Ultraviyole (UV) enerjisi, dalga boyu görünür ışıktan daha kısa (<400nm), ancak X-ışınlarından daha uzun (>200nm) bir dalga boyuna sahip elektromanyetik radyasyondur. UV ışınları insan gözüyle görünmez. UV spektrumu aşağıdaki bantlara ayrılabilir:
1801’de Alman fizikçi Johann Wilhelm Ritter, görünür spektrumun mor ucunun hemen dışındaki görünmez ışınların gümüş klorürle ıslatılmış kağıdı mor ışığın kendisinden daha hızlı koyulaştırdığını gözlemlediğinde UV radyasyonu keşfedildi. Yüzeyleri, oda havasını ve hava akımlarını dezenfekte etmek için ultraviyole (UV) lambaların ve lamba sistemlerinin kullanımı yaklaşık 1900’lere dayanmaktadır. 1878’de, kısa dalga boylu ışığın bakterileri öldürerek sterilize edici etkisi keşfedildi. 1903’te, en etkili dalga boylarının 250 nm civarında olduğu biliniyordu. 1960 yılında ultraviyole radyasyonun DNA üzerindeki etkisi belirlendi. UV dezenfeksiyonunun kapsamlı incelemeleri için yapılan ilk çalışmalar, mikroorganizmaların inaktivasyonu için en etkili UV dalga boyu aralığının 220 nm ila 300 nm arasında olduğunu ve en yüksek etkililiğin 265 nm civarında olduğunu tespit edilmiştir.
UV-C enerjisi, çok çeşitli mikroorganizmaların DNA’sını bozarak onları zararsız hale getirmektedir. Şekil 1, çeşitli dalga boylarında UV-C enerjisinin DNA hasarına neden olan göreceli etkinliğini göstermektedir. Hepsi olmasa da çoğu ticari UV-C lambaları, optimum dalga boyuna çok yakın 253,7 nm’de UV enerjisi yayan düşük basınçlı cıva lambalardır.
Ultraviolet Germicidal Irradiation UV-C bandındaki ultraviyole mikrop öldürücü ışınlama etkisidir, UVGI bir süredir bilinmekte ve havalandırma kanallarında ve klima santrallerinde dezenfektasyon için kullanılmaktadır. Enerji tasarrufu, bakım ve iç hava kalitesi ile ilgili endişeler arttıkça kullanımı giderek daha sık hale gelmektedir. UV-C enerjisi ile bakteri, virus, küf ve mantar gibi patojenik organizmaların iklimlendirme cihazlarından geçişini engellemek, mühendislik hesabıyla mümkündür. Dezenfeksiyon yapılırken bir taraftan da serpantin yüzeylerinde temizliği sağlamak ve bunun sonucunda enerji tasarrufu yapmak da mümkün hale gelmiştir.
UV-C enerjisinin mikroorganizmalar üzerindeki etkilerini inceleyerek, UV-C lambalarının nasıl antiseptik ışıma enerjisi ürettiğini, UV-C cihazları ve sistemlerini içeren çeşitli bileşenleri, insan güvenliğini ve UV-C cihazlarının bakımı konularının gözden geçireceğiz.
Enfekte olmuş konakçılar öksürdüklerinde, hapşırdıklarında veya konuştuklarında yayılan sıvıların buharlaşmasıyla oluşan havadaki parçacıklar, hastalığı kişiden kişiye aktarabilen bakteri veya virüsler içerir. Bakteri ve virus taşıyan bu parçacıkların aerodinamik çapı genellikle 5µm’den küçüktür ve bu onların uzun süre havada asılı kalabilirler. Bu nedenle, bir odadaki normal hava akımlarıyla oda içerisinde herhangi bir noktaya gidebilirler ve hatta iklimlendirme cihazları vasıtasıyla bitişik alanların ötesinde taşınabilirler. Taşındıkları yeni bölgelerde solunduğunda, sağlıklı insanların akciğerin alveolar bölgesine girebilir ve onları da enfekte edebilir. COVID-19’in bulaş riski, özellikle kapalı alanlarda iklimlendirme cihazları aktif olarak kullanılıyor ise çok yüksektir.
