Villamos Mérnöki, szakmérnöki diplomáit az Óbudai Egyetem elődeiben, Menedzseri diplomáját az Open University Milton Keynes programján szerezte. Ezen kívül elvégezte a GE összes felsővezetői képzését és számos operáció specifikus programot mint Six Sigma, LEAN, TQM. A GE karrierjének lezárását követően a hazai lámpagyártás és más iparvállalotok támogatásán dolgozik tanácsadóként.

Egy elfeledett technológia újjászületése – Az UV-C fény fertőtlenítő hatása a légtechnikában

Bevezetés

Jelen írásban az UV-C fény fertőtlenítési hatásával, illetve légtechnikai alkalmazásával foglalkozom, melynek aktualitása az elmúlt években különösen jelentőssé vált. Cikkemben kitérek az UV-C fény sejtekre gyakorolt működési mechanizmusára, valamint a légtechnikában használt fertőtlenítő berendezésekre, azok alkalmazástechnikai lehetőségeire. A fertőzéseknek kitett helyiségekben jelentősen csökkenthető a káros mikroorganizmusok koncentrációja ezen technológiával működő berendezések alkalmazásával.

UV-C fény hatása

Az UV-C DNS romboló tulajdonságairól szóló első tudományos publikációk a 30-as évek elején jelentek meg. Egy 1943-ból származó folyóiratcikk [1] foglalkozik először a technológia alkalmazásáról, amelyben az UV-C fényt a kanyaró megbetegedés elleni védekezés érdekében sikeresen használták fel egy iskolában, a fertőzés mértékét 20%-ról 5%-ra csökkentve a besugárzott tantermekben. A tuberkulózis (TBC) elleni küzdelemben a 40-es évek végétől egészen a 90-es évekig rendszeresen alkalmazták - figyelemre méltó eredmények mellett - az UV-C fényt. Napjainkban a TBC megbetegedések száma jelentősen csökkent a védőoltások miatt, de számos más kórokozó elpusztításában még mindig aktív szerepet játszik ez a fertőtlenítési eljárás.

A Covid vírus, akárcsak a TBC, a levegőben „aerosol” hatással, vagyis a szálló apró részecskék belélegzésével terjed. Napjainkban az orvostudomány ezt tekinti az elsődleges terjesztő közegnek, a védekezés módjai, mint pl. a lezárás, távolságtartás, maszkviselés stb. is erre az okra vezethetők vissza. Sajnálatos módon egyik módszer sem tudja tökéletesen megszüntetni az alapproblémát, azaz a kórokozó vírus vagy baktérium jelenlétét a közösségi terekben. Egy fertőzött egyén jelenléte drasztikusan megnövelheti a baktériumok számát, mivel akár milliárdos nagyságrendben is kibocsáthatja a vírust.

A UV-C hatékonyságát számos szervezet elismeri [3], mint pl. a WHO, CDC (Amerikai Járványügyi és Prevenciós központ) vagy az ASHRAE (Amerikai Fűtési, Hűtési, Légkondicionáló Mérnöki szervezet). Az általuk felállított szabványok részletesen foglalkoznak az UV-C fertőtlenítő berendezések alkalmazásaival. Az említett szövetségeken kívül a nemzetközi fényforrásgyártó szervezetek, valamint az egyetemek közül a Harvard orvosi fakultása is elismerően nyilatkozik a technológiáról.

Az UV-C fertőtlenítés működési mechanizmusát az 1. ábra szemlélteti. Jelen cikk csak a rövidebb hullámhossz intervallumban, azaz a 253,8 nm-es UV-C fény alkalmazásáról szól, mivel ebben a tartományban működő lámpák a legelterjedtebbek a világon.

1. ábra: Az UV-C fertőtlenítés működési mechanizmusa

Légtechnikai alkalmazási területek, biztonsági, alkalmazástechnikai megfontolások

Jelenkori életünkben a tisztább levegő igénye jelentősen megnőtt. Mindenki egyetért abban, hogy a többelemű védekezés a legjobb stratégia a betegségek megelőzése érdekében.

HVAC rendszerek

A HVAC rendszerek (fűtő, szellőztető és légkondicionáló berendezések) célja, a zárt térben lévő levegő hőmérsékletének, páratartalmának, valamint tisztaságának szabályozása. A légcsatornákba szerelt germicid hatású UV lámpák segítségével a kórokozók számát jelentősen csökkenthetjük. A HVAC légcsatornák kimenő oldalán elhelyezett UV-C lámpák segítségével történik a helyiségbe beáramló levegő fertőtlenítése.

