Бактерицидная установка для дезинфекции бытовых помещений - Статьи :: Международный Электротехнический Журнал Электрик
Рубрика

Производство и ресурсы

302
Бактерицидная установка для дезинфекции бытовых помещений

Бактерицидная установка для дезинфекции бытовых помещений

Владимир Гуревич, г. Хайфа

 

В статье рассматривается, как правильно выбрать бактерицидные лампы для защиты от вирусов и на их основе создать установку для дезинфекции квартиры.

 

(Окончание. Начало в Э 3/2021)

 

Как выбрать действительно бактерицидную УФ лампу?

Если под видом бактерицидных ламп UV-C диапазона многочисленными мошенниками предлагаются бесполезные изделия на основе светодиодов, то кто может гарантировать, что газоразрядные лампы низкого давления, предлагаемые там же (рис.7) выполнены из дорого увиолевого стекла, а не из обычного оконного, которое не пропускает большую часть УФ излучения? Как же выбрать из сотен предложений неграмотных (в области характеристик рекламируемых ими изделий) продавцов реально полезный товар? Как разобраться в той смеси реальных характеристик и несуразностей, а иногда и откровенного обмана, который представляют собой описания к источникам УФ излучения для дома?

Прежде всего, возникает вопрос о мощности УФ облучателя, необходимого для дома. И тут царит такая же неразбериха, как и с самими облучателями.

Во-первых, как уже упоминалось выше, имеется два значения мощности УФ облучателя: потребляемая из питающей сети и мощность излучения. Производители и продавцы указывают обычно потребляемую мощность, так как она значительно больше излучаемой, и поэтому лучше смотрится в рекламных проспектах. А в расчетах мощности, необходимой для дезинфекции заданного объема, участвует совсем другая мощность – мощность излучения, которая в лучшем случае в 2 – 3 раза меньше рекламируемой. Кроме того, данные, представляемые различными производителями и продавцами по соотношению между мощностью облучателя и объемом (или площадью) эффективно дезинфицируемого объекта настолько отличаются друг от друга, что пользоваться ими практически невозможно. Справедливости ради нужно отметить, что проблема не только в недобросовестных (или не понимающих) продавцах, но и в объективных причинах.

На рис.13 показано убывание интенсивности УФ облучения поверхности с увеличением расстояния от источника.

Дело в том, что бактерицидная эффективность облучателя зависит от очень большого количества факторов, которые не всегда можно учесть в расчетах и которые, поэтому, вносят существенную неопределенность и неточность в расчеты. Прежде всего, это расстояние между источником УФ и дезинфицируемой поверхностью. При удалении от источника облучаемая площадь увеличивается в квадрате от расстояния, но при этом, настолько же уменьшается интенсивность излучения, рис.13. Если, например, условно принять за 100% интенсивность излучения на расстоянии r = 1 м от источника, то на расстоянии r = 3 м интенсивность излучения составит всего лишь 11%.

Учитывают ли это рекламодатели, когда приводят данные о мощности облучателя, достаточной для определенной площади? Из приведенной выше зависимости следует также, что единичный источник УФ излучения, установленный на определенном расстоянии напротив облучаемой поверхности, будет создавать различную интенсивность облучения на разных участках этой поверхности. На участках, удаленных от проекции источника на эту поверхность, интенсивность излучения может оказаться настолько слабой, что вместо бактерицидного эффекта, такое ослабленное облучение (то есть низкая бактерицидная доза) может привести к обратному эффекту, то есть к мутации некоторых патогенов и даже к их усиленному размножению. Кроме того, интенсивность облучения на поверхностях зависит также от угла падения УФ потока на поверхность, отражающих свойств этой поверхности. При очень небольших размерах источников УФ излучения (которые в рассматриваемом случае можно считать точечными, рис.8), предлагаемых для бытового применения и их очень небольшой мощности, отрицательный эффект от их применения может даже превзойти положительный.

Существуют также проблемы и при оценке мощности источника УФ, необходимой для стерилизации объемов воздуха в помещении. Это не только рассмотренное выше ослабление интенсивности излучения с расстоянием, но также и влияние других факторов, например таких, как влажность воздуха в помещении, наличие или отсутствие его перемещения (то есть сквозняка), снижение интенсивности излучения УФ лампы в течение ее срока службы и др.

Повышенная влажность воздуха существенно снижает интенсивность УФ излучения на расстоянии. Отсутствие перемещения воздуха в помещении приведет к тому, что удаленные участки воздуха останутся необработанными. Это особенно актуально для помещений, вытянутых по длине и содержащих ниши, перегородки.

