Utrzymanie czystości powietrza w pomieszczeniach niezależnie od ich wielkości

Jakość powietrza wewnętrznego staje się przedmiotem coraz większego zainteresowania zarówno użytkowników pomieszczeń, jak i zarządców budynków. Wpływają na to dwa duże problemy:

• powszechne zjawisko zanieczyszczenia powietrza zewnętrznego pyłem zawieszonym (PM – Particulate Matter) i wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi (głównie benzopireny), co bezpośrednio wpływa na znaczne pogorszenie parametrów fizykochemicznych powietrza wewnętrznego,
• rozprzestrzenianie się w przestrzeniach zamkniętych drogą kropelkową wirusa SARS-CoV-2, powodującego chorobę COVID-19, co szerzej pokazuje problem zanieczyszczeń mikrobiologicznych powietrza wewnętrznego.

Współczesne problemy jakości powietrza wewnętrznego

Wśród zanieczyszczeń pyłowych najbardziej niebezpieczna jest frakcja respirabilna (łatwo przenikająca do układu oddechowego podczas oddychania) pyłu zawieszonego. Szczególne zagrożenie stanowią cząstki mniejsze niż 2,5 μm (PM2,5), które przedostają się do obszaru wymiany gazowej w płucach, a stamtąd do układu krwionośnego. Pyły negatywnie oddziałują na układ oddechowy i serce, powodują zwiększenie podatności na choroby i nasilenie dolegliwości w istniejących chorobach przewlekłych (np. astma), a przy długotrwałym narażeniu przyczyniają się do skrócenia długości życia. Benzo(a)piren – jeden z wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) – ma działanie rakotwórcze. Może występować w powietrzu w postaci gazowej, ale jego istotnym nośnikiem jest pył zawieszony, w tym PM10.

Pył zawieszony wewnątrz pomieszczeń pochodzi jednak nie tylko z powietrza zewnętrznego, napływającego np. podczas wietrzenia. Stężenie PM2,5 w pomieszczeniach jest zwykle ok. 1,5–3,5 razy wyższe niż stężenie na zewnątrz, co potwierdzają m.in. wyniki badań przeprowadzonych przez różnych badaczy dla blisko 4000 domów w Ameryce Płn., Europie i innych regionach – rys. 1 [1]. Przyczyną tego stanu rzeczy jest m.in. palenie papierosów w domach i obecność domowych źródeł pyłów (smażenie na gorącym tłuszczu) oraz wtórne zanieczyszczenie przez ponowne wprowadzanie do powietrza wcześniej osiadłych cząstek PM2,5 (ważny udział ma w tym np. zwykłe chodzenie po podłodze) [2].

W przypadku wirusa SARS-CoV-2, podobnie jak innych patogenów przenoszonych drogą kropelkową, powietrze zewnętrzne napływające do pomieszczeń nie jest znaczącym źródłem. Jak wskazują eksperci organizacji REHVA, zagrożenie takie ogranicza się do sytuacji wynikającej z błędów wykonawczych – kiedy czerpnia znajduje się zbyt blisko wyrzutni i do pomieszczenia wraca powietrze właśnie z niego usunięte [3]. Głównym źródłem wirusa w pomieszczeniu są osoby w nim przebywające – emitujące patogen w czasie mówienia, kasłania i kichania oraz przenoszące wirusa na ubraniu, butach czy rękach przy braku odpowiedniego reżimu sanitarnego.

Między tymi dwoma problemami występuje „negatywna synergia”. Wykazano związek między zanieczyszczeniem powietrza pyłem zawieszonym (smogiem) a zachorowalnością na COVID-19 i cięższym przebiegiem tej choroby [4,5]. Mechanizmy tego zjawiska nie zostały jeszcze do końca odkryte. Badacze wskazują na takie możliwości, jak ogólne obniżenie odporności przez ekspozycję na pył, zmiany w funkcjonowaniu gospodarki enzymatycznej płuc wywołane ekspozycją na pył i skutkujące ostrzejszym przebiegiem choroby COVID-19, nasilenie chorób współistniejących zwiększających ryzyko ostrego przebiegu choroby etc.

Czy i jak można poprawić jakość powietrza wewnętrznego

W usuwaniu opisanych zanieczyszczeń zasadniczą rolę odgrywa zbilansowana wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna. Zapewnia ona wymianę powietrza – powietrze z zanieczyszczeniami jest usuwane, a w jego miejsce napływa powietrze świeże poddane uprzednio filtracji, wspomaganej w razie potrzeby przez dodatkowe mechanizmy uzdatniania powietrza pod względem mikrobiologicznym. Jednak w sytuacji, kiedy dla danego pomieszczenia (budynku) zapewniona jest tylko wentylacja naturalna lub występuje podwyższone ryzyko transmisji SARS-CoV-2 (lub innych patogenów), konieczne jest uzdatnienie powietrza znajdującego się w pomieszczeniu z zastosowaniem urządzeń miejscowych.