A HVAC rendszerekben további előnyt is jelent az UV-C fény alkalmazása. A berendezések üzemeltetése során a különösen meleg és magas páratartalmú környezetben a nedves felületeken biofilm keletkezik a hűtőbordákon, a páralecsapódás gyűjtőedényekben, szűrőkön és a hozzá tartozó szerelvényeken. Ez a bevonat csökkenti a berendezések hatékonyságát. A szűrők összegyűjtik a vírusokat, baktériumokat, gombákat, spórákat, amelyek rontják a szűrés hatásfokát és potenciális fertőzésforrást jelentenek [4]. A 2. ábrán látható módon a hőcserélők lamelláin lévő biofilm lerakódás már 1 μW/cm² dózis mellett is megakadályozható, de akár 50 μW/cm² intenzitás is alkalmazható.

2. ábra: HVAC hőcserélő állapota UV-C fénnyel és anélkül

Ahhoz, hogy megelőzhetők legyenek ezek a káros hatások, az eszközöket kémiai vagy mechanikus módszerekkel időszakosan tisztítani kell. Az alkalmazott vegyi anyagok a személyzetre nézve veszélyesek is lehetnek, így különös figyelmet kell fordítani az emberek egészségének megőrzésére, valamint a vegyszerek alkalmazásával járó környezetvédelmi előírásokra [5]. Az ezzel kapcsolatos kivetnivalókat a preventív módszer alkalmazásával hatékonyan meg lehet előzni.

Az UV-C lámpákkal felszerelt HVAC rendszerek előnyei:

• hatékonyabb működés,
• kisebb környezeti terhelés,
• alacsonyabb költség az üzemeltetés során, szemben az addicionális energia igénnyel,
• új rendszerek tervezése során egyszerűbb megvalósítás a felhasznált UV-C ellenálló anyagok kiválasztása mellett,
• biztos megtérülés a felhasználónak,
• tisztább levegő mellett zöld rendszer létrehozása

A rendszer másik nagy előnye az előbb említett gondolatok mellett, hogy a zárt rendszer miatt a lámpa nem látható, így a biztonság a lehető legnagyobb. Hátrányként említhető, hogy a berendezés csak akkor tisztítja meg a levegőt, ha az már elhagyta a termet. Ha egy a teremben tartózkodó fertőzött ember a kibocsátott vírust továbbadja egy mellette álló másik egyénnek, akkor sajnos a fertőzést már nem lehet megfékezni.

Zárt rendszerű, mozgatható fertőtlenítő készülékek

Létezik egy másik lehetőség a helyiség levegőjében lévő mikroorganizmusok elpusztítására, ahol az UV-C lámpát egy teljesen zárt dobozban működtetjük. A berendezésen keresztül áramoltatjuk a helyiség levegőjét, így megszabadulva a kórokozóktól.  

Ezekre a berendezésekre is érvényesek a korábban említett fertőtlenítő egység tulajdonságai. A kórokozókat szűrőbetét nélkül is hatástalanítja, továbbá az egyszerű felépítése miatt a készüléket csak csatlakoztatni kell a hálózatra, így kiépítést nem igényel. A légmozgást ventilátor segítségével lehet megvalósítani, így működése során a zajterhelés alacsony marad.

Természetesen itt is beszélhetünk hátrányokról, amely tévhitet, hamis biztonságérzetet kelthet az emberekben. Bizonyára sokan tisztában vannak az ACH egységgel, amely az óránkénti légcsereszámot jelenti. Ezt a mérőszámot szabvány írja elő a különböző zárt terekre vonatkozóan a kritikusság függvényében. A CDC (Amerikai Járványügyi és Prevenciós központ) szerint 15 ACH szükséges olyan helyeken, ahol a fertőzés kockázata igen magas, pl. kórházak, zsúfolt várótermek, rendelőintézetek. Ha a zsúfolt, zárt tereket vesszük alapul, akkor Zsúfolt terek esetében 10 ACH, egyéb terekben helyeken 6 ACH szükséges a megfelelő szellőztetés érdekében [6].  A meglévő fertőtlenítő berendezésekkel az óránkénti hatszoros légcsere sajnos nem oldható meg, mert a helyiség teljes levegőmennyiségét kellene hiánytalanul átáramoltatni a berendezésen, jelentős ventilátor teljesítmény, zajterhelés, energia és UV igény mellett. A levegőtisztítás minősége is változó, mivel a helyiség távolabbi pontjai nem biztos, hogy fertőtlenítés alá kerülnek, a készülék közvetlen közelében lévő levegő pedig akár többször is átáramlik a berendezésen.

Felső légtér fertőtlenítő berendezések

A felső légtér fertőtlenítés az egyik legolcsóbb és leghatékonyabb módszer a helyiségben lévő kórokozók elpusztítására. Lamellái segítségével a 3. ábrán látható módon az UV-C fényt biztonságosan az emberek által használt térrész fölé irányítja, kialakítva az ún. fertőtlenítő zónát. A biztonsági zónában tartózkodó személyeket nem éri közvetlen UV-C fény, itt a szabványok által előírt minimális UV-C dózis éri csak az embereket, amely teljesen veszélytelen [7]. A levegő természetes mozgása által folyamatosan tisztul a légtér.

