Уф-излучение

У нас было двое взрослых, двое сопливых детей, закрытые города, полсотни тысяч заражённых, отличный темп распространения коронавируса, родители в группе риска, дефицит лекарств, а так же платные бригады скорой, коллапс медицины на юге страны и один УФ-рециркулятор в запасе. Не то чтобы это были необходимые условия для полноценного домашнего карантина, но если эпидемия накрыла с головой, становится трудно остановиться. Единственное, что вызывало у меня опасение это ультрафиолет. Ничто в мире не бывает более суровым, бескомпромиссным и порочным, чем хорошая доза 253,7 нм. Я знал, что рано или поздно мы перейдем и эту черту.
(классика)




Если же подойти к теме чуть серьёзнее, то вопрос обеззараживания воздуха возник в нашей семье намного раньше. В целом, маленькие дети более склонны к простудам и прочим ОРВИ, а когда детей несколько шанс что один заразит другого приближается к единице. Ну и мы с супругой иногда получали свою дозу вирусных частиц, подтирая детские сопли и сбивая ночами температуру. Не всегда, конечно, заболевали, но бывало (не знаю, насколько это норма, или это нам так не везло...). Но дети немного подросли, да и вопрос с нормальной вентиляцией в квартире был успешно решён, так что проблема организации правильного карантина стала не так актуальна до недавнего момента, когда вторая волна коронавируса (а может и запоздалая первая) накрыла Казахстан во всю мощь
И вот в этот самый момент мы решили включить паранойю немного подстраховаться и подготовиться к возможному домашнему карантину. И если с запасом лекарств и туалетной бумаги здравого смысла всё было более-менее нормально, то вопрос обеззараживания воздуха оставался открытым.

Стерилизуй это!

Теория обеззараживания УФ-излучением была хорошо расписана в недавней статье, так что я постараюсь не повторяться а только пройдусь по верхам для понимания общей картины.
Собственно, главный вопрос жизни и смерти микроорганизмов хорошо отражает вот этот маленький график:

Смертность под воздействием УФ-излучения определённой длины волны для бактерий в целом (синий) и отдельно для кишечной палочки (красный). [Osram]

Да, подобные лучи добра можно смело посылать нашим одноклеточным товарищам они точно оценят. Впрочем, жёсткий УФ крайне опасен для всего живого, так что при работе с ним берегите свою кожу, глаза, домашних животных и предметы в случае чего, мало никому не покажется!
Кстати, всякие чудовища УФ тоже не любят мне почему-то этот фильм из детства вспомнился:

Следующий момент, который нужно отметить все бактерии, грибки и вирусы имеют разную устойчивость к УФ-излучению. Поэтому важно определиться с понятием экспозиции или получаемой дозы облучения. Если совсем кратко, бактерицидная доза это отношение энергии бактерицидного излучения к площади облучаемой поверхности (или объему облучаемой среды). Т.е. чем сильнее жарим и чем на меньшую площадь это излучение попадает тем быстрее обнулится целевое микробное сообщество.

Если говорить о стерилизации воздуха, то для разных типов (медицинских) помещений существуют нормируемые уровни бактерицидной эффективности:

Таблица из этого замечательного документа. Там же подробная методика расчёта и таблица устойчивости разных видов микроорганизмов.

В качестве тест-организма там использовался золотистый стафилококк, но вирусы гриппа ( и коронавирусы?..) имеют схожую устойчивость. Из таблицы видно, что для жилых помещений вполне можно ориентироваться на III-IV категорию, т.е. требуемая бактерицидная доза менее 200 Дж/м3. Пока что запомним эту цифру, далее мы к ней вернёмся. Для желающих ещё больше углубиться в расчёты, есть американские данные с лампами фиксированной мощности.

Ближе к делу!

Итак, теорию пока что оставим и перейдём к практике. Задача проста максимально обеззараживать воздух в изолированном помещении (комнате), где может находиться крайне заразный человек с Ковидом (или любым другим заболеванием, передающимся воздушно-капельным путём). Прибор должен быть безопасен для людей, животных и предметов, а так же работать в режиме 24/7 (т.е. всякие кварцевые облучатели отпадают).

Изучая рынок, с удивлением обнаружил подходящее устройство у компании Вакио, где я пару лет назад брал комнатные рекуператоры. Т.к. мой опыт взаимодействия с ними был положительным, решил эту штуку и попробовать:

Вот такой прибор, принцип работы довольно прост. Это версия на 60м3/ч. Есть ещё на 120м3/ч там ещё +2 лампы и +1 вентилятор

Устанавливать его можно в любом положении, есть даже передвижная тележка (прям мечта ковид-параноика возить с собой собственный обеззараживатель воздуха...). Собран прибор хорошо, все материалы качественные и приятные.

Внутри много полированного металла (не какая-то алюминиевая фольга, а полноценная нержавейка). Качество внутренних поверхностей очень важно, т.к. от этого зависит бактерицидная эффективность рециркулятора (больше внутренних отражений более полно используется доступное УФ-излучение):

Не идеальное зеркало, конечно, но очень хорошо. Маленький Инженер оценил.

