Обеззаразяване на въздуха в ОВК системи

Решения и технологии

По данни на европейски и американски университети и браншови организации в областта на сградния инженеринг съвременният човек прекарва по-голямата част от живота си в затворени пространства (от 80% до 90% от цялото време). Затова въпросите, свързани с осигуряване на санитарно-епидемиологична безопасност играят важна роля в изграждането, реконструкцията и функционирането на сградите и сградните инсталации. Оказва се, че заболеваемостта, обусловена от лошо качество на въздуха в помещенията, към днешна дата остава на високо ниво. Особено остър е проблемът в затворени пространства със струпване на много хора – обществени и производствени сгради. Ще разгледаме едни от най-обещаващите в практиката технологии, гарантиращи безопасност на въздушната среда в помещенията.

Въпроси, свързани с предотвратяване на опасности за здравето на хората, са винаги актуални. Един важен за здравето фактор е качеството на въздуха, който дишаме. Днес хората прекарват много по-дълго време в затворени пространства, отколкото на открито. По информация от Европейската асоциация за хигиена на вентилационни инсталации (European Ventilation Hygiene Association, EVHA) и лаборатория Бъркли, САЩ, европейците са средностатистически на закрито 80-90% от времето си, а американците – 90%. Това означава, че 80-90% от вдишвания въздух е този, който рециркулира във въздуховодите на затворените помещения.

С течение на времето в тръбите и ОВК инсталациите се натрупват мръсотия, прах, полени, микроби, вируси, бактерии и плесени. Винаги, когато системите са включени, въздухът циркулира в тях и носи опасни частици в средата, където дишат хората. От тази гледна точка, що се отнася до санитарно-епидемиологичната сигурност в обществени сгради трябва да се признае, че системите за отопление, вентилация и климатизация са идеални за разпространение на замърсители, но това ги прави и идеални за тяхното пречистване.

ОВК системите – център за прилагане на технологии за пречистване на въздуха
Хората са под постоянното въздействие на замърсителите на въздуха, на места намиращи се в тревожни концентрации както в градския въздух, така и в сградите. В същото време самите хора са основен източник на микробно замърсяване. Един човек отделя във въздуха 2000-6000 микроорганизми за час, при разговор - 800 частици в минута, а при кихане – 40000. Те се отделят във въздуха във вид на аерозоли – колоидни системи от въздух и малки капчици течност, в които са затворени микробите. Можете да си представите какво се случва във въздуха на обществени сгради с голямо струпване на хора. ОВК системите много добре разпространяват аерозоли, прах и газове през целия обем на въздуха в помещенията. Именно затова, разполагането на технически средства за пречистване на въздуха в тях, се оказва много ефективно.

Доклад на Националната Лаборатория по Околна среда Лорънс Бъркли, САЩ, показа че съществуват технологии за подобряване качеството на въздуха в затворени помещения, които могат да доведат до значителни спестявания и печалби.

Прогнозните данни са впечатляващи. Очакваните годишни икономии и печалби от увеличена работоспособност за САЩ се оценяват от 6 до 14 милиарда щатски долара от намаляване на респираторни заболявания, от 2 до 4 милиарда за редуциране на алергии и астма и от 10 до 30 милиарда за намаляване на симптоми на синдрома на болната сграда. Въпреки че за България, цифрите ще са по-различни, примерът е достатъчно красноречив.

Технологиите за обеззаразяване на въздуха в системите за отопление, вентилация и климатицазия имат решаващо значение за качеството на въздуха в затворени помещения. Ползите от тях за общественото здраве и икономиката, съчетани с интереса за защита на населението от биологични и химични оръжия, предизвикаха засилен интерес към методите и техническите средства за отстраняване на инфекциозни микроорганизми, алергени и химични вредни вещества от въздуха, който дишаме в сградите.

Техники за активно обеззаразяване с ултравиолетова светлина (UV) и високо ефективни HEPA (high efficiency particulate air) филтри за частици във въздуха са използвани години наред за пречистване на въздуха в инфекциозни отделения и лаборатории. Въпреки това, прилагането на тези процеси във вентилационни системи с голям дебит на въздуха в големи обществени, офис и производствени сгради представя нови предизвикателства. Нужно е фундаментално преосмисляне на много елементи от дизайна на ОВК системите, на местоположението и защитата на въздуховодите, както и на структурата на активните компоненти за обеззаразяване за самите системи.