Zastosowane zarówno w instalacjach wentylacyjnych, jak i w urządzeniach miejscowych środki techniczne obejmują bierne usuwanie zanieczyszczeń (np. filtracja) oraz czynną dekontaminację patogenów (różne metody dezynfekcji powietrza). Oferowane urządzenia coraz częściej mają charakter hybrydowy, łącząc kilka technologii (np. filtrację i promieniowanie UV-C). Ważne jest ich prawidłowe zastosowanie i jednocześnie świadomość pewnych ograniczeń.

Filtracja na filtrach HEPA – skuteczne zatrzymywanie pyłów i wirusów

Jak wskazuje organizacja ASHRAE, powołując się na wyniki badań, wielkość cząstki wirusa SARS-CoV-2 wynosi ok. 0,09–0,1 µm – rys. 2 [6,7]. Jest to średnica zbliżona do przenoszonego podobną drogą wirusa grypy A, który ma średnicę 0,08–0,12 μm [8].

ASHRAE zwraca uwagę, że wirusy zwykle nie unoszą się w powietrzu samodzielnie, obecne są w kroplach wydychanego przez człowieka aerozolu [9]. Krople takie mogą mieć średnicę od 0,4 µm. Według badań statystycznych wirusy najczęściej zawarte są w kroplach o wielkości powyżej 4,7 µm [10]. Dlatego przy ocenie przydatności filtra do usuwania wirusa SARS-CoV-2 z powietrza ważna jest także skuteczność w usuwaniu tych większych cząstek.

Filtry HEPA (High Efficiency Particulate Air) są skuteczne przy usuwaniu cząsteczek ≥ 0,01 µm – granicę tę wskazała jako wynik swoich badań NASA [11]. Badania i klasyfikacja filtrów HEPA prowadzone są zgodnie z normami PN-EN 1822:2019 [12] oraz PN-EN ISO 29463 (części 2–5 – funkcję części 1, dotyczącej klasyfikacji filtrów, pełni w Polsce i w Europie norma EN 1822-1:2019) [13]. Podstawą wyznaczenia klasy filtra są dwie wartości:

• skuteczność – stosunek liczby cząstek zatrzymanych lub przechwyconych przez filtr do liczby cząstek wchodzących do filtra;
• penetracja – stosunek liczby cząstek przechodzących przez elementy filtrujące bez ich zatrzymania do liczby cząstek wchodzących do filtra.

Klasę filtra określa się w odniesieniu do wielkości cząstek, dla których skuteczność filtra jest najniższa:

• 99,95% dla filtra H13 i 99,995% dla filtra H14 (norma europejska) [12],
• 99,97% dla filtra HEPA (standard amerykański) [14].

Wielkość cząstek, dla których skuteczność jest najniższa, czyli MPPS (Most Penetrating Particle Size – wielkość cząstek najbardziej przenikających), wynosi:

• według norm europejskich (ISO 29463-1:2017) od 0,12 do 0,25 µm (dla konkretnego filtra wyznacza się ją zgodnie z normą PN-EN 1822) [12,13];
• według standardu amerykańskiego 0,3 µm [14].

Tak ujęta klasa skuteczności oznacza, że dla cząstek zarówno większych, jak i mniejszych od MPPS (jednak maks. 0,01 µm) skuteczność filtra jest wyższa niż podane minimum. Ten „nielogiczny” przebieg skuteczności filtra wiąże się ze złożonością procesów zatrzymywania cząstek na filtrze. Proces zatrzymywania mechanicznego („odcedzania”) cząstek większych niż pory materiału filtracyjnego to tylko jedna składowa. Na materiale filtracyjnym dochodzi także do klinowania cząstek (uwięzienie w siatce włókien dzięki ich strukturze) oraz do dyfuzji molekularnej (osiadanie cząstek na włóknach, na których stężenie zatrzymanych wcześniej cząstek jest małe). Cząstki MPPS są najmniej podatne na te mechanizmy, więc „przemykają” najłatwiej.

Badania przeprowadzone jeszcze w 2005 roku przez CIOP dla filtrów o wysokiej skuteczności pokazały, że w przypadku MPPS (w badaniach tych określono je jako 0,18 i 0,164 μm) skuteczność jest wyraźnie najniższa. Wielkości cząstek MPPS (188 i 164 nm) odpowiadały minimalnej skuteczności 91,2% (3,3 cm/s) i 89,7% (5,3 cm/s). Wzrost prędkości z 3,3 do 5,3 cm/s powodował spadek skuteczności dla cząstek MPPS o 1,5% – rys. 3 [15].

Podczas badania oceniającego klasę skuteczności filtra HEPA najpierw bada się wielkość MPPS. Następnie wykonywany jest test przecieków, w którego trakcie zbierane są dane dotyczące lokalnego przenikania cząstek. Określa się także całkowitą skuteczność filtra na podstawie spadku ciśnienia na filtrze przy nominalnej wielkości przepływu. Następnie określana jest skuteczność filtra dla MPPS i na tej podstawie wyznaczana klasa filtra.