Yunanca harf lambda (λ) ile gösterilen Dalgaboyu tanım olarak bir dalga modelinin tekrareden birimleri arasındaki mesafedir. Işık aynı zamanda dalga teorisi ile yayıldığı için çeşitli dalgaboylarına ayrılarak incelenmektedir. İnsan gözünün algıladığı aralık olan 400nm-780nm dışındaki aralıklar görülemeyen ışık olarak adlandırılmaktadır.
UV-C ışıma yolu ile birim yüzey alanı başına bir yüzeyde meydana gelen elektromanyetik radyasyon olayının gücü, tipik olarak santimetre kare başına mikro dalga (µW/cm²) olarak ifade edilmektedir.
Ultraviyole mikrop öldürücü ışınlama (UVGI) ise mikro organizmaları öldürmek veya inaktive etmek için UV-C bandı enerjisinin kullanılmasıdır. UVGI, ağırlıklı olarak 253,7nm dalga boyunda ultraviyole radyasyon yayarak mikroorganizmaları öldüren veya inaktive eden UV-C lambaları tarafından üretilen UV ışımasıdır.
UV dozu da, belirli bir mikroorganizma veya yüzey üzerindeki UV ışınımı ve maruz kalma süresidir. Tipik olarak santimetre kare başına milijoule (Mj/cm²) veya santimetre kare başına mikrowatt saniye (µWs/cm²) olarak bildirilir.
Sabit ve tekdüze ışınım için, UV-C enerjisinin tek bir mikroorganizma popülasyonu üzerindeki dezenfeksiyon etkisi aşağıdaki şekilde ifade edilebilir: Denklem(1):
N₀ = ilk mikroorganizma sayısı
Nt = herhangi bir Δt zamandan sonraki mikroorganizma sayısı
Nt /N₀ = hayatta kalan mikroorganizmaların fraksiyonu
k = mikroorganizmaya bağlı hız sabiti, cm²/(µW·s)
Eff = mikroorganizma tarafından alınan etkili (mikrop öldürücü) ışınım, (µW/cm²)
Doz = Eff * t, (µW · s) /cm²
Denklem(1), sabit bir UV-C maruziyeti seviyesi devam ederken, canlı organizma sayısındaki üstel bir azalmayı açıklamaktadır. Dezenfektanların bir mikroorganizma popülasyonu üzerindeki etkisini açıklamak için aynı tip denklem kullanılır, bu durumda doz, bir konsantrasyon-zaman ürünüdür. T süresinden sonra kesirli öldürme (1 – Nt /N₀) ‘dır. Bir hava kanalında, Denklem (1) ‘in kullanımı hava akımındaki hedef mikroorganizmaların hareketi ve UV-C ışımasının kanal içinde sabit yoğunlukta olmaması nedeniyle karmaşıktır. Ek olarak, kanalın fiziksel parametreleri, kanal hava akışı ve UV kurulumunun hem ışınımı hem de
mikroorganizmaların buna tepkisini etkileme potansiyeli vardır. Kanal içi uygulamalarda UV-C için tasarım parametreleri, bunları analiz etmek için mevcut verilerdeki bazı belirsizlikler ve ikincil etkiler nedeniyle basit değildir.
Günümüzde bu hesaplamalar bilgisayarlarda özel yazılımlar ile yapılmaktadır. Serpantin yüzey ölçüleri, hava debisi, kanal uzunluğu, kullanılacak lamba gücü, gibi bir çok parametreler bu özel yazılımlara yüklenerek lamba adedi, hangi mesafede montaj edileceği gibi çıktılar kolaylıkla elde edilmektedir.
Yüzey dezenfektasyonu ile organizmaların havada inaktivasyonu arasındaki temel fark, maruz kalma süresidir. İndükleme cihazlarında kalma süresi, saniyeler mertebesindedir. Hareketli bir hava akımında, maruz kalma süresi, ortalama ışımanın hesaplandığı etkin mesafe ile sınırlıdır; örneğin, 500 fpm’de, 30 cm mesafe 0.12 s sürer. Bu nedenle, havadan gelen bir tehdide karşı nötralizasyon yöntemleri, cihazın özelliklerine bağlı olarak saniyeler içinde etkili olmalıdır ve genellikle yüksek UV yoğunluğu ve / veya daha fazla hat içi derinlik gereklidir. Tersine, bir HVAC sisteminde yüzeyleri ışınlarken, maruz kalma süresi tipik olarak süreklidir, bu nedenle çok daha düşük seviyelerde UV yoğunluğu gerekir.
