Dezentrale Luftdesinfektion mit UV-C-Licht

Bild 1: UV-Spektrum und Spektralkurve der maximalen Inaktivierung

Viele Menschen im Land sind durch die Berichterstattung der Medien und Maßnahmen der Regierung ­tief verunsichert, viele Gewerbetreibende durch diese Effekte in ihrer Existenz bedroht. Dezentrale Luft­desinfektion mit UV-C-Strahlung kann pragmatisch die Sicherheit erhöhen, wirtschaftliche Schäden abwenden und eine Rückkehr zur Normalität ermöglichen.

Die Anwendung von UV-Strahlung gegen krankheitserregende Mikroorganismen wie Viren, Bakterien, Hefen und Pilzen hat eine lange Geschichte. Bereits 1906 setzte von Recklinghausen die UV-Strahlung zur Desinfektion von Wasser ein. 1936 desinfizierte Hart damit erstmals die Luftzufuhr für einen Operationsraum. 1937 konnte der Einsatz in der Luftzufuhr einer Schule das Auftreten von Masern drastisch reduzieren. In den 1950ern wurden Tuberkulosebakterien an Luftauslässen in Krankenhäusern damit abgetötet, und der Einsatz zog immer weitere Kreise.

Seit mehr als 40 Jahren wird UV-C-Strahlung nun in großem Umfang zur Desinfek­tion von Trinkwasser, Abwasser, Luft, pharmazeutischen Produkten und Oberflächen gegen eine ganze Reihe von menschlichen Krankheitserregern eingesetzt. Alle bisher getesteten Bakterien und Viren (viele Hundert im Laufe der Jahre, einschließlich anderer Corona­viren) sprechen auf die UV-C-Desinfektion an. Einige Organismen sind anfälliger für eine UV-C-Desinfektion als andere, aber alle ­bisher getesteten Organismen sprechen bei den entsprechenden Dosen an [1] [2].

Wirkungsweise der Desinfektion

Bild 2: Aufbau Mikroorganismen und UV-C-Dosis

Der für die Luftentkeimung/-desinfektion relevante Teil des UV-Spektrums ist der UV-C-Teilbereich 200 … 280 nm. Die Leistungsspitze von UV-C-Niederdrucklampen liegt bei 254 nm und somit sehr nahe am optimalen Bereich der DNA-/RNA-Absorption durch Mikroorganismen. Hier erfolgt die maximale Abtötung/Inaktivierung (Bild 1). Die Strahlung wirkt keimtötend bzw. bei ­Viren inaktivierend, die Erbinformation zur Vermehrung wird zerstört. Je nach mikro­bieller Gruppe und relativer Luftfeuchte variiert die notwendige Dosis UV-C-Strahlung in J/m² zur Abtötung/Inaktivierung. Viren sind die in Luft am einfachsten zu reduzierende Gruppe, Pilzsporen können die hundert­fache Dosis eines Virus benötigen (Bild 2). Bild 3 zeigt die notwendige Dosis als Durchschnittswert der mikrobiellen Gruppen für eine Abtötung bzw. Inaktivierung von 90 % in Luft mit niedriger bzw. hoher relativer Feuchte [1].

Sars-CoV-2 als Auslöser von Covid-19 bildet keine Ausnahme bei der Inaktivierbarkeit von Viren durch UV-C. Kürzliche Labortests bestätigten die Inaktivierbarkeit mit ­einer Rate von 99 % bei einer UV-C-Dosis von 5 mJ/cm² auf Oberflächen. [5]

Vorteile von UV-C-Strahlung

Bild 3: Erforderliche UV-C-Dosis zum Abtöten von 90 % mikrobieller Gruppen in Luft

Mit UV-C-Luftdesinfektion kann die Bekämpfung von Viren und Bakterien in Aerosolen permanent 24/7 stattfinden. Die Anwendung ist frei von Chemikalien, frei von Rückständen und somit umweltschonend. Ganz besonders wichtig ist, dass keine Resistenzbildung der ­Viren und Keime stattfinden kann.

Die bewährte Technologie der UV-C-Leuchtmittel liefert eine optimierte Ausbeute bei 254 nm Wellenlänge mit stark desinfizierender Wirkung, ist wartungsarm (bei 24/7-Betrieb einmal pro Jahr UV-C-Leuchtmittelwechsel) und durch den Einsatz von Quarzglas wird eine Ozonbildung ­vermieden.

Die Inaktivierung/Abtötung von Viren und Keimen in Aerosolen benötigt darüber hinaus nachgewiesen geringere UV-C-­Dosen als auf Oberflächen und im Wasser [1].

Vorsicht ist geboten

Bild 4: UV-C-Luftdesinfektionsgerät als Lösung für die Wandmontage

Offene UV-C-Strahlung allgemein ist schädlich für Haut und Augen. Hautrötungen und Bindehautentzündungen können durch ­UV-C-Strahlung ausgelöst werden. Je nach Bestrahlungsstärken gibt es hier maximal zulässige Expositionszeiten.

Darüber hinaus sind viele Materialien, ­sowie auch Pflanzen (UV-C wird von der ­Atmosphäre natürlich gefiltert), nicht für ­eine dauerhafte UV-C-Bestrahlung geeignet. Der Einsatz von offenen UV-C-Strahlern wird deswegen in der Regel nur zeitlich ­begrenzt vorgenommen und bei Nichtan­wesenheit von Personen und Tieren. Sollten offene UV-C-Strahler z. B. zur Bestrahlung von Raumluft im oberen Bereich eingesetzt werden, ist neben der Degradation der Materialien auch der Reflexionsgrad (UV-C ≠ sichtbares Licht) zu prüfen.

