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建築物管理人員轉向使用紫外線照明來對抗 COVID-19

紫外線得到 CDC、ASHRAE 的支持,可有效減少病毒的感染。


在過去的一年裡,物業設施維護工程經理展現高度興趣以大量使用紫外線 ( UV ) 技術作為建築物整體消毒計劃的一部分。隨著 COVID-19 大流行的持續發展,物管人員繼續尋找更多方法來保持大廳、等候區、辦公室、自助餐廳、走廊、洗手間和其他人流量大的區域等公共區域對員工和訪客更安全。因為照明是建築空間所必需的,所以將 UV-C 技術整合到照明系統中以專門消滅病原體(如細菌和病毒)是實際而合理的做法,利用照明系統已有電力的位置,這使得消毒技術結合燈具使用添加了多一層功能於照明的智能控制功能中。將紫外線與燈具相結合還創造了在病原體被引入環境的空間內進行局部處理的機會。


美國CDC、ASHRAE 核准UV 技術

紫外線殺菌照射,包括 UVGI 或 UV-C 能量,是一種理想的微生物去除技術,可使 HVAC 節能效果高達到 20%,並且可以延長空調箱 ( AHU ) 的預期壽命。UV-C 是一種理想的消毒技術,可以消滅傳染性病原體,降低傳染性病原體的濃度,甚至是抗藥性病毒和細菌,美國疾病控制與預防中心 ( CDC ) 和美國供暖協會、製冷和空調工程師協會 ( ASHRAE ) 已推薦殺菌 UV-C 作為一種技術,可以降低傳染性氣膠在建築物和運輸環境中傳播的風險。


瓊斯說:「通過稱為光二聚化 ( photodimerization ) 的過程,UV-C 能量通過產生蛋白質雙合體損害因子來破壞細菌的核酸和蛋白質結構,從而防止微生物感染和繁殖。這種病原體消滅活性過程也不會產生一些化學物、揮發性有機化合物或危險的副產物」。


除了減少空調表面和空氣中的細菌外,殺菌紫外線還用於補充和改進其他感染控制策略,例如室內空氣交換率。瓊斯說,UV-C 的節能方面意味著它的波長可以減少由生物膜堆積引起的 HVAC 盤管壓降,這也將傳熱效率提高了 14.5%。 隨著空調設備老化,由於 AHU 冷卻盤管從空氣中去除熱量和水分的能力下降,其對保持足夠空間溫度和濕度的能力也下降。有證據表示,這種性能下降可能會在空調使用後的五年內發生,並且由於線圈表面上污染物的逐漸積累而減少。


UV-C 還不斷提高 HVAC 性能。瓊斯說,對於新安裝 UV-C 波長可保持線圈的清潔狀態,對於現有應用,UV-C 能量會降解沉積在線圈鰭片和盤管表面上的有機材料。使用 UV 清潔的結果, HVAC 系統污染的盤管恢復到原來的設計性能標準。 此外,優化了盤管鰭片之間空氣的壓降和速度,同時保持鰭片和盤管表面清潔,最大限度地提高系統熱交換效率和速率。


評估 UV-C 的最佳用途

UV-C可以有效地用於大多數淨化應用。因此,首先定義安裝的目標很重要:表面衛生、空氣品質改善處理、節能及可持續性等。接下來,管理人員必須確定 UV-C 系統將安裝或使用的位置為何? 例如風管內、房間上層、室內再循環系統或 HVAC 空調箱中。


Fletcher說:「安裝位置可能會影響 UV-C 劑量的停留時間」, 利用 UV-C 需要提供適當的劑量來對抗微生物,提供的 UV-C 劑量等於 UV-C 強度乘以停留時間。每種微生物都有不同的紫外線滅活率,即分解其 RNA/DNA 結構所需的能量,從而阻止其繁殖。


瓊斯說:「幾個操作條件會影響病原體的滅活性」:

  • 目標病原體及對 UV-C 的敏感性

  • 風量和速度

  • 氣溫和相對濕度

  • 與風管長度相關的暴露時間長度

  • 管道材料反射率


這些條件中,每一個都會影響任何特定應用中所需的 UV-C 能量。通常對安裝進行模擬以幫助預測單個劑量水平。瓊斯說:「UV-C 劑量取決於病原體在特定時間段內暴露所需的殺菌能量」。 換句話說,UV-C 劑量是時間和強度的函數。例如,考慮一個涉及冷卻盤管的表面消毒應用,消毒目標(線圈表面)是靜止的,因此暴露或停留時間是連續的。因此,照射到該表面的 UV-C 強度可能相對較低。然而,在移動氣流的情況下,暴露時間是有限的,在某些情況下僅為幾分之一秒,因此 UV-C 強度必須要更大。


要使紫外線有效,它必須以必要的功率密度有足夠長的時間照射病原體,以提供滅活病原體的致死劑量。紫外線照明作為一種消毒技術的工作方式取決於所採用的波長,波長為 200-280 納米 (nm) 的 UV-C 波段因已被證明對細菌和病毒有效, 已成為室內環境殺菌改善的可行解決方案。


