Каким должен быть эффективный рециркулятор

Введение.

Прежде всего хотим сказать: эта статья является не столько рекламой нашей продукции, сколько попыткой призвать к ответу недобросовестных производителей оборудования УФ обеззараживания воздуха. 

В статье также поднят вопрос ошибочных представлений о процессе обеззараживания воздуха авторов нормативных документов, результатом которого является засилие неэффективного оборудования УФ обеззараживания в медицинских учреждениях нашей страны.

Принцип рецикла.

Что такое УФ рециркулятор объяснять, наверное, излишне, за последние два года этот аппарат обрёл популярность в широких массах. Поговорим о том какой принцип положен в основу его работы и чем отличается большинство современных моделей рециркуляторов от первого в мире образца этого аппарата, разработанного и запатентованного компанией НПО ЭНТ-технология УФ. 

Рецикл воздуха подразумевает собой постоянный воздухообмен через некоторое устройство, в данном случае блок обеззараживания УФ рециркулятора, в котором под воздействием бактерицидной УФ лампы происходит обеззараживание воздуха. Если этот процесс происходит в помещении, работает закон непрерывности аэродинамических струй: воздух, выбрасываемый из рециркулятора, описывает дугу и через какое-то время вновь попадает на вход рециркулятора – можно обобщённо представить поток воздуха через рециркулятор как элипсоид. 

Необходимым условием для того чтобы весь воздух помещения прошёл через рециркулятор является длина струи, превышающая расстояние от выхода рециркулятора до противоположной стены помещения. 

В случае если длина отбрасываемой рециркулятором воздушной струи меньше, часть воздуха помещения не будет участвовать в рецикле, и соответственно не будет обеззаражена. В случае наличия в помещении сквозняков или присутствия работающих кондиционеров либо вентиляторов, часть этого воздуха будет перемешиваться с обеззараженным воздухом, прошедшим через рециркулятор – таким образом общая заражённость воздуха в помещении всё равно будет снижаться, однако случайным образом и крайне низкими темпами. 

Длина воздушной струи. 

Итак, для того чтобы эффективно обеззаразить воздух в помещении при помощи УФ рециркулятора необходимо пропустить его через блок обеззараживания и затем отбросить до противоположной стенки помещения. Только в этом случае зона обеззараженного воздуха вокруг рециркулятора будет соответствовать геометрии помещения (рис. 1а), в противном случае эта зона будет меньше. Если рассматривать зону обеззараженного воздуха как элипсоид длиной приблизительно равной длине корпуса рециркулятора и двум длинам струи, то при длине струи один метр длина зоны обеззараженного воздуха будет составлять три метра, объём обеззараженного воздуха не более 7 м³. 

Превалирующая часть часть производимых ныне рециркуляторов имеют длину воздушной струи меньше метра, порой эта длина составляет сантиметры. Поскольку стандартное помещение имеет объём не менее 45 м³, очевидно что в лучшем случае такой рециркулятор сможет эффективно обеззаразить примерно седьмую часть объёма воздуха в помещении (рис. 1б), в худшем речь идёт о десятых и даже сотых долях этого объёма (рис. 1в).

рис. 1а

рис. 1б

рис. 1в

Методика испытаний рециркуляторов.

При оценке эффективности для получения сертификата изделия медицинского назначения, рециркулятор как правило подвергается следующему испытанию:

Во время работы рециркулятора в заражённом помещении одновременно отбираются микробиологические пробы воздуха на входном и выходном сечениях рециркулятора. При снижении заражённости исходящего воздуха по отношению к входящему в требуемое количество раз, прибор проходит испытания и получает сертификат медицинского изделия. Поскольку длина отбрасываемой воздушной струи не измеряется, эти испытания может пройти рециркулятор с любой длиной струи, обеспечивающий обеззараживание сколь угодно малого объёма воздуха в помещении.

Очевидно, что имеет место неверное понимание принципа работы УФ рециркулятора авторами нормативных документов, вследствие которого эффективным рециркулятором признаётся аппарат сколь угодно малой реальной производительности, обеспечивающий снижение микробиологической заражённости воздуха на своём выходном сечении по сравнению с исходным.

Параметры вентиляторов.