UV-C Lamba Türleri
Diğer seçenekler mevcut olmakla birlikte, en verimli UV-C lambaları düşük basınçlı cıva deşarjlı lambalardır. Bu lambalar, lamba yandığında buharlaşan cıva içerir. Soy gazla çarpışan deşarjdaki elektrik alanı nedeniyle cıva atomları hızlanır ve heyecanlı bir aşamaya gelir. Uyarılmış cıva atomları, 253,7 nm dalga boyunda enerjilerinin neredeyse% 85’ini yayarlar. Görünür bölgeye çok az enerji yayılır, bu nedenle kalan enerji UV bölgesinde çeşitli diğer dalga boylarıyla sonuçlanır (esas olarak 185 nm). Bununla birlikte, HVAC uygulamaları için kullanılan çoğu UV-C lamba, lambadan herhangi bir vakumlu UV (200 nm ve altı) yayılmasını önleyen bir iç kaplama ile işlenir, bu nedenle ozon üretimi bir sorun değildir.
UV lambaları, çoğunlukla genel aydınlatma flüoresan lambalarına dayanan farklı şekillerde bulunur:
UV lambaları aşağıdaki üç çıktı türüne ayrılabilir:
Şekil 3’te gösterildiği gibi, UV lambaları aralarında elektrik deşarjının çalıştığı ve argon, neon veya bunların bir karışımı gibi bir soy gazla doldurulduğu elektrotları kullanır. Zarfta az miktarda cıva bulunur.
Elektrotlar, lambanın davranışı için çok önemlidir. İki ana tür vardır:
UV-C lambaların dış zarfı özel UV ileten cam veya kuvarsdan yapılmıştır. UV-C lambalar için iki tür cam kullanılır. 253,7nm yayan UV-C lambaları üretmek için özel yumuşak cam kullanılır, ancak ozon üreten 185 nm dalga boyu filtrelenir. Kuvars cam, 253,7nm çıkış dalga boyunda veya hem 185 hem de 253,7 nm çıkış dalga boylarında UV lambaları üretmek için iç cam kaplamalarla iletim özelliklerini değiştirerek kullanılabilir.
UV çıkışını zaman içinde korumak için, cam/kuvars tüpün içi de UV iletiminin zamanla azalmasını yavaşlatmak için özel bir koruyucu katmanla kaplanabilir.
Cıva, UV lambalarda saf metal veya amalgam olarak bulunabilir. Lambanın ömrü boyunca bir miktar cıva kimyasal olarak bağlı olacağından cıva miktarı her zaman (hafifçe) aşırı dozdadır. Lambadaki gerçek cıva miktarı uygulamaya bağlı olarak değişir, ancak çok küçük olabilir (5 mg’dan az ). Daha yüksek tasarım çalışma akımları nedeniyle daha yüksek sıcaklığına sahip lambalarda amalgam kullanılır. Amalgam, cıva basıncını belirli bir sıcaklık aralığında sabit tutar ve bu aralıkta daha kararlı UV çıkışı sağlar.
UV-C Lamba Balastları
UV lambaları dahil tüm gaz deşarjlı lambaların çalışması için bir balast veya elektronik güç kaynağı gerekir. Balast, deşarjı başlatmak için yüksek bir başlangıç voltajı sağlar ve ardından deşarjı güvenli bir şekilde sürdürmek için lamba akımını hızla sınırlar. Çoğu lamba üreticisi, lambalarının çalıştırılması için belirli bir balast önermektedir. Bunun yanında uluslar arası standartlarda yayımlanan bilgiler, hat voltajı, anahtar sayısı vb. çalışma koşullarıyla birlikte, kullanıcıların uygun balastı seçmesine olanak tanır. Balastlar, belli bir lamba türünü çalıştırmak için tasarlanmıştır; bununla birlikte, tipik modern elektronik balastlar genellikle birden fazla uzunluk, sayı veya hatta lamba tipini yeterli şekilde çalıştırır.