W normie podawane są wartości lokalne i całkowite. Te pierwsze dotyczą najniższego wyniku uzyskanego podczas testów przecieków (czyli najwyższa penetracja uzyskana lokalnie), drugie – wartości całkowitej wyznaczonej obliczeniowo z badań lokalnych (patrz tabela 1).

Każdy filtr H13 lub H14 musi mieć świadectwo badania (raport z testów), zawierające jasno określone informacje: opory przepływu, skuteczność filtracji oraz wynik testu przecieków. Wyniki badania skuteczności mogą być opracowane na podstawie badań partii wybieranych losowo (pod warunkiem wykonania badania przecieku dla każdego filtra zgodnie z normą EN ISO 29463-4:2018 Aneks A), jednak wówczas w świadectwie badania należy jasno określić zastosowane urządzenia pomiarowe, rodzaj testu oraz warunki badania [12,13].

Ponieważ dla filtrów HEPA charakterystyczne są bardzo wysokie opory przepływu, nie mogą być one po prostu umieszczone w instalacji wentylacyjnej w miejsce filtrów do wentylacji bytowej. Dostępna jest np. propozycja dodatkowego modułu wentylacyjnego (z własnym wentylatorem) opartego właśnie na filtrze HEPA, przeznaczonego do montażu między centralą a nawiewem. Jednak w obecnej sytuacji rynkowej najczęstszym zastosowaniem filtrów HEPA pozostają oczyszczacze mobilne w różnych wykonaniach – przeznaczone zarówno do pokojów w budynkach mieszkalnych, jak i do większych pomieszczeń.

Promieniowanie UV-C – dezynfektant znany od blisko 100 lat

Sprawdzonym i skutecznym – pod warunkiem prawidłowego zastosowania – mechanizmem oczyszczania powietrza z mikroorganizmów i wirusów jest ich unieszkodliwianie za pomocą promieniowania w paśmie nadfioletu, czyli UV-C (długość fali 100–280 nm).

W technice promieniowanie z tego zakresu nosi także nazwę UVGI – biobójcze promieniowanie UV (UltraViolet Germicidal Irradiation). Rozwiązania techniczne – lampy UV-C – wykorzystują zwykle promieniowanie z zakresu 250–280 nm (najczęściej 254 nm). Ich bezpośrednie oddziaływanie na komórki mikroorganizmów i cząstki wirusa powoduje uszkodzenie połączenia między kolejnymi nośnikami informacji w kwasie nukleinowym. W ten sposób zostaje zakłócony metabolizm komórki lub cząstki, niemożliwa jest replikacja i następuje jej dezaktywacja.

Dawka promieniowania umożliwiająca unieszkodliwienie danego patogenu zależy od długości fali UV, ale też od gęstości natężenia promieniowania. Przykładowo badania Uniwersytetu Bostońskiego dotyczące jednego z rozwiązań rynkowych wykazały, że dawka 5 mJ/cm² promieniowania UV-C zastosowanego w tym rozwiązaniu dezaktywuje wirusa SARS-CoV-2 w 99% w ciągu 6 s, a dawka 22 mJ/cm² pozwala na dezaktywację wirusa w 99,9999% w ciągu 25 s [16]. Należy pamiętać, że są to wyniki uzyskane w warunkach laboratoryjnych. W warunkach rzeczywistych patogeny przenoszone drogą kropelkową są zamknięte w kroplach aerozolu wodnego wydychanego przez człowieka. Wielkość tych kropli ma duży wpływ na skuteczność dezaktywacji wirusów, ponieważ otoczka wodna do pewnego stopnia absorbuje promieniowanie UV-C, chroniąc wirusy przed jego wpływem [17].

Ważnym zagadnieniem eksploatacyjnym jest ochrona użytkowników pomieszczeń przed bezpośrednim oddziaływaniem promieni UV-C, ponieważ mogą one powodować podrażnienia i uszkodzenia zewnętrznej powierzchni skóry i oczu. Przykładowo granica ekspozycji na promieniowanie o długości 254 nm wynosi 60 J/m² [18]. Lampa UV powinna spełniać wymogi tzw. bezpieczeństwa fotobiologicznego określone w normie PN-EN 62471 [19], która wskazuje m.in. maksymalną dzienną dawkę promieniowania z zakresu 200–400 nm, na którą bez uszczerbku dla zdrowia mogą być narażeni ludzie. W urządzeniach wentylacyjnych lub służących do uzdatniania powietrza wewnętrznego rozwiązanie techniczne polega zwykle na zabudowaniu lampy UV-C wewnątrz urządzenia i ewentualnie zastosowaniu odpowiednich osłon – tak, by użytkownicy nie byli narażeni na bezpośredni kontakt z promieniowaniem.