HEPA филтри
Едно от най-ефективните решения за дезинфекция на въздуха е да се уловят дразнещите частици от въздуха в мрежест филтър. Развитието на високоефективни въздушни филтри за малки частици - HEPA филтри, направи възможно ефективното изчистване на въздуха от частици до 0,3 микрона, като по-малки частици също се улавят, но в различна степен. Вирусите са най-малки, вариращи по размер от 0.01 до 0.4 микрона, докато гъбичните спори са най-големи и може да бъдат от 5 до 100 микрона. Бактериите са с размери от 0.5 до 10 микрона. Опасни бактериални патогени като Anthrax, Pneumocystis, Staphylococcis обикновено варират от 1 до 6 микрона. Размерите се отнасят за аеродинамичния диаметър на частиците, той обикновено е различен от действителния им размер, заради несферичната форма на клетките, но помага за по-точно предсказване на аеродинамичното поведение на частиците във въздуха.

HEPA филтрите се състоят от голям брой синтетични фибри, преплетени в различни слоеве. Идеята е, че когато въздушният поток преминава през филтъра, по-тежките целеви патогени, като бактерии, спори и някои вирусни частици, няма да имат възможност да се справят с нишките поради тяхната по-голяма инерция по отношение на въздушните молекули. Най-бавните частици ще се удрят в нишките и ще бъдат спрени. Синтетичните влакна са проектирани да бъдат с "лепкава" повърхност и тези частици се запечатват във филтърните елементи, оставайки заключени в тях. Тъй като са ефективни за голям обхват микроорганизми, алергени и прах, HEPA филтрите имат широко приложение в чисти помещения, лаборатории, промишлени и обществени сгради.

В тази технология на филтрация обаче, съществуват и някои ограничения, които налагат съчетаване с други технологии на пречистване, за да се гарантира обеззаразяващата ефективност на вентилационната система.

Както споменахме, HEPA филтрите работят отлично (99,97% ефективност) за частици до около 0,3 микрона. В същото време аеродинамичният диаметър на вирусите варира до 0,01 микрона, което означава, че много вирусни агенти няма да се отстраняват с висока ефективност от тези филтри. Също трябва да се има предвид, че дори най-малка повреда във филтъра, лошо качество на продукта или на монтажа могат значително да намалят ефективността на системата и да застрашат хората в сградата. От съществено значение е и че инсталациите с HEPA филтър в големи сгради оказват значително влияние върху производителността на въздушния поток и консумацията на енергия в негативен план. Трябва да се предвидят и допълнителни разходи за подмяна на филтрите, когато се задръстят.

Електростатични филтри
Друга, добре известна технология на филтруване, се базира на електростатично утаяване. Електростатичните филтри съдържат два компонента – йонизатор и колектор. Те утаяват частиците във въздуха, като обработват навлизащия замърсен въздушен поток със силно заредена сфера – йонизатор. В него частиците получават положителен заряд и след това се залепят за отрицателно заредените електродни плочи – колектор. Резултатът е пречистен въздух. Има три фактора, които ограничават тази технология – въздушният поток трябва да се забави значително , за да се гарантира ефективна обработка на всички частици; тези филтри изискват големи количества енергия за обеззаразяване на единица обем въздух, а освен това страничен продукт от процеса е озон, който може да крие значителни рискове. Озонът се произвежда в големи количества в промишлени електростатични приложения.

Неотдавна са правени тестове за отстраняване на бактерии и гъбички с озон в електростатични филтри. За тестваните утаители, максималната ефективност на отстраняване е 81%. Микроорганизмите с по-малки размери са по-трудни за отстраняване, което прави използването на тази технология по-колебливо за отстраняване на вируси.