考慮幾種可行的方法

在評估應用紫外線消毒空間的解決方案時,Wang 提出幾種 UV-C 特定技術供管理人員考慮。室內空氣消毒方法使用 254 nm UV-C 燈,紫外線照射在天花板上,當房間內循環的空氣經過時便有殺菌效果。儘管紫外線處理的是居住者頭部上方的循環空氣,但它不會直接處理空間中人們視線以下的任何表面。雖然這項技術確實允許系統在人們共存在房間時運行,但它需要至少 9 英尺的天花板高度,甚至最好要更高。試車期間必須額外小心,以確保任何在室內空間的人們都免受直接或反射的 254 nm UV-C 光的紫外線過度照射。這種方法通常不如使用 254 nm 較強的房間消毒方式那麼引人注目,但相比之下,每平方英尺成本通常更昂貴。


另一種空間消毒較強方法是使用基於脈衝氙的技術,這是一種相對較新的紫外線消毒技術。Wang說,這種方法在不使用時不像類似類型的解決方案那麼突兀,因為該技術更容易適應各種固定裝置和空間。脈衝氙燈的波長為 200-1,000 nm,而且功率異常強大。憑藉在 UV-A、UV-B 和 UV-C 波段的寬帶覆蓋和高輸出,脈衝氙氣的作用非常快,通常在 30 分鐘的循環時間內用於對抗許多病原體,使用脈衝氙燈的解決方案只能考慮用於人不在時的空間。


紫外線消毒的第三種方法是使用 222 nm 波長的過濾遠紫外線光 C作為室內連續消毒的解決方案。經過過濾的 222 nm 遠紫外線 C 不會對人眼造成健康風險,該波長在適當的參數範圍內使用時不會對人體皮膚造成健康風險。此方法可以允許它在有人或無人狀況下的空間使用,以持續減少病原微生物體。該技術可以連續開啟以提供劑量,也可以每隔幾分鐘定期打開和關閉,以保持在美國政府工業衛生學家會議發布指南範圍內的 UV 閾值,同時持續提供主動減少病原微生物體,Wang說: 這種類型的 UV-C 燈可以在每 12 分鐘應用,使得室內人們可以在白天或晚上的任何時間自由地在該空間內工作。


最後一種方法是燈具板載的空氣消毒技術,這是 254 nm 上部房間解決方案的一個分支,提供更有針對性的方法,可用於較低的天花板。它使用封閉的固定裝置從周圍區域吸入空氣,並使用 254 nm 燈將其自身過濾,紫外線輻射完全包含在內部。然後燈具將經過處理的空氣推出回房間。與空調系統的管道相比,這種方法更適合於病原體可能被引入空間的地方。因此,它能夠處理空氣並每小時在人們所在的空間內多次進行換氣循環。在此解決方案中,人們不會直接暴露在 254 nm 波長下,並且無需擔心紫外線系統可能導致的材料光降解。


展望未來

Fletcher 說,LED UV-C 系統已開始在市場上發展。 UV-C LED 的有限能量輸出需要較長的曝光時間或微生物非常靠近 LED 表面,或兩者兼具。此外,與傳統的 UV-C 燈相比,UV-C LED 價格昂貴,但是隨著技術的發展和價格的下降,我們將預計 UV-C LED 技術將在未來幾年內開始進入空氣消毒市場。


Fletcher 說,其他波長的紫外線產品,包括 222 nm 和 405-420 nm 的藍光範圍,已於去年問世,因為這些波長已顯示出殺菌特性。222 nm UV-C 是一種非常有前途的照明技術,其被認為對皮膚和眼睛的潛在危害較小,但是,目前的抗菌測試有限,而且與傳統的 UV-C 燈相比,這種燈價格昂貴。 405-420 nm 範圍也被證明在顯著更高的能量下具有抗菌性,通常在 100 到 1000 瓦的範圍內,而傳統 UV-C 燈的功率範圍為微瓦。UV-C 空氣殺菌處理系統的設計取決於所採用的系統類型和安裝位置。未來UV-C 系統製造商應該積極參與持續研發,以幫助確定正確的配置、相關的安裝佈設並鑑別潛在的挑戰。


(By Maura Keller LIGHTING)


Dr. J 評論:

UV 殺菌消毒技術是目前全世界各個政府機構所唯一核准的物理性技術,並且對消滅新冠病毒有效,因此市面上便有需多基於 UV 原理所發展的各種消毒技術,如光等離子與光氫離子等,但無論是那種 UV 基礎的技術,在使用時都必須注意安全的問題,尤其是副產物臭氧的生成要有證明,此外所有在市面上基於UV所發展的各種消毒技術,往往在實驗室測試倉中的殺菌率都是 99%以上,但是放到實際的公共場域,效果不得而知,許多廠商盲目追求實場測試的高去除效率是的迷思,真正要追求的應是能將空間消毒到一個安全及潔淨的科學標準,才是有效的消毒技術,並結合技術驗證的程序以取得「安淨標章 for air」,方能成為一個讓消費者有感的整體解決方案。

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