Для создания воздушной струи достаточной длины необходимо использовать вентиляторы достаточной мощности, имеющие подходящую расходно-напорную характеристику. Реактор УФ рециркулятора как правило имеет продолговатую форму воздуховода, вход и выход воздуха могут быть защищены воздушными фильтрами либо световыми заслонками, расположенными в шахматном порядке – всё это выдвигает дополнительные требования к параметрам вентиляторов. 

При рассчёте длины струи необходимо задать полное аэродинамическое сопротивление при требуемом расходе (сопротивление создаваемое воздуховодом, воздушными фильтрами, заслонками). Вентилятор должен обеспечивать воздушное давление, достаточное для преодоления этого сопротивления и создания на выходе из рециркулятора воздушной струи нужной длины. То есть при выборе вентилятора помимо номинального расхода необходимо учитывать его расходно-напорную характеристику. К сожалению, превалирующее большинство производителей пренебрегают этим параметром.

Аэродинамическое сопротивление рециркулятора.

Как уже было упомянуто, аэродинамическое сопротивление рециркулятора складывается из сопротивления его воздуховода, воздушных фильтров и световых заслонок. Разберём отдельно каждый из этих элементов.

1) Геометрия рециркулятора:
Идеальной геометрией воздуховода рециркулятора является цилиндр с направлением воздуха вдоль его оси. Именно эта форма позволяет организовать длинный поток воздуха, не прибегая к помощи вентиляторов повышенной мощности. Помимо этого, при использовании цилиндрических воздуховодов отсутствуют потери на переход к корпусу вентилятора (при условии, что диаметры вентилятора и воздуховода совпадают).

Критически важным является расположение, форма и размеры воздухозаборников и выходных воздушных окон. Если входное и выходное воздушные окна расположены на одной из стенок рециркулятора, входящая и исходящая воздушные струи направлены параллельно друг другу либо под небольшим углом. В этом случае происходит обеззараживание локального объёма воздуха помещения – воздух из области, расположенной с другой стороны от исходящей воздушной струи, не может попасть на входное окно рециркулятора. (рис. 2)

рис. 2

2) Воздушные окна и световые заслонки:
Обычно производители стараются сделать входное и выходное окна меньше, либо установить перед ними световые заслонки, чтобы свести к минимуму паразитную УФ засветку (рис. 3 а)  Однако расход рециркулятора напрямую зависит от площади наименьшего сечения его воздухопровода. Уменьшая наименьшее сечение, производитель значительно снижает КПД вентилятора. 

Поскольку большинство производителей при подборе вентиляторов ориентируются только на номинальный расход и его же указывают в паспорте прибора, с уменьшением наименьшего сечения резко падает производительность УФ рециркулятора относительно паспортной, и конечно же длина струи, которая не указывается и в принципе не измеряется большинством производителей. 

В результате УФ рециркулятор становится пригоден лишь для обеззараживания ничтожно малого объёма воздуха вокруг себя (Рис. 3 б). Специалистам нашей компании встречались установленные на торговых объектах города УФ рециркуляторы с длиной струи не превышающей десяти сантиметров. 

рис. 3а

рис. 3б

3) Фильтры:
Большинство производителей УФ рециркуляторов не снабжают свои приборы воздушными фильтрами, либо устанавливают их вне зоны УФ облучения. Между тем даже механические воздушные фильтры задерживают пыль, аэрозоли и другие мелкие фракции, которые могут экранировать патогенные микроорганизмы от УФ излучения во время прохода УФ реактора. Если такие фильтры расположены в зоне УФ засветки, задерживаемые ими фракции подвергаются УФ облучению с дозой, многократно превышающей УФ дозу, получаемую при проходе УФ реактора. Даже если такие частицы впоследствии оторвутся от поверхности фильтра и попадут в воздух помещения, в течение времени пребывания на фильтре они будут полностью обеззаражены. 

При использовании фильтров из угольной ткани дополнительно происходит частичная очистка воздуха от химических загрязнителей – они распадаются до безопасных соединений на гранулах фильтра под воздействием бактерицидного УФ излучения.

Параметры бактерицидных ламп.

