić jaka część populacji przeżyła. W praktyce niemożliwe jest wykonanie podobnych pomiarów na wirusach, ale pewne wielkości można oszacować.

Ogólnie wiadomo, że wirusy są nieco bardziej podatne na zniszczenie w skutek działania “światła” UVC (poprawna nazwa światła UVC to promieniowanie ultrafioletowe UV-C).
Są tabele określające dawki unicestwiające określoną ilość wirusów i bakterii. Jednak wielkości te bardzo się od siebie różnią w zależności od: sposobu prowadzenia eksperymentu, wilgotności powietrza, widma użytych lamp (rozkład długości fal), budowy kanału, sposobu pomiaru, itd.

Na zachodzie większość nowych budynków jest standardowo wyposażona w lampy kanałowe UVC. Mimo, iż trudno zmierzyć skuteczność, wiadomo że działają. Tak samo trudno zmierzyć skuteczność dystansowania ludzi. Niemniej wiemy, że rozmawiając z odległości 5m istnieje bardzo małe prawdopodobieństwo zarażenia, w porównaniu do rozmowy z odległości 1m. To problem trudno-mierzalnych wielkości.

Kontrola pracy lamp bakteriobójczych w wentylacji

Lampy UV-C montuje się w układach wentylacji: laboratoriów biologicznych, szpitali zakaźnych, szpitali covid-owych, obiektów wojskowych, przychodni, hoteli, biurowców, obiektów użyteczności publicznej.

Bakteriobójcze lampy do dekontaminacji powietrza umieszcza się w miejscach ważnych dla bezpieczeństwa epidemiologicznego ludności, dlatego ich praca jest zdalnie nadzorowana.

Funkcje kontroli pełnią specjalistyczne czujniki takie jak: czujniki natężenia promieniowania UV-C, czujnik prędkości przepływu powietrza, czujnik temperatury, itd.

Dane pobierane z trzech czujników promieniowania UV-C (“światła” ultrafioletowego 100..280nm)  pozwalają precyzyjnie wyliczyć współczynnik odbicia promieniowania UV-C od ścian kanałów.

Różnice w natężeniu “światła” UV-C pomiędzy dwoma czujnikami o różnej długości fali “światła” np. 278nm i 223nm pozwalają precyzyjnie określić stopień wypalenia promienników.

Zarażenia wirusem potęguje wentylacja mechaniczna

Od 2020 roku obserwujemy, że ilość infekcji koronawirusem może gwałtownie rosnąć w samolotach bez sterylizatorów powietrza, jak np. maszyny EuroAtlantic Airways.

Zawsze na pokładzie samolotu znajdzie się kilku pasażerów zakażonych koronawirusem, ponieważ testy są bardzo zawodne.

Analizy statystyki pokazują, że w tanich liniach lotniczych prawdopodobieństwo zarażenia się grypom, czy koronawirusem SARS0-cov-2  jest 100..600 razy większe.

Przyczyny masowych zakażeń

Tak duży wzrost zakażeń jest związany nie tylko z większym upchaniem ludzi, ale z brakiem w tanich maszynach sterylizatorów powietrza. Powietrza w 50..80% krąży w obiegu wewnętrznym. Oznacza to że powietrze wciągane pod fotelami już po kilku sekundach jest ogrzane i wdmuchiwane górnymi nawiewami.

Takie rozwiązanie, było tanie i doskonale sprawdzało się do 2019 roku przed pojawieniem się wirusa.

Powietrze przechodzi przez filtry, jednak dobre filtry wyłapują tylko 15% wirusów, a te przeciętne około 5%. Tanie samoloty mają, też mniej wydajny układ grzewczy co powoduje, że więcej powietrza krąży w obiegu wewnętrznym, typowo zimą w recyrkulacji krąży 80%, a tylko 20% stanowi powietrze świeże.

