Sposób kształtowania jakości powietrza w obliczu COVID-19

W kontekście panującej obecnie epidemii należy sobie zadać pytanie, czy i jaki wpływ na zakaźność wirusami mają parametry powietrza, którym oddychamy. Badania naukowe uczonych z całego świata potwierdzają wpływ jakości powietrza na szybkość transmisji wirusów, w tym wirusa SARS-CoV-2, który znacząco wpłynął na życie ludzi na całym świecie.

Kwestia rozprzestrzeniania wirusów na otwartej przestrzeni nie stanowi większego problemu. Ryzyko jest tu niewielkie przy zachowaniu odpowiednich odległości między ludźmi. Stężenie wirusów jest stosunkowo nieduże ze względu na objętość powietrza oraz podmuchy wiatru, które zabierając zainfekowane powietrze, rozcieńczają te zanieczyszczenia. Drugim istotnym elementem ograniczającym rozprzestrzenianie się wirusów na zewnątrz budynków jest promieniowanie słoneczne, które je zabija. Dlatego można stwierdzić, że zakażenie na otwartej przestrzeni jest mało prawdopodobne pod warunkiem zachowania bezpiecznych odległości.

Sytuacja się komplikuje, gdy mówimy o zamkniętej przestrzeni w pomieszczeniu. Jaki mamy wpływ na ograniczanie rozprzestrzeniania się wirusów w budynkach?

Kluczową kwestią jest dostarczenie odpowiedniej ilości świeżego powietrza, uzdatnionego do odpowiednich parametrów. Zalecenia takie wydała organizacja ASHRAE [1], zwracając uwagę, że ograniczenie wymiany powietrza w pomieszczeniu może niekorzystnie wpłynąć na poziom zanieczyszczeń wirusologicznych, a tym samym na ryzyko zakażenia. Dowiedz się więcej >>

W okresie zimowym oraz przejściowym, gdy powietrze dostarczane do pomieszczeń zostaje ogrzane, wilgotność powietrza jest niska (w zakresie 20–40%). Są to warunki idealne dla długiego trwania wirusów na powierzchniach i w powietrzu. Najnowsze badania naukowców z Chin [2] wykazały, że wyższe temperatury i większa wilgotność powietrza ograniczają żywotność oraz rozprzestrzenianie wirusów grypy, SARS i SARS-CoV-2, które są bardziej stabilne w niskich temperaturach przy mniejszej wilgotności powietrza.

Autorzy wytycznych [1] potwierdzają te mechanizmy, tłumacząc, że zbyt niska wilgotność względna powietrza (poniżej 40%) powoduje, iż aerozole wyrzucane z dróg oddechowych osoby zakażonej kurczą się szybko, tworząc skupione cząstki z zakaźnymi patogenami zdolnymi do pozostawania zawieszonymi w powietrzu przez długi czas i pokonywania dużych odległości. Ponadto wiele wirusów (w tym SARS-CoV-2) i bakterii ma zwiększoną żywotność w warunkach niskiej wilgotności względnej. Wiadomo także, że suche i zimne powietrze osłabia odporność człowieka, zwiększając jego podatność na zachorowanie. Dokładnie do takich wniosków doszedł zespół badaczy z Yale University School of Medicine (USA), badając odpowiedź immunologiczną myszy na wirusa grypy typu A w różnych warunkach wilgotnościowych [3]. W badaniach udowodniono znaczący wpływ niskiej wilgotności powietrza na zwiększenie częstotliwości zachorowania. Mechanizmy te mają również miejsce w przypadku transmisji SARS-CoV-2.

Zatem żeby zapobiegać rozprzestrzenianiu się wirusa, powinniśmy zadziałać u podstaw. Dostarczając większą ilość świeżego, nawilżonego i ogrzanego powietrza, skracamy czas trwania aktywnego wirusa w powietrzu w pomieszczeniu oraz rozcieńczamy stopień jego skoncentrowania. Nawilżając powietrze, wzmacniamy również mechanizmy obronne człowieka przed wnikaniem wirusów do tkanek nabłonka poprzez utrzymanie odpowiedniej wilgotności błon śluzowych w jamie ustnej i nosie. Z tego względu zaleca się utrzymywanie wilgotności względnej powietrza na poziomie 50–60% poprzez zastosowanie wysokowydajnej i higienicznej technologii adiabatycznego nawilżania powietrza CERTO oferowanej przez firmę Klingenburg. Zakres obsługiwanych wydatków powietrza zawiera się w przedziale 2000–200 000 m³/h.