В общем случае бактерицидная эффективность УФ облучателя будет зависеть не только от его мощности, но и от времени его воздействия на объект (времени экспозиции). Поэтому маленькие УФ лампы, предлагаемые для бытового применения, часто снабжают дистанционными пультами включения с 3 ступенями времени на автоматическое отключение (обычно, это 15, 30 и 60 мин). При этом предполагается, что для маленькой комнаты достаточно будет 15 минутной экспозиции, а для большой потребуется 60 мин непрерывной работы такой лампы. Однако, такие рассуждения в данном случае неприменимы, так как недостаточная интенсивность излучения на большом удалении от УФ лампы (рис.9 слева), то есть совершенно недостаточная бактерицидная доза не может быть компенсирована увеличением времени экспозиции в 3-4 раза, например, с 15 до 60 мин.

 

Расчёт мощности УФ излучателя

Для упрощенного ориентировочного расчета мощности источника УФ без учета многих из перечисленных выше факторов, может быть использована следующая методика.

Исходные данные:

1. Бактерицидная облученность (BI) УФ источника UV-C типа (отношение бактерицидного потока к площади или объему облучаемой поверхности)

- 0.2 – 0.5 Вт/кв.м – для площади дезинфицируемой поверхности;

- 0.15 Вт/куб.м – для объема воздуха

2. Остаточная излучаемая мощность УФ источника в процессе эксплуатации (LMO) – 80%

3. Влажность воздуха (AH) – 60% (при увеличении влажности более 50% мощность УФ источника должна быть увеличена примерно на 25%, то есть коэффициент влажности KH = 1.25)

4. Площадь дезинфицируемой поверхности (S) – 50 кв. м.

Расчетная формула для излучаемой мощности УФ источника:

Р(r) = (S x BI x KH)/LMO.

Результат расчета:

P(r) = (50 • 0.35 • 1.25)/0.8 = 27 Вт.

Таким образом, при КПД = 36% (газоразрядная УФ лампа низкого давления) получим номинальную мощность источника P(N) = P(r)/КПД = 77 Вт

То есть, расчетная номинальная мощность УФ источника (а именно она указывается в рекламных проспектах) необходимая для жилого помещения площадью 50 кв. м. уже значительно превышает мощность бактерицидных установок, предлагаемых для дома на AliExpress, eBay, Amazon.

 

Самодельная УФ установка

Так что же делать? Надо самостоятельно построить УФ бактерицидную установку, более подходящую для жилой квартиры, чем предлагаемые на рынке. Общая концепция такой установки заключается в использовании не единичного точечного источника УФ, а распределенного по дезинфицируемой поверхности или объему. То есть, в использовании не одной лампы, а нескольких УФ ламп, суммарной мощностью около 100 Вт, каждая из которых может быть установлена на расстоянии 1 – 2 м от другой лампы и количество которых может варьироваться в зависимости от размера комнаты или площади дезинфицируемой поверхности.

С учетом всего вышесказанного, надо, прежде всего, выбрать «правильную» лампу, которая, с одной стороны обеспечивала бы необходимый бактерицидный поток, а с другой, была бы удобной для создания самодельной дезинфицирующей установки. Для этого, прежде всего, нужно обратить внимание на конструкцию цоколя лампы, рис.14.

Совершенно очевидно, что самостоятельно строить УФ установку на основе ламп, имеющих такую конструкцию цоколей, как показано на рис.14 слишком сложно. Поэтому останавливаем наш выбор на самом обычном круглом цоколе с винтовой нарезкой, типа E27.

На следующем этапе нужно выбрать лампу, реально обеспечивающую излучение в диапазоне UV-C. Прежде всего, это должна быть газоразрядная лампа, а не светодиодная. Однако и при выборе газоразрядной лампы нет никакой возможности проверить ее реальное качество на стадии заказа на AliExpress, eBay, Amazon. Единственный выход – приобретать лампы известных брендов и производителей, снабженных маркировкой на самой лампе, на ее упаковке, в прилагаемом производителем документе. Наряду с совершенно безымянными лампами, не имеющими вообще никакой маркировки, но тех же торговых площадках предлагаются и лампы серьезных производителей, таблице.

Лампы этих производителей (с цоколем Е27) снабжены соответствующей маркировкой, указывающей мощность, напряжение питающей сети, принадлежность к диапазону UV-C, а иногда даже и длину волны излучаемого УФ потока (254 нм или 257.3 нм), рис.15. Лампы этих брендов различной мощности и конструкции широко представлены на рынке, рис.16.

Четыре УФ лампы, мощностью по 25 Вт – хороший выбор для самодельной домашней УФ установки.

Но как проверить качество приобретенной лампы в домашних условиях? Легче всего это сделать для лампы, работающей в диапазоне UV-V (то есть производящей озон). Если после включения лампы вблизи нее ощущается характерный запах озона, то можно быть уверенным, что это лампа UV-V типа. Однако если вы не хотите подвергаться опасности воздействия озона и приобрели лампу, работающую лишь в диапазоне UV-C, то сделать это без специальных индикаторов невозможно.