Z punktu widzenia techniki wentylacyjnej czy uzdatniania powietrza lampy UV mogą służyć jako rozwiązanie uzupełniające:

• urządzenia modułowe przeznaczone do pracy ciągłej w nowo wykonywanych lub istniejących instalacjach wentylacyjnych;
• podzespoły w urządzeniach przeznaczonych bezpośrednio do obsługi pomieszczeń, w których występuje zagrożenie transmisją i rozprzestrzenianiem wirusów.

Lampy UV-C przeznaczone do uzdatniania powietrza wentylacyjnego montuje się w kanale nawiewnym lub w centrali wentylacyjnej, a ich modułowy charakter pozwala na zastosowanie zarówno w instalacji nowej, jak i modernizowanej. Rolą tak umieszczonych lamp UV jest usuwanie mikroorganizmów, które pochodzą ze środowiska zewnętrznego (np. grzybów i pleśni) lub stanowią zanieczyszczenie wtórne (np. bakterii Legionella). Uzyskanie odpowiedniej gęstości promieniowania wymaga zapewnienia mocy lamp odpowiedniej do wielkości strumienia powietrza i zachowania odpowiednio niskiej prędkości powietrza.

Lampy UV-C mogą sprawdzić się także jako uzupełnienie pracy na przykład oczyszczaczy mobilnych. Zabudowana wewnątrz urządzenia lampa może wyraźnie wspomagać procesy filtracji przez dezaktywację mikroorganizmów i wirusów.

Jonizacja, czyli wykorzystanie zimnej plazmy w praktyce

Jonizacja polega na tworzeniu plazmy (mieszaniny jonów – atomów i cząsteczek naładowanych dodatnio i ujemnie) poprzez oddziaływanie pola elektrycznego. W technice wentylacyjnej jonizacja wspiera filtrację. Jony przyłączają się do drobnych cząstek zanieczyszczeń, które dzięki ładunkowi elektrycznemu przyciągają się, tworząc większe agregaty, co ułatwia ich usunięcie. Wysokoaktywne jony oddziałują też bezpośrednio na niektóre substancje organiczne, powodując ich rozpad do substancji neutralnych, naturalnie obecnych w powietrzu (np. woda, tlen, azot, dwutlenek węgla).

Z punktu widzenia niszczenia mikroorganizmów i dezaktywacji wirusów najważniejsza jest grupa hydroksylowa (OH•). Jako silnie reaktywny wolny rodnik przyciąga jony H+ z białek tworzących ścianę komórkową bakterii czy grzyba lub otoczkę wirusa. W ten sposób białka zostają utlenione i tracą swoje własności. W przypadku wirusa SARS-CoV-2 mechanizm polega na degeneracji hemaglutyniny – białka wchodzącego w skład „kolców”, które umożliwiają przyłączenie się do powierzchni komórki zainfekowanego organizmu gospodarza. Nie mogąc przyłączyć się do komórki, wirus traci zjadliwość [20]. W procesie utleniania rodnik OH• przyłącza wodór (H), tworząc wodę (H₂O).

Problemem użytkowym związanym z jonizacją jest powstawanie ozonu (O₃) w wyniku oddziaływania pola elektrycznego na cząsteczki tlenu. Ozon jest szkodliwy dla człowieka i nie powinien być emitowany do pomieszczenia przeznaczonego na stały pobyt ludzi w ilości większej niż dopuszczalna – 100 μg/m³ według zaleceń WHO [21]. Na rynku dostępna jest m.in. technologia dwubiegunowej (bipolarnej) jonizacji igłowej. Ładowane wysokim napięciem elektrody (igły) z włókna węglowego, tytanu, srebra, złota, stali nierdzewnej lub innego przewodnika odpornego na korozję wytwarzają energię poniżej 12,07 eV. Wartość ta to potencjał elektryczny tlenu (w uproszczeniu – wartość, przy której z tlenu w wyniku oddziaływania pola elektrycznego powstaje ozon). Jest to jednocześnie wartość wystarczająca do wysoko efektywnego tworzenia plazmy bez powstawania ozonu.

W 2020 roku technologia jonizacji igłowej dwubiegunowej została zbadana pod kątem skuteczności usuwania SARS-CoV-2 [20]. Wykazano, że na powierzchni statycznej w ciągu 30 s jonizacja unieszkodliwia 99,4% cząstek wirusa. Trzeba jednak wziąć pod uwagę, że są to wyniki dotyczące zachowania wirusów w warunkach laboratoryjnych i konieczne są – co podkreślają sami badacze – szczegółowe badania technologii w warunkach środowiskowych zbliżonych do rzeczywistych.Moduły jonizacyjne stanowią dobre uzupełnienie zarówno istniejących instalacji wentylacyjno-klimatyzacyjnych, jak i urządzeń miejscowych.