Dostarczając powietrze do pomieszczeń, oprócz ilości, temperatury i odpowiedniej wilgotności, musimy zwrócić uwagę także na jego czystość wirusologiczną. Aktualnym problemem jest stosowanie recyrkulacji powietrza. W tym przypadku istnieje ryzyko, że zanieczyszczone wirusami powietrze będzie zawracane ponownie do pomieszczeń, przez co nastąpi rozprzestrzenianie wirusów na wszystkie pomieszczenia obsługiwane przez daną instalację.

Z punktu widzenia kosztów eksploatacyjnych i dotrzymania parametrów powietrza w pomieszczeniu nie jest dobrym rozwiązaniem wyłączenie recyrkulacji. Instalacja zaprojektowana z takim odzyskiem ciepła nie będzie miała po jego wyłączeniu wystarczającej mocy zainstalowanej do ogrzewania powietrza nawiewanego ze względu na ograniczone wielkości dobranych nagrzewnic.

Dostarczanie zbyt chłodnego powietrza, jak wskazano powyżej, może skutkować dłuższym czasem trwania wirusa w pomieszczeniu i obniżoną odpornością ludzi na potencjalne zakażenie. Czy istnieje więc sposób, aby instalacja działała z optymalną wydajnością odzysku ciepła bez ryzyka zawracania wirusów z powietrza wywiewanego do nawiewanego?

Organizacja ASHRAE w swoich wytycznych z kwietnia 2020 roku (pkt 3.2 w [1]) jako jedną z opcji ograniczających przenoszenie wirusa wskazuje wysokowydajną filtrację, jednak zaznacza, że nie eliminuje to całkowicie ryzyka przenoszenia cząsteczek zakaźnych aerozoli zawieszonych w powietrzu. Jako najskuteczniejszą metodę unieszkodliwiania i zabijania wirusów, bakterii oraz zarodników pleśni i grzybów zawieszonych w powietrzu organizacja podaje działanie promieniowania UV-C w zakresie długości fal od 200 do 280 nm. Rozwiązanie to umożliwia dezynfekcję nawiewanego powietrza, czyli zabicie wirusów w sposób zupełnie nieszkodliwy dla człowieka. W tym celu wystarczy zamontować lampy UV-C na kanale nawiewnym lub w centrali wentylacyjnej. Dodatkowo montaż lamp w sąsiedztwie chłodnicy pozwala na odkażanie jej powierzchni i uniemożliwia rozwój szkodliwych bakterii, m.in. Legionelli [5] oraz grzybów i pleśni.

Ograniczając powstawanie biofilmu na powierzchni chłodnic, nie dopuszcza się do wzrostu spadków ciśnienia oraz do zmniejszenia efektywności przekazywania energii między wymiennikiem ciepła a powietrzem, dzięki czemu efektywność energetyczna systemu jest wyższa. Eliminuje to również potencjalne zagrożenie zanieczyszczenia powietrza wewnętrznego patogenami rozwijającymi się na powierzchni chłodnic czy tac ociekowych [7]. System ten może być także z powodzeniem stosowany do odkażania powierzchni filtrów, nawilżaczy lub wymienników ciepła. Kluczową różnicą między odkażaniem powierzchni a odkażaniem powietrza jest czas ekspozycji. Dlatego dla najefektywniejszego odkażania strumienia powietrza zaleca się, aby prędkość powietrza w kanale czy sekcji centrali nie przekroczyła 3,5 m/s, a liczba lamp była dostosowana do wielkości strumienia przepływającego powietrza, żeby zachować odpowiednią gęstość promieniowania UV-C. Przy dezynfekcji powietrza gęstość promieniowania może przekraczać 1000 μW/cm², natomiast poziom promieniowania do dezynfekcji powierzchni powinien wynosić ok. 50–100 μW/cm², przy czym już dawka 1 μW/cm² może działać efektywnie [9]. Na rys. 2 zobrazowano możliwe umiejscowienie lamp. Nasi eksperci z chęcią udzielą odpowiedzi na Twoje pytania >>

