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UV-C Desinfektion  Technologie

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Infektionsschutz ist Teil unseres Produktportfolios - aber auch unsere Philosophie

UV-C Licht Geräte und Wirkung

 

Was ist UV-C Licht?

Natürliche UV-Strahlung wird durch die Sonne abgestrahlt und ist für den Menschen nicht sichtbar.

UV-Strahlung dringt unterschiedlich weit bis zur Erdoberfläche vor und wird je nach Wellenlängenbereich (bis 400 nm) in drei Arten eingeteilt: • UVA (315-400 nm):

Dies ist der langwelligste Bereich der UV-Strahlung und durchdringt fast vollständig die Atmosphäre, kommt also nahezu ungefiltert bei uns auf der Erdoberfläche an.

UVA-Strahlung kann tief in die Haut eindringen und ist zu einem großen Teil für die Hautalterung (Falten, Altersflecken) verantwortlich. • •

UVB (280-315 nm): Hier wird der Großteil der Strahlung von der Ozonschicht in der Atmosphäre ausgefiltert. Ca. 10 Prozent kommt auf der Erdoberfläche an und ist der Hauptverursacher von Sonnenbrand. • •

UVC (100-280 nm): Die besonders energiereiche UVC-Strahlung wird fast vollständig ausgefiltert, sodass natürliche UVC-Strahlung die Erdoberfläche nicht erreicht. Diese Strahlen haben eine keimabtötende Wirkung und werden daher auch künstlich hergestellt und beispielsweise zur Desinfektion eingesetzt. In letzter Zeit häufen sich Meldungen über einen möglichen Zusammenhang zwischen UV-Strahlung und der Eindämmung des Corona-Virus. Manch einer könnte daher auf die Idee kommen, sich intensiver UV-Strahlung auszusetzen, um das Corona-Virus loszuwerden. Was dabei oft nicht deutlich gesagt wird: Es geht in diesen Meldungen allein um die Keimfreiheit von Oberflächen oder Sachen, es geht nicht um eine Abtötung des Virus auf oder in Lebewesen. Künstliche UV-C-Strahlung kann Oberflächen entkeimen, keine Menschen Wird über UV-Strahlung in Zusammenhang mit dem Corona-Virus gesprochen, ist UV-C-Strahlung gemeint. Dass UV-C-Strahlung Viren und Bakterien abtötet, ist allgemein bekannt. Man kann UV-C-Strahlung künstlich erzeugen und so die Vorzüge nutzen: Zur Entkeimung werden standardmäßig UV-C-Lampen eingesetzt – zum Beispiel an steril zu haltenden Arbeitsplätzen von Laboren oder in Entkeimungsanlagen für Teiche oder andere Gewässer. Auch im Kampf gegen Corona kommen diese Lampen zum Einsatz, um Oberflächen wie etwa in Flugzeugen von diesem Virus zu befreien.
Kurzwelliges UV-Licht statt Chemie


Was ist UV-C Strahlung?
Als UV-C-Strahlung wird Ultraviolettstrahlung im Wellenlängenbereich von 280 bis 100 Nanometer bezeichnet. Die meisten von uns wissen, dass es gefährlich ist, sich den UV-A-Strahlen (400 - 315 nm) und den UV-B-Strahlen (315 - 280 nm) der Sonne bzw. im Solarium auszusetzen. Auch die UV-C-Strahlung wird von der Sonne erzeugt. Sie ist die kurzwelligste UV-Strahlung und wird bereits vor ihrem Auftreffen auf der Erdoberfläche fast komplett von der Erdatmosphäre absorbiert. Daher sind wir Menschen dieser Strahlung in der natürlichen Umwelt Gott sei Dank nur wenig bis gar nicht ausgesetzt. Je kürzer die Wellenlänge, desto stärker kann sich die UV-Strahlung auf die menschliche Gesundheit auswirken.