Допустим все перечисленные условия соблюдены и осуществляется рецикл всего воздуха помещения через рециркулятор. Каковы должны быть параметры источника бактерицидного света (как правило УФ лампы низкого давления), чтобы воздух, проходящий через реактор, гарантированно обеззараживался? 

В настоящее время большинство производителей бактерицидного УФ оборудования сосредоточено на защите от коронавируса нового типа, соответственно УФ доза рециркуляторов (равная произведению времени воздействия на мощность УФ источника) выбирается исходя из указанной в научной литературе УФ дозы инактивации этого объекта.

Однако, во-первых, этой дозой инактивируются только вирионы коронавируса, изолировано переносимые воздухом – коронавирусы, содержащиеся в аэрозолях, требуют значительно большей УФ дозы. Как было сказано выше, частично эта проблема может быть решена путём установки фильтров в зоне УФ облучения. 

Во-вторых, помимо коронавируса в воздухе медицинских учреждений содержится множество патогенных микроорганизмов, требующих значительно более высокую дозу для инактивации, при этом представляющих не меньшую угрозу для посетителей и пациентов. 

Внутрибольничные суперинфекции.

По словам Д. Проценко, главврача больницы №40 в Коммунарке, виной 70-ти процентов летальных случаев пациентов в реанимации его больницы являются так называемые суперинфекции – колонии внутрибольничных патогенных микроорганизмов, чаще всего стрептококков и стафилококков, выработавшие резистентность к применяемым в данной больнице антибиотикам и санитарным обработкам. УФ доза инактивации таких микроорганизмов в десятки раз превышает упомянутую УФ дозу инактивации коронавируса – это означает что рециркуляторы, рассчитанные на инактивацию коронавируса, не будут оказывать значимое влияние на заражённость воздуха внутрибольничными суперинфекциями.

Материал корпуса.

Практически все пластики под воздействием бактерицидного ультрафиолета выделяют в воздух токсичные для человека химические вещества, часть этих веществ является канцерогенами. Из сказанного очевидно, что внутренняя поверхность блока обеззараживания должна быть выполнена из металла, в идеале алюминия, имеющего наилучшее рассеяние в области бактерицидного ультрафиолета (длина волны 254 нм), либо покрыта им. Необходимо принять во внимание также что покрытие внутренних поверхностей блока обеззараживания металлизированным скотчем на основе алюминия не приводит к их долговременной защите, под воздействием бактерицидного ультрафиолета клей, на который нанесён алюминиевый порошок, разрушается, что приводит к дополнительному химическому загрязнению воздуха. 

Заключение.

Итак, эффективный и безопасный рециркулятор должен обладать следующими параметрами:

• Длина воздушной струи не менее 5 метров (подбирается индивидуально для помещений разных объёмов и геометрии);
• Необходимое для её создания соотношение геометрии воздуховода, воздушных окон и расходно-напорных характеристик вентиляторов;
• направление входящей и исходящей струй по оси рециркулятора;
• отсутствие либо допустимая геометрия световых заслонок;
• фильтры из угольной ткани, расположенные в зоне УФ облучения;
• УФ лампы мощности, достаточной для инактивации наиболее стойких к бактерицидному излучению патогенных микроорганизмов при заданном расходе;
• металлический корпус, либо металлическое покрытие внутренней поверхности УФ реактора.

Наша компания периодически проводит мониторинг представленной на рынке обеззараживания воздуха продукции. На сегодняшний день ни один известный нам аппарат не обладает всеми указанными параметрами.

P.S.

Необходимо заметить, что в области обеззараживания воздуха существуют задачи, для решения которых нет необходимости в полноценном рециркуляторе. Рециркуляторы для городского транспорта, выпускаемые в том числе и нашей компанией, обеззараживают локальный объём воздуха салона – зону расположения водителя и пассажиров.

Специальные рециркуляторы для производственных цехов также обеззараживают воздух лишь необходимых зон – например, зону фасовки пищевой продукции.

Однако для помещений постоянного пребывания – жилых комнат, офисов, больничных палат и коридоров, необходимы рециркуляторы, обеспечивающие обеззараживание всего объёма воздуха помещения. Именно такие рециркуляторы предлагает компания ООО «НПО ЭНТ-Технология УФ».