Na fot. 1 i 2 pokazano powierzchnię chłodnicy przed i po zamontowaniu lamp UV-C i ich wpływ na ograniczenie rozwoju grzybów [8]. Mechanizm działania promieniowania UV-C polega na uszkadzaniu struktury wirusów, bakterii i grzybów na poziomie DNA (rys. 3) i jest z powodzeniem stosowany w ośrodkach opieki medycznej od lat.

Systemy dezynfekcji powietrza i powierzchni mają na celu poprawę bezpieczeństwa, zdrowia i wydajności użytkowników oraz zmniejszenie absencji z powodu chorób zakaźnych. Szacując opłacalność zastosowania lamp UV-C, należy mieć to na uwadze, a także skalkulować koszty okresowego chemicznego lub mechanicznego czyszczenia układu wentylacji, zużycie dodatkowej energii do pracy wentylatora przy zwiększonych oporach na chłodnicy czy filtrach oraz zmniejszoną wydajność chłodnicy pokrytej filmem mikrobów i grzybów.

Konwencjonalne metody czyszczenia i odkażania systemów wentylacyjnych, takie jak czyszczenie chemiczne i mechaniczne, może być trudne czy nawet niebezpieczne dla personelu. Opary środków chemicznych czy ich odpływ do kanalizacji są szkodliwe dla ludzi i środowiska, a mechaniczne czyszczenie może skrócić żywotność podzespołów. Ponadto krótko po takim czyszczeniu kolonie drobnoustrojów ponownie zaczynają narastać. Zgodnie z opracowaniem [7] korzyści ekonomiczne wynikające z zastosowania lamp UV-C są ewidentne, a zużycie energii przez wentylator, agregat chłodniczy i pompy jest mniejsze niż zużycie energii przez lampy, przy czym różnice te są tym wyższe, im wilgotniejsza jest strefa klimatyczna. Uwzględniając dodatkowo koszty absencji osób z powodu ich zapadalności na choroby przenoszone przez system klimatyzacyjny, bilans zysków i strat przemawia dobitnie za stosowaniem lamp UV-C.

Firma Klingenburg od lat oferuje technologię sterylizacji powietrza dla różnych aplikacji i różnych wydatków powietrza. Specjalnie zabudowane moduły MDA-T przeznaczone są dla małych instalacji o wydatku do 500 m³/h do podłączenia w sieć kanałów okrągłych, a systemy modułowe montowane są w kanałach prostokątnych lub sekcjach central wentylacyjnych. Wszystkie te moduły mogą być montowane w nowo projektowanych układach wentylacyjnych, a także służyć do modernizacji już istniejących systemów w zakresie odkażania powietrza nawiewanego.

Podczas stosowania lamp UV-C trzeba pamiętać o ich określonej żywotności. Po roku użytkowania (9000 godz.) wydajność odkażania zmniejsza się do ok. 85% skuteczności i należy wtedy wymienić lampy na nowe. Również częste włączanie i wyłączanie lamp może skracać ich żywotność, jednak zależy to od rodzaju zastosowanego statecznika. Zestaw urządzeń Klingenburg wyposażony jest w panel kontrolno-sterujący, który dzięki zastosowanym elektronicznym układom zapłonowym zapewnia ciepły zapłon promienników (tzw. miękki start), zwiększając tym samym ich żywotność przy częstym załączaniu. Panel kontrolno-sterujący może być zainstalowany poza układem zapłonowym, zwiększając wygodę użytkowania. Na panelu kontrolno-pomiarowym znajduje się licznik czasu pracy. Do specjalnych zastosowań w przemyśle spożywczym proponujemy montaż lamp w osłonie teflonowej, która w razie pęknięcia świetlówki zapobiega zabrudzeniu linii produkcyjnej. Jako opcję dodatkową do systemów wentylacji z okapów kuchennych oferujemy lampy w osłonach kwarcowych, co umożliwia ich łatwe czyszczenie z osiadających cząsteczek tłuszczu. Jako wiodący na rynku polskim producent modułów UV-C jesteśmy w stanie dopasować rozwiązanie do indywidualnych potrzeb inwestora.