Lamba türlerine göre ballast seçimi UV-C çıkışını ve çalışma ömrünü etkileyeceğinden, her lamba türü için önerilen balastın kullanılması şiddetle tavsiye edilir.
UV-C Lambanın Ömrü
UV-C lambaların çıkışı zamanla azalır. UV-C lambalar, elektriksel ömür saatlerinin sonunda değil, UV-C emisyonunun efektif saatlerine göre derecelendirilir. Birçok UV-C lambası, kullanım ömürlerinin sonunda, ilk çalıştırmada ölçülenin% 50 ila 85’i veya daha fazla olan yoğunluk seviyeleri yayacak şekilde tasarlanmıştır, ancak mevcut modeller faydalı ömürlerini geçtikten çok sonra da mavi görünür ışık yaymaya devam ederler.
UV-C lambalar, kullanılan cam zarfın türüne, herhangi bir koruyucu iç cam duvar kaplamasına, filaman akım yükü tasarımına, gaz karışımına, gaz basıncına ve balast türüne bağlı olarak geniş bir kullanım ömrüne sahiptir.
Lamba Değişimi
UV lambaları, ekipman üreticisinin tavsiyelerine göre kullanım ömürlerinin sonunda değiştirilmelidir. Ömür bilgisi üreticilere göre değişiklik göstermekle beraber bazı lambalar 9.000 saat, bazı lambalar 16.000 ömür sürelerine sahiptir. UV-C lambalar kullanıldıkları lokasyonlardaki günlük çalışma saatleri baz alınarak yapılan hesaplamaya göre tespit edilen değişim tarihlerinde değiştirilmelidirler. Lambaların çok sık açılması ve kapatılması, kullanılan balast tipine bağlı olarak erken lamba arızasına neden olabilir.
Lamba Bakımı
UV-C lambalar çalışma ortamlarındaki koşullar göz önüne alındığında 3-4 ayda bir bakıma ihtiyaç duymaktadırlar. Bakım personeli rutin olarak UV lambası tertibatının periyodik görsel incelemesini yapmalıdır. Tipik olarak, bir görüntüleme portu veya bir erişim kapısı penceresi yeterlidir. Yanan veya arızalı lambalar hemen değiştirilmelidir. Uygulama ve ortama bağlı olarak, bir bakım planının armatürün doğrudan fiziksel muayenesini içermesi gerekebilir. Lamba kirlenmişse, tüy bırakmayan bir bez ve piyasada satılan bir cam temizleyici veya alkolle temizlenmelidir.
Lambanın İmhası
UV lambaları, yerel düzenlemelere göre, floresan ampuller gibi cıva içeren diğer cihazlarla aynı şekilde işlem görmelidir. Çoğu lamba, tehlikeli atık olarak işlem görmelidir ve normal atıklarla birlikte atılmamalıdır.
Personel Güvenliği Eğitimi
İşçilere, sağlık ve güvenlik eğitimi dahil, gerekli olduğu kadar çok eğitim ve lamba ve malzemeleri kullanma konusunda bir dereceye kadar eğitim verilmelidir. İşçiler, çalışma alanındaki tehlikelerden haberdar edilmeli ve kendilerini korumak için alınacak önlemler konusunda eğitilmelidir. Eğitim konuları şunları içermelidir
Kırık lambaları temizlemesi beklenen işçiler, uygun koruma, temizleme ve imha etme konusunda eğitilmelidir.
Hiçbir personel doğrudan UV maruziyetine maruz bırakılmamalıdır, ancak maruziyet kaçınılmazsa, personel koruyucu giysiler (cilt açıkta değil), koruyucu gözlük ve eldiven giymelidir.
Numaralı gözlükler de dahil olmak üzere çoğu gözlük, gözleri UV’den korumak için yeterli olabilir, ancak tümü tam koruma sağlamaz (enerji yine de yanlardan gözlere veya gözlüklerin içinden yansımalara ulaşabilir); standart, tam saran koruyucu gözlükler en iyi alternatif olabilir.
Kaynaklar: Ashrea HVAC Systems and Equipment Chapter 17