Skuteczność dekontaminacji, analizy przypadku

Dla kanału o przepływie powietrza 25000m³/h,
promienniki Philips 253,7nm 
temperatura powietrza 22°C, wilgotność RH 50%.
moc promienników 2090 W,
skuteczność dekontaminacji powietrza 99,9%

Do dekontaminacji powietrza i wody używamy aktualnie najbardziej technicznie zaawansowanych promienników Philips lub Osram w długości fali 253,7nm.

Przy długości fali 253,7nm jeszcze nie wydziela się ozon, a dekontaminacja jest efektywna. Brak wytwarzania ozonu jest konieczny w większości aplikacji sterylizacji powietrza. Ozon jest szkodliwy, a jego zapach jest silnie wyczuwalny w powietrzu. 

Dekontaminacja, sterylizacja wody 

Do sterylizacji na poziomie 99,99% przepływającej wody o przepływie do maksymalnym 1000 l/h potrzeba promiennik o mocy 20W. Przeliczenia mocy promienników dla wody są  proste. 

W przypadku dekontaminacji powietrza sprawa nie jest taka prosta, ponieważ efekt absorpcji promieniowania (przyjętej dawki przez cząstki) można zwielokrotniać poprzez: wielokrotne odbicie “światła” od ścianek kanału i zwiększenie objętości kanału.

Wzmocnienie z odbicia “światła”

Wyobraźmy sobie pomieszczenia gdzie ściany są wykonane z luster, jeżeli w takim pomieszczeniu zapalimy niewielką żarówkę to będzie bardzo jasno ponieważ światło będzie się wielokrotnie odbijać. Podobnie jest z “światłem” UVC które stosunkowo wydajnie odbija się od powierzchni metalowych.

Istotnym elementem w stosowaniu lamp jest współczynnik odbicia “światła” od ścianek, który typowo może wynosić  25…78%.

Policzmy przykładowo wzmocnienie wynikające z odbić od ścinek kanału dla aluminium i stali ocynkowanej. Typowe współczynniki odbicia promieniowania z zakresy UV-C 254nm wynosi 75% dla aluminium i 33% dla stali ocynkowanej.

Budowa lamp bakteriobójczych

Lampy bakteriobójcze do sterylizacji wody bardzo różnią się od lamp bakteriobójczych do sterylizacji powietrza. Wynika to z dwóch powodów.

Pierwszy to właściwości wody, która bardzo mocno tłumi “światło” z zakresu ultrafioletu UV-C. W przybliżeniu można powiedzieć że światło “wnika” w wodę na zaledwie  6mm. To tak jakbyśmy mieli światło widzialne i bardzo brudną prawie czarną wodę. Zupełnie inaczej “światło” UV-C zachowuje się w powietrzu, nie jest mocno tłumione i może przebyć kilometry.

Drugim powodem jest poziom sterylizacji wody 99,99% który jest wielokrotnie większy od powietrza. Taki poziom sterylizacji powietrza wymagałby ogromnych mocy.

Gdzie należy montować sterylizatory powietrza

Montaż promienników UV-C w centrali wentylacyjnej jest często wykonywany przez niedoświadczonych instalatorów. Instalatorów nie mających świadomości istnienia szeregu problemów z tym związanych.
Wszystkie te problemy rozwiązujemy montując promienniki UVC w kanałach wentylacyjnych.

Wewnętrzna ochrona centrali

Podobnie jak klasyczny silnik dwusuwowy, czy odrzutowy nie nadają się do samochodów, że względu na emisją dużej ilości zanieczyszczeń, podobnie wewnętrzna ochrona nie nadaje się do nowoczesnych central.
Stosowanie wewnętrznej ochrony centrali wentylacyjnej przed UVC ma wiele wad:

• Nie chroni wszystkich elementów centrali.
• Ochrona jest ograniczona, co oznacza, że część promieniowania przenika. Mimo ochrony mogą wystąpić uszkodzenia centrali po kilku latach. Odrębnym problemem jest ograniczona szczelność tych ochronników.
• Wewnętrzna ochrona, aby zapewnić skuteczność, musi posiadać zasłonniki o niskim współczynniku odbicia światła (np. materiał koloru czarnego) co powoduje bardzo wielki spadek skuteczności całego systemu. Promieniowanie UVC  (“światło UVC”) zamiast się odbijać, jest “gaszone” (pochłaniane w 99%) na ochronnikach.
  Natomiast w przypadku montażu promienników UVC w kanale wentylacyjnym, uzyskujemy efekt “żarówki w pokoju pełnym luster”, wtedy darmowe wzmocnienie promieniowania UVC przez odbicia od blach kanału wynosi 250..300%, zaś w centrali z ochronnikiem, to zaledwie 40..50%.
• Moduł wewnętrznej ochrony UVC powoduje, też dodatkowe opory przepływu powietrza, co powoduje zwiększenia obciążenia wentylatorów i znacznie większe zużycie przez nie energii elektrycznej.

Wnioski

Stosowanie wewnętrznej ochrony powoduje kilkukrotny spadek efektywności energetycznej, co oznacza, że do dezynfekcji przepływającego powietrza trzeba zużyć średnio 3..4 razy więcej energii elektrycznej, niż w dezynfekcji bazującej na promiennikach UVC umieszczonych w kanale wentylacyjnym.
Ponadto wewnętrzna ochrona centrali, tzw. zasłonki światła nie zapewnia długoterminowej ochrony centrali. Awarie, polegające głównie na uszkodzeniu przez UVC przewodów i elementów z tworzyw sztucznych, wystąpią nie po miesiącach, a po kilku latach. Należy pamiętać, że centrale wentylacyjne są urządzeniami przewidzianymi na 25..30 lat eksploatacji.

Od ponad 12 lat projektujemy układy i urządzenia HVAC wyposażone w promienniki UVC. Bazując na wiedzy naukowej, pomiarach i wieloletnim doświadczeniu inżynierskim, uważamy, że montowanie promienników UVC w centralach wentylacyjnych powinno być ograniczone tylko i wyłącznie do central, które zostały pod tym kątem zaprojektowane i zbudowane.

Ochrona klimatyzatorów i parowników przed
rozwojem pleśni i odorem

W klimatyzatorach kanałowych, centralach wentylacyjnych (sekcja parownika lub chłodnicy) zawsze występuje wilgoć i mokre elementy. Takie środowisko jest bardzo dogodne do rozwoju pleśni (grzybów) i bakterii. Efektem jest wydzielanie się zarodników grzybów, emisja bakterii i nieprzyjemny zapach. 

Czasem na skutek zapleśniałych klimatyzatorów lub wymienników dochodzi do tzw. syndromu chorego budynku. Budynku, w którym u części ludzi występują objawy chorobowe lub nasilają się objawy alergiczne. 

 Problemy te rozwiązuje tani i prosty w montażu zestaw sterylizacji wymienników
UVC-211 który zawiera dwa promienniki UVC.  

Lampa bakteriobójcza specjalistyczne UVC-160h

W przemyśle farmaceutycznym, laboratoriach biologicznych, obiektach wojskowych, statkach pasażerskich, lakierniach przemysłowych są potrzebne niestandardowe wymagania. Posiadamy kilkanaście opracowanych konstrukcji do niestandardowych zastosowań. Możemy dostarczyć gotowe produkty, lub, co często jest bardziej opłacalne dla klienta korporacyjnego, sprzedać dokumentację i licencję na ich produkcję.

Przykładowo posiadamy urządzenia takie jak:

• lampy UVC dużej mocy dla przemysłu chemicznego, mogące pracować w ciśnieniu 180 bar i temperaturze do 90°C,
• sterylizatory z systemem czyszczenia rury osłonowej promiennika, po rurze przejeżdża specjalny simmering pełniąc rolę wycieraczki,
• lampy UVC do linii utwardzania lakierów foto-utwardzalnych,
• sterylizatory UVC do neutralizacji zapachów i tłuszczów w odciągach dla gastronomii,
• itp.