Praxisgerechte Lösung

Bild 5: UV-C-Luftdesinfektionsgerät als Lösung in der Abhängung

Eine Lösung für diese Problematik bieten ­geschlossene UV-C-Geräte, die mit Ventilatoren arbeiten und dezentral eingesetzt werden. Durch die Konstruktion wird ein Austritt von UV-C-Strahlung vermieden und somit alle nachteiligen Effekte. Die zu desinfizierende Luft wird an den UV-C-Strahlern vorbeigeführt und tritt gereinigt aus (Bild 4).

Diese dezentralen Geräte haben den ­Vor­teil direkt an Ort und Stelle wirken zu können, gegenüber dem Einsatz in der Zuluft. Der geringe Platzbedarf, die einfache Nachrüstung und Skalierbarkeit sind weitere Vorteile der dezentralen Geräte. Designtechnisch gut in die Umgebung eingepasst gibt es Geräte zur Decken-/Wandmontage, zur Abhängung oder zum Aufstellen (Bilder 5 und 6).

In der Regel sind die Geräte vom Luftvolumenstrom in m3/h für eine Umwälzung der Raumluft von mindestens einmal pro Stunde ausgelegt. Entsprechend ergibt sich die ­Dimensionierung. Die UV-C-Leistung, ca. ein Drittel der nominellen Leuchtmittel­wattage (also bei einer HNS 15 W G13 ca. 5 W effektive UV-C-Leistung), und die Gesamtkonstruktion (→ UV-C-Kammergröße, Reflektoren, Luftführung) müssen hier für die entsprechende UV-C-Dosis im Zusammenspiel mit der Verweildauer der Luft ergeben.

Der Betriebszustand der UV-C-Leuchtmittel sollte hier im optimalen Bereich ihrer Oberflächentemperatur liegen, die Strömungsgeschwindigkeit der Luft ebenso. Ansonsten drohen Wirkungsgradverluste. Eine Zusetzung der Leuchtmittel durch Staub kann durch entsprechend vorgeschaltete Filter vermieden werden.

Eine gute Platzierung im Raum und regelmäßiger Ersatz der UV-C-Leuchtmittel sorgen für bestmöglichen Betrieb. Vom Schalldruck­pegel her sollten die Geräte im Bereich eines normalen Zimmerventilators mit ca. 35 dB arbeiten. Die UV-C-Leuchtmittel erreichen nach einer Einbrenndauer von 100 h die volle Leistung. LEDs sind aktuell bei der breiten Anwendung den UV-C-Niederdruckleuchtmitteln noch deutlich unterlegen.

Fazit

Bild 6: Das UV-C-Standgerät sorgt ebenfalls für eine ausreichende Luftdesinfektion

Sowohl Gesellschaft als auch Experten sind gespalten in der Bewertung der Corona-Pandemie. Dezentrale UV-C-Luftdesinfektion ist eine wirksame, schnell in Betrieb zu nehmende, bezahlbare und skalierbare Lösung, um eine Rückkehr zur Normalität zu ermöglichen, Sicherheit bzgl. Sars-CoV-2 zu ­erhöhen, Verunsicherungen zu nehmen und weiteren Schaden abzuwenden. Darüber hinaus ist der Einsatz gegen Viren und Bakterien, neben Hefen und Pilzsporen, allgemein seit Jahrzehnten erfolgreich, ohne Resistenzbildung. UV-C wirkt gegen die Influenza, Masern, Mumps auslösenden Viren genauso wie auch gegen Tuberkulosebakterien [1]. Es muss nicht immer Pandemie sein, auch wenn UV-C bereits erfolgreich gegen Vorläufer-Coronaviren Sars-CoV und Mers-CoV war und ist, sowie sämtliche der zahlreichen bekannten Arten von Coronaviren ausnahmslos durch UV-C inaktivierbar sind [7]. Dezentrale UV-C-Luftdesinfektion hat deswegen einen dauerhaften Praxiswert und bietet Elek­trohandwerksbetrieben ein zusätzliches Betätigungsfeld.

Literatur

[1] Kowalski, Wladyslaw. (2009). Ultraviolet Germicidal Irradiation Handbook

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

[3] Philips Produkt-Information. Desinfektion mit UV-Strahlung –Strahlungsquellen, technische Hinweise, Anwendung. 1995

[4] Dai, Tianhong et al. »Ultraviolet C irradiation: an alternative antimicrobial approach to localized infections?.« Expert review of anti-infective therapy vol. 10,2 (2012):185-95.

[5] Eigene Darstellung ASS Energietechnik GmbH

[6] Dr. Anthony Griffiths , National Emerging Infectious Diseases Laboratories (NEIDL) at Boston University

[7] Heßling, Martin et al. »Ultraviolet irradiation doses for coronavirus inactivation – review and analysis of coronavirus photoinactivation studies.« GMS hygiene and infection control vol. 15 Doc08. 14 May. 2020

Autor

Sascha Schanz, M.Eng, ASS Energietechnik GmbH, Berlin-Spandau

 

Quelle und Bildquelle: www.elektro.net

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