Минус такой хорошей полировки остаточное излучение немного просачивается наружу. Не сильно, но всё же снимать решётку-дефлектор и заглядывать внутрь не стОит:


При работе шумит. Хорошо слышно вентилятор, хоть он и висит на резиновых втулках. Производитель заявляет менее 45 дБа, для кого-то это будет много. Но, думаю, что в случае реальной необходимости, шум будет меньшим злом. Хотя кому как

Доверяй, но проверяй!

До силовой части я добраться не смог вся внутренняя часть прибора это цельный (!) лист полированного металла, хитро подрезанный и согнутый как картонная коробка. Прям реально круто! Но ломать я ничего не стал, поэтому пока что без Geek porn.

Однако про используемые лампы и вентилятор мне есть что рассказать. С последнего и начнём: насколько я смог выяснить, в приборе используется что-то вроде SUNON MA2082HVL

Для фактического измерения пришлось сколхозить воздуховод для выравнивания потока (чтобы сделать его ламинарным для более точных измерений):

Замер проводился на расстоянии 1,5 м от вентилятора.

Итого, намеряно чуть менее 40м3/ч. Меньше чем заявлено, но и система измерения была не идеальна. Учитывая характеристики вента, думаю фактическая производительность должна быть в районе 50м3/ч.
В общем нужно было мне выбирать версию на 120 м3/ч, тем более, что по цене она не сильно дороже. Ну да ладно, этой производительности для моих задач тоже должно хватать.

С лампами всё проще используются 2 либо 4 штуки HNS 15 W G13 OFR от фирмы Osram. Версия OFR это безозоновые лампы, бОльшая часть излучения которых приходится на ~254 нм:

Спектральное распределение мощности безозоновых ламп [Osram]

Заявленный срок службы 9000 часов. Только нужно учитывать, что все УФ-лампы со временем деградируют, причём ощутимо. Этот момент будет учитываться в дальнейшем расчёте бактерицидной эффективности этого рециркулятора.

Пример скорости деградации безозоновой лампы на 55 Вт. Для используемой в приборе 15 Вт лампы я не нашёл такой график, но данные указаны такие: спад бактерицидного потока на 12% после 5000 часов и на 20% после 8000 часов.

И наконец, мы подошли к самому интересному давайте посчитаем, какая реальная бактерицидная эффективность этого рециркулятора. Для этого обратимся всё к той же замечательной методичке и посмотрим базовую формулу для расчёта.


Здесь всё просто, за исключением пары моментов:
1) Коэффициент использования бактерицидного потока. В методичке он выбирается 0.4 для закрытых рециркуляторов. И вот на это как раз влияет отражающая способность внутренних поверхностей прибора. Оставим так, но возможно, для полированной нержавейки этот параметр будет лучше (но это не точно).
2) Коэффициент запаса. В базовой формуле его нет, но для конкретных приборов он применяется. Обычно берётся 1.5, хотя с ним ещё сложнее, т.к. много всего влияет.

Итого, с двумя лампами по 4,9 Вт бактерицидного потока и замеренной производительностью 39 м3/ч, я начитал 241 Дж/м3. Даже если фактическая производительность будет в районе 50 м3/ч, то всё равно имеем 188 Дж/м3, что даёт гарантированное 95% обеззараживание воздуха. При свежих лампах и нормальном напряжении в сети, (коэффициент запаса минимален или отсутствует) можно рассчитывать на 99% обеззараживание. Что, собственно, производитель и декларирует.

Слабоумие и отвага!

Ладно, прибор работает, но нам ведь хочется бОльшегО! Что ещё можно придумать, если под рукой есть мощные УФ-лампы в удобном корпусе?..

Ну, во-первых, можно сделать УФ-прожектор. Задняя стенка прибора полностью снимается (откручиваем 6 болтов), рециркулятор ставится на подставку и направляется в нужную сторону. Вполне себе замена кварцевой лампе для обеззараживания помещения. (только пожалуйста, включайте его через удлинитель...)

Во-вторых, внутри есть достаточно места, чтобы разместить средних размеров смартфон и стерилизовать его поверхность (лучше без чехла!):



На этом моя фантазия закончилась, так что если у вас есть мысли как ещё использовать такое устройства дома прошу поделиться в комментариях.

Выводы

В упомянутой статье об УФ-дезинфекции, автор делает вывод о бесполезности закрытых рециркуляторов. Мои выводы иные.
При небольшом помещении (комната 12-18 м2) подобный рециркулятор (тем более версия на 120 м3/ч) может обеспечить постоянное обеззараживание воздуха, даже с работающей вентиляцией.

Бонус

Уже начав писать эту статью, получил от производителя ссылку на их новый продукт, который только готовится к выходу. Мощная система очистки воздуха, рассчитанная на 100 м2 площади:


Ну и в заключение небольшой опрос. Насколько эта тема интересна и актуальна (или это я один такой любитель перестраховаться):