Uzupełnienie istniejącego systemu wentylacji mechanicznej

Jeśli tylko istnieje taka możliwość, pierwszym sposobem walki z zanieczyszczeniami powietrza wewnątrz pomieszczenia powinno być zastosowanie systemu wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej. W przypadku systemu istniejącego w budynku rozwiązaniem godnym polecenia może być uzupełnienie instalacji przez zamontowanie urządzeń wspomagających walkę z zanieczyszczeniami.

Istnieją miejscowe rozwiązania oparte na jonizacji lub lampach UV. Gotowe, niewielkie moduły montowane są w różnych urządzeniach wentylacyjno-klimatyzacyjnych lub w przewodach, przyczyniając się do czystości mikrobiologicznej powietrza i usuwając mikroorganizmy pochodzące ze środowiska zewnętrznego (np. grzyby i pleśnie) lub stanowiące zanieczyszczenie wtórne (np. bakterie Legionella). Przykładowo lampa UV zainstalowana w pobliżu wymiennika zapobiega powstawaniu biofilmu na jego powierzchni.

Ciekawym rozwiązaniem jest uzupełnienie o lampę UV klimakonwektora wentylatorowego. Zastosował je jeden z włoskich producentów kilka lat temu jako ochronę przed zanieczyszczeniami mikrobiologicznymi (np. bakterie będące źródłem zakażeń szpitalnych czy wirusy grypy). Ostatnio producent ten dopracował pomysł pod kątem ochrony przed koronawirusem, dodając powłokę wykorzystującą jonizację fotokatalityczną, w której katalizatorem jest dwutlenek tytanu (TiO2). W rozwiązaniu tym promienie UV-C pełnią podwójną funkcję – po pierwsze, bezpośrednio oddziałują na patogeny, po drugie, są źródłem światła powodującego powstawanie wolnych rodników, które przez mechanizm degradacji białek również przyczyniają się do usuwania patogenów. Lampa znajduje się w osłonie, więc oddziałuje tylko na strumień przepływającego powietrza, nie wpływając na ludzi przebywających w pomieszczeniu. Rozwiązanie to zostało przebadane pod kątem skuteczności względem wirusa SARS-CoV-2 przez Uniwersytet w Camerino we współpracy z Wydziałem Mikrobiologii Uniwersytetu w Padwie – rys. 4 [22].

Natomiast listwy i paski wykorzystujące jonizację igłową mogą być zamontowane w systemach wentylacyjnych w obiektach służby zdrowia (na wlocie powietrza i za filtrami, na ścianach kanałów wentylacyjnych, na wlotach i wylotach wentylatora, w centralach wentylacyjnych, w klimatyzatorach). Mając możliwość dezynfekcji strumienia powietrza wentylacyjnego, można rozważyć stosowanie recyrkulacji, której w stanie epidemii nie zaleca się ze względu na ryzyko transmisji wirusa. Decyzję o recyrkulacji należy poprzedzić badaniem jakości powietrza po miejscowej dezynfekcji.

Na rynku dostępne są także rozwiązania hybrydowe wykorzystujące więcej niż jedną technikę. Nieoczywistym, ale prostym w montażu i generującym małe opory przepływu rozwiązaniem jest filtr kanałowy z funkcją jonizacji. Filtr taki montowany jest na kanale za centralą wentylacyjną, napływa więc do niego wstępnie oczyszczone powietrze. W pierwszej sekcji powietrze poddawane jest jonizacji (bez produkcji ozonu). Naładowane cząstki zanieczyszczeń mogą się łączyć w większe grupy, co ułatwia ich zatrzymanie na filtrze. Filtr ma ładunek statyczny, co dodatkowo ułatwia osiadanie przeciwnie naładowanych cząstek. Dzięki temu filtr o niewielkich oporach przepływu może usuwać wyjściowo drobne cząstki – drobny pył, bakterie, niektóre wirusy o wielkości nawet ok. 0,1 μm – ze skutecznością wynoszącą ponad 99%. Bardzo ważny jest w tym przypadku właściwy montaż i zapewnienie odpowiednich warunków przepływu powietrza.

Współczesny rynek mobilnych urządzeń do uzdatniania powietrza

W wielu istniejących budynkach mogą wystąpić następujące problemy:

• nie ma wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej;
• nie ma technicznej lub ekonomicznej możliwości wykonania wentylacji nawiewno-wywiewnej;
• istniejąca instalacja wentylacji mechanicznej nie może być uzupełniona o dodatkowe moduły;
• zagrożenie transmisją wirusa SARS-CoV-2 lub innymi patogenami, choćby wirusem grypy, jest znaczne (np. w obiektach służby zdrowia albo w biurach typu open space).