Należy dodać, że oferowane przez firmę Klingenburg lampy nie wydzielają szkodliwego dla człowieka ozonu oraz nie zmieniają właściwości powietrza nawiewanego (oprócz jego odkażenia). Mogą więc być z powodzeniem stosowane w układach wentylacyjnych w trybie ciągłym bez szkody dla zdrowia użytkowników – w odróżnieniu od metod chemicznych.

W firmie Klingenburg stosuje się obecnie tę technologię nie tylko do odkażania powietrza czy powierzchni chłodnic i filtrów, ale również do odkażania korespondencji. Dzięki temu rozwiązaniu mamy pewność, że zarówno powietrze, jak i przesyłki są wolne od wszelkich zanieczyszczeń mikrobiologicznych. Spektrum zastosowania tej metody odkażania jest bardzo szerokie.

Podsumowując, kluczowym i najważniejszym czynnikiem w walce z aktualną pandemią jest, oprócz zachowania zasad bezpieczeństwa w kontaktach międzyludzkich, dostarczanie do pomieszczeń odpowiednio uzdatnionego powietrza – zmieniając podejście do projektowania urządzeń HVAC, stosując wysokowydajne technologie nawilżania powietrza CERTO i sterylizacji powietrza z wykorzystaniem technologii Klingenburg UV-C. Sposób przygotowania powietrza poprzez jego podgrzanie z udziałem odzysku ciepła, nawilżenie oraz wysterylizowanie to klucz do ograniczenia rozprzestrzeniania wirusa SARS-CoV-2 oraz wspierania systemów odpornościowych osób oddychających tym powietrzem. Dbając o zdrowie swoich bliskich, pracowników i klientów, powinniśmy zwrócić na to szczególną uwagę, analizując ryzyko zysków i strat przy zastosowaniu konkretnych rozwiązań.

Literatura

1. ASHRAE, Position Document on Infectious Aerosols, 14.04.2020, https://www.ashrae.org/file%20library/about/position%20documents/pd_infectiousaerosols_2020.pdf.
2. Wang Jingyuan et al., High Temperature and High Humidity Reduce the Transmission of COVID-19, SSRN, 9.03.2020
3. Kudo Eriko et al., Low ambient humidity impairs barrier function and innate resistance against influenza infection, Proceedings of the National Academy of Sciences, May 2019, https://www.pnas.org/content/early/2019/05/07/1902840116.
4. Shaman Jeffrey, Kohn Melvin, Absolute humidity modulates influenza survival, transmission, and seasonality, Proceedings of the National Academy of Sciences, March 2009, https://www.pnas.org/content/106/9/3243.
5. ASHRAE Guideline 12-2020, Managing the Risk of Legionellosis Associated with Building Water Systems.
6. ASHRAE Standard 185.2-2014, Method of Testing Ultraviolet Lamps for Use in HVAC&R Units or Air Ducts to Inactivate Microorganisms on Irradiated Surfaces.
7. „ASHRAE Handbook – HVAC Applications”, Chapter 62. Ultraviolet air and Surface treatment.
8. Firrantello Joseph et al., Field measurement and modeling of UVC cooling coil irradiation for heating, ventilating, and air conditioning energy use reduction (RP-1738) – Part 1: Field measurements, „Science and Technology for the Built Environment”, Vol. 24, 2018.
9. Kowalski Wladyslaw, Ultraviolet germicidal irradiation handbook, Springer-Verlag, Berlin 2009.

mgr inż. Danuta Rostkowska
Inżynier Sprzedaży Klingenburg Sp. z o.o.