3. ábra: Felső légtér fertőtlenítés

A felső légtér fertőtlenítő készülék mellett egy további légkeverő rendszer beépítésével akár 30 feletti légcsereszám is elérhető, ezért ez a leggyorsabb és leghatékonyabb UV-C fertőtlenítési technológia. Az időfaktor és költségfaktor 1 m² felületre vetített értéke itt a legkedvezőbb.

Hátrányként szólhat, hogy az emberek bizonytalanok az UV-C fénnyel szemben, annak ellenére, hogy egy forró nyári napon a magas UVB-sugárzás sokkal veszélyesebb, mint az UV-C. A tárgyalt UV-C fertőtlenítő berendezéseket csakis kizárólag megbízható forrásból szabad beszerezni és annak üzembe helyezését is csak szakemberrel szabad elvégeztetni. További hátrányként felhozható, hogy alacsony belmagasság esetén nem alkalmazható.

Nyitott rendszerű berendezések

A teljes helység fertőtlenítése is megoldható nyitott rendszerű, nagy intenzitású lámpákkal fix vagy mozgatható szerkezetekre szerelve kizárólag zárt termekben Az ilyen típusú készülékek működése közben a helyiségekben emberek nem tartózkodhatnak.

Kórházakban betegváltás utáni gyors fertőtlenítésre adhat ez a berendezés megoldást [8]. Hátránya, hogy az UV-C alkalmazása nem a legideálisabb felületfertőtlenítő módszer, mivel az árnyékolt területeken a mikroorganizmusok nem pusztulnak el.

Összefoglalás

Az UV-C fény határt szab a cseppfertőzéssel terjedő betegségek, mint pl. COVID-19, influenza terjedésének. Ezzel egy nem mérgező, környezetbarát, vegyi anyagoktól mentes, rendkívül hatékony és biztonságos fertőtlenítő eljárást biztosítva a felhasználóknak.

A tudomány a gyökérok megszüntetésében látja a tényleges megoldást. Ennek érdekében a Megfelelő dózisú UV-C használatával elpusztítjuk a kórokozókat, a légtechnikai berendezéseket jobb hatásfokkal üzemeltetjük, amelynek eredménye a tisztább levegő és az alacsonyabb üzemeltetési költségek.

A technológia és a tárgyalt berendezések jól alkalmazhatók és illeszkednek a napjainkban megkövetelt több fokozatú levegő tisztítási elvárásokhoz. Javasolható, hogy csak megbízható, komoly referenciákkal rendelkező tervezők vagy gyártók segítségével építsenek be UV-C fertőtlenítő eszközöket, berendezéseket. Magyarország ebből a szempontból rendkívül szerencsés. Hazánkban üzemel a világ egyik legnagyobb UV lámpagyártója akkreditált laborral, rendkívül komoly, tapasztalt mérnöki fejlesztői kapacitással, amely a világon csak nagyon kevés helyen található meg. A fenti készülékek gyártói is jelen vannak az országban, akik komoly berendezés és üzemeltetési tapasztalattal rendelkeznek.

Irodalomjegyzék

[1.] W. F. Wells: Air disinfection in day schools, American Journal of Public Health and the Nation's Health, Dec. 1943, 1436-1443, Philadelphia, USA

[2.] https://www.iuva.org/IUVA-Fact-Sheet-on-UV-Disinfection-for-COVID-19 (2022.03.21.)

[3.] Centers for Disease Control and Prevention: Environmental control for Tuberculosis: Basic upper-room ultraviolet germicidal irradiation guidelines for healthcare settings, Mar. 2009, No. 2009-105, Atlanta, USA

[4.] Fencl, F.: Rightsizing UV-C lamps for HVAC applications, Oct. 2013, HPAC Engineering.

[5.] https://purolighting.com/wp-content/uploads/2020/10/Puro-Whitepaper_UV-Disinfection-in-HVAC.pdf (2022.04.01.)

[6.] American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers: 2019 ASHRAE Handbook, Chapter 62: Ultraviolet Air and Surface Treatment

[7.] Clive B. Beggs, Eldad J. Avital: Upper-room ultraviolet air disinfection might help to reduce COVID-19 transmission in buildings, Oct. 2020, PeerJ

[8.] Beatrice Casini et al.: Evaluation of an ultraviolet C (UVC) light-emitting device for disinfection of high touch surfaces in hospital critical areas, Sept. 2019, International Journal of Environmental Research and Public Health

Salekovics István által írt szakcikk amely megjelent az Épületgépész magazinban az alábbi linken olvasható:

Salekovics István - Az UV-C fény fertőtlenítő hatása a légtechnikában