Rozwiązaniem może być wówczas zastosowanie oczyszczacza mobilnego. Na rynku przybywa rozwiązań przeznaczonych nie tylko do stosowania w pomieszczeniach mieszkalnych, ale też w pomieszczeniach budynków użyteczności publicznej, biurowych czy komercyjnych. Szczególnie w ramach tego drugiego segmentu producenci oferują bardzo ciekawe rozwiązania, wykorzystujące synergię kilku opisanych wcześniej technik.

CADR, czyli o skuteczności domowych oczyszczaczy

Rozwiązaniem, które w ostatnich latach zrobiło furorę jako urządzenie „antysmogowe” i budzi wśród użytkowników nadzieje na wsparcie w ochronie przed wirusem SARS-CoV-2, jest oczyszczacz mobilny – tzw. domowy.

W oczyszczaczach takich najczęściej stosuje się filtrację kilkustopniową – filtr wstępny (przeciwkurzowy) zatrzymujący największe zanieczyszczenia, filtr węglowy eliminujący na drodze absorpcji m.in. zapachy i gazowe związki organiczne oraz filtr HEPA (najczęściej H13). Wiele oczyszczaczy domowych wykorzystuje także jonizację, wytwarzając plazmę, która pozwala unieszkodliwić patogeny w powietrzu przepływającym przez urządzenie.

O skuteczności oczyszczacza domowego decydują jednak nie tylko zastosowane środki techniczne, ale także jego prawidłowy dobór do chronionego pomieszczenia. Amerykańska agencja ochrony środowiska EPA zaleca bazowanie na wskaźniku CADR (Clean Air Delivery Rate – wskaźnik dostawy czystego powietrza), który został stworzony przez amerykańskie Stowarzyszenie Producentów Urządzeń Domowych (Association of Home Appliance Manufacturers – AHAM). CADR określa, jaką objętość powietrza zanieczyszczonego konkretną substancją oczyszczacz filtruje w ciągu godziny przy pracy na najwyższym biegu, z kompletem filtrów [m³/h]. AHAM zaleca „zasadę 2/3”, która polega na tym, by CADR dla dymu tytoniowego (czyli cząstek o wielkości 0,09–1,0 μm) stanowił 2/3 kubatury oczyszczanego pomieszczenia [23]. Europejska organizacja REHVA przedstawiła zalecenia dla usuwania cząstek od 0,3 do 0,5 μm. CADR należy wiązać z intensywnością wentylacji – dla co najmniej jednej wymiany na godzinę powinien on być dwa razy większy niż dopływ powietrza świeżego zapewniany przez system wentylacji. W pomieszczeniach o mniejszej krotności wymian (mniej niż jedna wymiana na godzinę) CADR musi odpowiadać objętości wynikającej z co najmniej dwóch wymian powietrza na godzinę [27].

Należy jednak podkreślić, że taki dobór ma rację bytu przy założeniu pracy ciągłej z określonymi parametrami (a więc na najwyższym biegu). Inne zalecenie dotyczące wielkości oczyszczacza, stanowiące część wytycznych związanych z zapobieganiem rozprzestrzenianiu się wirusa SARS-CoV-2, odwołuje się do natężenia przepływu (przy akceptowalnym poziomie hałasu). Zgodnie z tym zapisem należy dobrać wartość natężenia przepływu na środkowym biegu. Wartość ta powinna wynosić od dwóch do pięciu wielokrotności kubatury pomieszczenia [3].

Oczyszczacze profesjonalne

W ostatnich miesiącach do mieszkaniowych oczyszczaczy mobilnych dołączyły tzw. oczyszczacze profesjonalne, przeznaczone do większych powierzchni zamkniętych – przeznaczonych na stały i czasowy pobyt ludzi, często wyposażonych tylko w wentylację naturalną. Oczyszczacze takie znajdą zastosowanie w budynkach o różnym przeznaczeniu – obiektach służby zdrowia (szpitale, przychodnie, gabinety, w tym stomatologiczne), sklepach, punktach usługowych, salonach branży beauty, siłowniach i innych salach do ćwiczeń, biurach, bibliotekach, restauracjach, mniejszych zakładach przemysłowych i przemysłowo-usługowych (np. warsztaty mechaniczne).

Od mniejszych oczyszczaczy domowych rozwiązania te różnią się przede wszystkim następującymi cechami:

• większe przepływy powietrza, zwykle powiązane z kilkoma biegami wentylatorów – dzięki czemu możliwe jest dopasowanie trybu pracy do potrzeb oraz rozsądny kompromis między wydajnością urządzenia a poziomem generowanego hałasu (może to mieć duże znaczenie np. w takich pomieszczeniach, jak biblioteki czy biura);
• rozbudowana komora filtracyjna z zastosowaniem kilkustopniowej filtracji – filtr wstępny usuwa większe cząstki, aby chronić znajdujące się za nim filtry o wysokiej skuteczności (HEPA) przed przedwczesnym zatykaniem. Dalsze etapy filtracji mogą obejmować filtr HEPA klasy H13 oraz filtr węglowy eliminujący np. zapachy i gazowe związki organiczne na drodze absorpcji, ale w większości rozwiązań ostatnim stopniem filtracji jest filtr HEPA o klasie H14;
• bardziej złożona i zaawansowana automatyka i regulacja, możliwości programowania;
• funkcje dekontaminacji – dezaktywacja (unieszkodliwienie) zatrzymanych mikroorganizmów i wirusów poprzez dodatkowe procesy fizykochemiczne. Jest to związane m.in. z faktem, że w obsługiwanych pomieszczeniach oczekiwana jest „bezobsługowa” praca filtrów – czyli ich automatyczna „autodezynfekcja”, tak aby materiał biologiczny zebrany na nich był skutecznie unieszkodliwiany [24].

Na szczególną uwagę zasługują właśnie funkcje dekontaminacji – unieszkodliwiania i usuwania patogenów (grzybów, bakterii i wirusów). Wśród stosowanych przez producentów metod warto wymienić następujące:

• dezynfekcja termiczna. Układ automatycznej regulacji w określonych odstępach czasu uruchamia tryb dezynfekcji termicznej, dzięki której filtr HEPA – w odpowiednim wykonaniu, które zapewnia jego trwałość i zachowanie własności użytkowych – jest podgrzewany do temperatury wynoszącej 100°C. Dzięki temu następuje unieszkodliwienie (neutralizacja) osadzonych na filtrze patogenów;
• promieniowanie UV-C. Lampa UV-C może być częścią komory filtracyjnej w oczyszczaczu. Jej zadaniem nie jest jednak ciągła dezynfekcja strumienia powietrza, ale „naświetlanie” filtra HEPA, na którym zatrzymywane są zanieczyszczenia. Lampa UV-C w takim rozwiązaniu pracuje w interwałach czasowych zapewniających odpowiednie natężenie promieniowania, a tym samym skuteczność usuwania patogenów;
• zastosowanie elementów z siatki miedzianej na drodze przepływu powietrza w komorze filtracyjnej (np. na wlocie lub między filtrami). Miedź może służyć zarówno jako środek bakteriobójczy, jak i bakteriostatyczny – dzięki zmianie struktury białek wirusów lub mikroorganizmów na drodze różnych mechanizmów chemicznych metal ten zarówno dezaktywuje patogeny, jak i uniemożliwia ich rozwój [25];
• zastosowanie powłoki fotokatalitycznej opartej na dwutlenku tytanu (TiO2), zapobiegającej osadzaniu i rozwojowi patogenów na chronionej powierzchni [26].

Oczyszczacze profesjonalne mają system automatycznej regulacji. Poszczególne podzespoły są do tego przystosowane, np. skuteczną regulację wydajności (płynną lub kilkustopniową) umożliwia zastosowanie wentylatorów elektronicznie komutowanych z falownikiem. Odpowiednie alarmy – przede wszystkim dotyczące zabrudzenia filtra, ale też awarii podzespołów (np. uszkodzenia lampy UV) dają większą pewność sprawności i skuteczności działania urządzenia. Skuteczność pracy oczyszczaczy zależy nie tylko od prawidłowego doboru ich wydajności przepływu do kubatury chronionego pomieszczenia. Istotne jest także prawidłowe ulokowanie urządzenia, zapewniające właściwe przepływy powietrza – najlepiej centralnie, a przede wszystkim w odpowiednich (wskazanych przez producenta) odległościach od ścian i innych przeszkód.