UV системи
Способността на UV радиацията – частта от спектъра от 100nm до 400nm, за инактивиране на биологични патогени е доказана. Отдавна е известно че UV лъчението действа, увреждайки ДНК и други клетъчни компоненти на микроорганизмите до такава степен, че клетката не може да се репликира. Клетките на патогените, които са били изложени на въздействието на UV лъчи може все още да са жизнеспособни, но не могат да се възпроизвеждат, и следователно не са заразни. През 1903г. една от първите Нобелови награди в медицината е присъдена на д-р Финсен за откриване и използване на бактерицидния ефект на UV лъчите при лечение на инфекциозни заболявания на кожата. През 1930г. Westinghouse разработва UV лампи за технически синтезирана UV светлина и от тогава до днес развитието на тези технологии, включително интегрирането им ОВК системите е с критично значение за инактивиране на въздушно преносими вируси, бактерии и техните спори.

Ултравиолетовото противобактериално облъчване (UVGI, Ultra Violet Germicidal Irradiation), което се използва в практиката обикновено е UV лъчение с дължина на вълната 254,7 нанометра - оптималната за повреждане на нуклеиновите киселини в патогените. Предимство на UV техниката е че обхваща и по-малките вируси и осигурява степен на обеззаразяване 99.9%. Оборудването е компактно и лесно за употреба. Не се използват химични реагенти и липсват странични влияния. Третирането е безопасно за хората и осъществява защита от патогени 24 часа в денонощието, 7 дни от седмицата.

Друга техника, която е била предложена за конструкциите на сградите, е да се използва естествена UV светлина. Този процес се нарича пасивно слънчево обеззаразяване. В този сценарий сградите трябва да имат изградени въздуховоди с UV прозрачни стени, които обграждат външната структура на сградата. Въздухът ще се дезинфекцира от естествената слънчева светлина, след което ще преминава в ОВК системата за охлаждане/затопляне и разпределение в цялата сграда. Това е една интригуваща възможност, но тъй като озонът в земната атмосфера филтрира най-ефективната бактерицидна част от слънчевата радиация, инактивирането на патогените ще е доста бавно. Освен това, слънчевата светлина не е ефективен дезинфектант за спори, защото те са еволюирали и имат огромни възможности за възстановяване на ДНК в природни условия. Тук техническите решения с UV лампи биха били по-ефективни.

Други технологии
Фотокаталитичното окисление е друга технология за дезинфекция на въздуха. Основава се на производството на силно реактивни химични компоненти с кратък живот - кислородни радикали и йони, които са ефективни в дезинфекцията на микроорганизми и неутрализирането на летливи органични съединения (ЛОС) или други химични аерозоли. Тези реактивни съединения се произвеждат чрез прилагане на светлина с малка дължина на вълната на титанов диоксид. Такива оксидни покрития могат да се включват в стените или HEPA филтрите на ОВК системите. Ефективността на фотокаталитичното окисление е добре изследвана. Обикновено микроорганизмите са напълно разрушени. Показана е ниска консумация на енергия.

Други решения използват активен въглен или абсорбция в течност. Филтрите с активен въглен функционират със силата на голямата си повърхност и способността на тази повърхност да улавя и задържа големи органични молекули. Зрънце активен въглен има огромна повърхност. Активният въглен е въглен, който е обработен с кислород, за да се отворят милиони фини пори между въглеродните атоми. Напредъкът в производствените технологии е довел до силно порести въглени, които имат повърхностни от 300-2,000 квадратни метра на грам. Активният въглен е добър в улавяне на други въглерод съдържащи (органични) вещества и хлор. Много други химикали, които не се привличат от въглерода, обаче преминават през филтрите, т.е. не са ефективни за всякакви химични замърсители. Когато всички пори на филтъра се запълнят, той трябва да се смени. Въглеродните филтри могат да бъдат среда за микроорганизми. Докато въглеродната адсорбция е обща технология за извличане на ЛОС от въздушни потоци, нейната ефективност в премахването на биологични патогени в приложения за вентилационни системи не е доказана.

Често в практиката се комбинират няколко технологии, за да се покрие по-широк кръг замърсители. Има системи, в които въздуха преминава първо през механичен филтър за улавяне на праха, после през UV излъчващо устройство за убиване на микроорганизмите и накрая – през йонизатор, който елиминира останалите микроскопични частици (често най-вредните) и обогатява въздуха с отрицателно заредени йони, които са полезни за здравето.