Простейшим и общедоступным для домашнего пользования индикатором излучения для диапазона UV-C является специальная тестовая карточка «QuantaDose». На рис.17 показана пластиковая тестовая карточка компании Quanta X Technology Co, предназначенная для проверки диапазона УФ излучения (верхнее поле) и интенсивности излучения (нижнее поле).

Такая карта стоит около 10 USD и при поднесении ее к лампе позволяет подтвердить (или опровергнуть) излучение в диапазоне UV-C, а также приблизительно оценить УФ поток. Эксперименты в домашних условиях показали, что эта карточка работает с лампами мощностью в 25 Вт и выше. Причем, если эта лампа производит озон, то показания карточки намного четче. Так, например, при поднесении карточки к лампе, работающей без озона мощностью 25 Вт, в верхнем поле карточки появляется слабо светящаяся белым цветом надпись UV-C. А при поднесении ее к лампе, работающей с озоном, эта надпись приобретает зеленый цвет и светится намного ярче.

Что касается нижнего поля, то интенсивность излучения первой лампы идентифицируется карточкой как «Low», а для второй лампы уже как «Moderate». По-видимому, эта оценка зависит от общей интенсивности потока ультрафиолета, производимого лампой. А у лампы, производящей озон, эта интенсивность больше, чем у лампы, работающей лишь в диапазоне UV-C, у которой часть светового потока (соответствующая диапазону UV-V) задерживается стеклом. Из этого, однако, не следует, что УФ бактерицидная способность лампы, производящей озон, выше, так как часть светового потока, соответствующая диапазону UV-V, не обладает достаточным бактерицидным эффектом.

Дополнительные (кроме самих ламп) элементы, необходимые для изготовления самодельной УФ установки показаны на рис.18.

Простейшая бактерицидная состоящая из нескольких одинаковых модулей с УФ лампами (рис.19), может быть несколько усложнена и дополнена, в первую очередь, небольшим вентилятором, обеспечивающим принудительную циркуляцию воздуха в комнате. Это существенно улучшит качество обеззараживания воздуха.

Кроме того, установка может быть снабжена дополнительным модулем выдержки времени, обеспечивающим ее включение с задержкой времени 1 мин, достаточной для того, чтобы выйти из комнаты до активации УФ ламп, а также автоматическое выключение ламп перед входом в комнату (через 30-60 минут после активации ламп). Этот простой модуль состоит из двух самых простых и дешевых таймеров Т1 и Т2 с задержкой на включение. На схеме, рис.20, контакт таймера Т1 подает с задержкой в одну минуту напряжение сети на шесть параллельно соединенных между собой стандартных розеток, а два последовательно включенных (для увеличения коммутационной способности) контакта таймера Т2 отключают это напряжение по истечении установленного периода времени (до одного часа).

На рис.20 показан внешний вид, и схема дополнительного модуля выдержки времени c 6 параллельными выходами (для отдельных модулей с лампами и вентилятора), обеспечивающего включение и выключение УФ ламп с задержкой.

Благодаря модульной конструкции, описанную установку можно использовать не только для эффективной бактерицидной обработки поверхностей и воздуха в комнатах разной площади, но также и для обеззараживания предметов, таких, как одежда, обувь, маски, перчатки, телефон, компьютер и т.п.

На рис.21 показан пример использования самодельной бактерицидной установки для обеззараживания мягкой мебели, а на рис.22 – пример использования этой установки для обеззараживания поверхности ковра.

Для обеззараживания вещей нужно включить всего лишь одну лампу и поместить ее в закрытую картонную коробку, предварительно обклеенную изнутри алюминиевой фольгой, отражающей УФ излучение, или, хотя бы, покрыть внутри лаком-серебрянкой (выпускается в виде спрея). Такое простейшее приспособление будет намного дешевле фирменного контейнера, рис.23.

Модульная конструкция описанной бактерицидной установки с распределенными источниками УФ позволяет значительно эффективнее производить обеззараживание жилых помещений, варьировать в широких пределах мощность излучения в зависимости от размеров помещения, использовать в ней лампы различных типов и мощности, производить обеззараживание различных предметов повседневного обихода. При этом она проста по конструкции, доступна для изготовления собственными силами, разбирается на отдельные модули и не требует много места для хранения.

 

Внимание! Жесткое ультрафиолетовое излучение диапазона UV-С и UV-V опасно для кожи и глаз человека, а также для домашних животных, находящихся в доме. Поэтому при работе в комнате бактерицидной установки, присутствие в ней людей и домашних животных должно быть исключено!

Понравилась статья? Расскажите друзьям!
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ
comments powered by Disqus

banner

banner

banner

banner

banner

banner

banner