Literatura

1. Chen Chun, Zhao Bin, Review of relationship between indoor and outdoor particles: I/O ratio, infiltration factor and penetration factor, „Atmospheric Environment” No. 45/2011, p. 275–288
2. Harriman Lew, Stephens Brent, Brennan Terry, New Guidance for Residential Air Cleaners, „ASHRAE Journal”, September 2019
3. Kurnitski Jarek et al., How to operate and use building services in order to prevent the spread of the coronavirus disease (COVID-19) virus (SARS-CoV-2) in workplaces. COVID-19 guidance document, Ed. 3, REHVA, August 3, 2020
4. Wu Xiao iet al., Air pollution and COVID-19 mortality in the United States: Strengths and limitations of an ecological regression analysis, „Science Advances” Vol. 6 No. 45 (November 2020), DOI: 10.1126/sciadv.abd4049
5. Pozzer Andrea, Dominici Francesca, Haines Andy, Witt Christian, Münzel Thomas, Lelieveld Jos, Regional and global contributions of air pollution to risk of death from COVID-19, „Cardiovascular Research” Vol. 16, No. 14 (December 2020), p. 2247–2253, DOI: 10.1093/cvr/cvaa288
6. M Bar-On Yinon, Flamholz Avi, Phillips Rob, Milo Ron, Science Forum: SARS-CoV-2 (COVID-19) by the numbers „eLife” No. 9/2020, DOI: 10.7554/eLife.57309
7. Laue Michael, Kauter Anne, Hoffmann Tobias, Möller Lars, Michel Janine, Nitsche Andreas, Morphometry of SARS-CoV and SARS-CoV-2 particles in ultrathin plastic sections of infected Vero cell cultures, „Scientific Reports” (Nature) No. 11, 2021, DOI: 10.1038/s41598­-021-82852-7
8. Scherzer Uwe, Brown Caroline, Does a High Efficiency Particulate Air (HEPA) filter offer full protection against viral cross-contamination?, Hamilton Medical, 2020
9. ASHRAE, Frequently Asked Questions on filtration and disinfection, 
10. https://www.ashrae.org/technical-resources/frequently-asked-questions-faq
11. Lee Byung Uk, Minimum Sizes of Respiratory Particles Carrying SARS-CoV-2 and the Possibility of Aerosol Generation, „International Journal of Environmental Research and Public Health” No. 17/2020, DOI: 10.3390/ijerph17196960
12. Perry Jay, Agui Juan, Vijayakumar Rajagopal, Submicron and Nanoparticulate MatterRemoval by HEPA-Rated Media Filtersand Packed Beds of Granular Materials, NASA/TM-2016-218224, Huntsville, Alabama 2016
13. PN-EN 1822-1:2019-05 Wysokoskuteczne filtry powietrza (EPA, HEPA i ULPA). Część 1: Klasyfikacja, badania właściwości użytkowych, znakowanie
14. PN-EN ISO 29463 Wysokoskuteczne filtry i materiały filtracyjne do usuwania cząstek z powietrza
15. DOE-STD-3020-2015, DOE TECHNICAL STANDARD, Specification for HEPA Filters Used by DOE Contractors, United States Department of Energy (DOE), 2015
16. Jankowska Elżbieta, Skuteczność filtracji cząstek nanometrycznych przez materiały filtracyjne, „Bezpieczeństwo Pracy” nr 9/2005
17. Signify and Boston University validate effectiveness of Signify’s UV-C light sources on inactivating the virus that causes COVID-19, 
18. https://www.signify.com/global/our-company/news/press-releases/2020/20200616-signify-boston-university-validate-effectiveness-signify-uvc-light-sources-on-inactivating-virus-that-causes-covid19
19. Karlicek Robert, Germicidal UVC radiation:Fact and fiction about killing pathogens, webinar, Center Lighting Enabled Systems & Applications (LESA), Rensselaer Polytechnic Institute, June 18,2020
20. CIE Position Statement on Ultraviolet (UV) Radiation to Manage the Risk of COVID-19 Transmission, May 2002,
21. http://cie.co.at/files/CIE%20Position%20Statement%20-%20UV%20radiation%20%282020%29.pdf
22. PN-EN 62471:2010 Bezpieczeństwo fotobiologiczne lamp i systemów lampowych
23. Yee Dana, Kabbani Sam, Brockman Albert, SARS-CoV-2 Neutralization by Needlepoint Bipolar Ionization, Powered by GPS, June 2020,
24. https://campussafetysummit.com/wp-content/uploads/2020/12/2-GPS-COVID-19-TESTING-RESULTS.pdf
25. WHO, Air quality guidelines for particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide, Global update 2005
26. Fan coil with photocatalytic device, 
27. https://global.aermec.com/website-20160920/wp-content/uploads/Aermec_Depl_FCZ_H_EN.pdf
28. EPA, Residential Air Cleaners: A Technical Summary, 3rd edition,
29. https://www.epa.gov/sites/production/files/2018-07/documents/residential_air_cleaners_-_a_technical_summary_3rd_edition.pdf
30. Joniec Waldemar, Wentylacja pomieszczeń biurowych podczas pandemii – studium przypadku, „Rynek Instalacyjny” 1-2/2021, rynekinstalacyjny.pl
31. Lewis Al, Keevil William, Przeciwbakteryjne właściwości miedzi i jej stopów w systemach HVAC&R, Copper Development Association Inc., International Copper Association, 2004,
32. https://www.akademiamiedzi.pl/wordpress/wp-content/uploads/2019/07/przeciwbakteryjne-wlasnosci-miedzi-i-jej-stopow-w-systemach-HVAC-R.pdf
33. Le Than Son et al., Air purification equipment combining a filter coated by silver nanoparticles with a nano-TiO2 photocatalyst for use in hospitals, „Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology”, Vol. 6, No. 1, 2015
34. Criteria for room air cleaners for particulate matter. Recommendation from the Nordic Ventilation Group, REHVA, March 2021
35. Materiały firm: Aermec, Banad/IQAir, Brink, Dabrowent/Global Plasma Solutions, Eufilter, FläktGroup, Klingenburg, Miloo Electronics, Nanocare, Panasonic, Samsung, Sharp, Signify, Smay, Thessla Green, Trotec, Venture Industries, WPIP

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!