Das Wirkungs Prinzip der UV-Desinfektion Im Gegensatz zu chemischen Wasserdesinfektionsverfahren beruht die UV-Bestrahlung auf einem physikalischen Prozess, bei dem Mikroorganismen schnell und wirksam deaktiviert werden. Wenn Bakterien, Viren und Protozoen den keimtötenden Wellenlängen der UV-Strahlung ausgesetzt werden, verlieren sie ihre Reproduktions- und Infektionsfähigkeit. UV-Strahlung hat sich als hochwirksam gegen pathogene Organismen erwiesen, darunter die Erreger von Cholera, Polio, Typhus, Hepatitis und anderen bakteriellen, viralen und parasitären Erkrankungen. Darüber hinaus setzt man die UV-Strahlung (allein oder in Verbindung mit Wasserstoffperoxid) für die sogenannte UV-Oxidation ein, einen Prozess, bei dem chemische Schadstoffe, wie z. B. Pestizide, industrielle Lösungsmittel und Pharmazeutika, reduziert werden.
Ultraviolette Strahlung wird zur Behandlung von Wasser, Luft und Oberflächen eingesetzt. Aufgrund der Geschwindigkeit der Reaktion – Mikroben werden bei ausreichender Dosis innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde inaktiviert – können UV-Strahler nicht nur zur Desinfektion von Oberflächen, sondern auch zur Desinfektion von Wasser, Luft oder sogar in Klimakanälen geführten Luftströmen eingesetzt werden. Vor der Entwicklung von Laminar-Strömungs-Anlagen für Reinräume sowie dem heute üblichen und massiven Einsatz von Desinfektionsmitteln waren daher in Krankenhäusern im Dauerbetrieb arbeitende schwache Ultraviolettstrahler üblich, um die Keimzahl gering zu halten. Die zunehmende Antibiotika-Resistenz krankenhausspezifischer Keime könnte dabei in naher Zukunft zu einer Wiederkehr der altbekannten Technik führen, da sich bei der UV-Desinfektion keine mutationsbedingten Resistenzen entwickeln können. Eine heute bereits recht verbreitete Methode ist die Trinkwasseraufbereitung mit UV-Strahlung. Dabei wird die Keimzahl im Wasser zuverlässig und in Abhängigkeit zur Dosis stark reduziert. Eine Zugabe von Chemikalien ist grundsätzlich nicht erforderlich. Gerade chlorresistente Krankheitserreger, wie Kryptosporidien, können mit UV-Strahlung inaktiviert werden. Geschmack, Geruch oder der pH-Wert des Mediums
werden nicht beeinflusst. Das ist ein wesentlicher Unterschied zur chemischen Behandlung von Trink- oder Prozesswasser. Im Heimbereich werden entsprechende Geräte auch als „UV-Filter“ bezeichnet. Im Kampf gegen Covid-19 setzen inzwischen viele Unternehmen, Behörden und Einrichtungen auf UV-Licht als Alternative zu chemischen Desinfektionsmitteln. In China werden ganze Busse Nacht für Nacht durch eine „UV-Schleuse“ gefahren, in Krankenhäusern und Kliniken bestrahlen Roboter vollautomatisch alle Oberflächen mit UVC-Licht. UVC-Licht – ein bewährtes Desinfektionsmittel UVC-Licht wird bereits seit Langem als gängige Sterilisationsmethode von Wasser, Luft und Oberflächen eingesetzt – eine Methode, die in Krankenhäusern, Laboren, Büros und Fabriken täglich Anwendung findet. Die UV-Strahlen wirken auf die DNA und töten Bakterien, Viren und Pilze ab. So wird es beispielsweise zur Entkeimung von medizinischen Instrumenten verwendet. Entscheidend ist UVC-Licht auch für den Prozess der Trinkwasserdesinfektion; einige Parasiten sind gegen chemische Desinfektionsmittel resistent, sodass sie eine Ausfallsicherheit bietet. Medizinische Instrumente werden mit UVC-Licht desinfiziert. Obwohl es bisher keine Untersuchungen darüber gibt, wie UVC-Licht speziell auf Covid-19 wirkt, haben Studien gezeigt, dass es gegen andere Grippeviren eingesetzt werden kann. Die Strahlung verändert die Struktur und verhindert, dass die Viruspartikel Kopien von sich selbst anfertigen. Weshalb man nicht einfach UV-Lampen vor Supermärkten, Apotheken oder an anderen öffentlichen Orten aufstellt, liegt an den gesundheitlichen Risiken für Menschen. Dabei gibt es laut Forschern der Columbia University in New York eine ungefährliche Alternative: das sogenannte Fern-UVC. Die Forscher haben vor zwei Jahren eine Studie im Fachblatt „Nature“ veröffentlicht, nach der das Fern-UVC-Licht mit einer Wellenlänge von 222 Nanometern zwar genauso keimtötend, aber für den Menschen ungefährlich ist. Für die derzeitige Pandemie wird uns diese Entdeckung aber wahrscheinlich nicht helfen, da Fern-UVC bislang noch keinen Einzug in öffentliche Räume erhalten hat. Nicht zu vergessen: Luft und Oberflächen sind nicht die alleinigen Übertragungswege. Die Erreger verbreiten sich vielmehr über Tröpfchen, die beispielsweise durch Anhusten oder Niesen abgegeben werden. Das kann auch das UV-Licht nicht verhindern. Was also kann UVC-Licht in der aktuellen Situation leisten? UVC-Licht kann, in sinnvollen Umgebungen eingesetzt, die Ausbreitung des Coronavirus eindämmen und Personalkräfte entlasten, die bislang Räume und Oberflächen manuell desinfizieren.
So hat das dänische Unternehmen Blue Ocean Robotics bereits im letzten Jahr „UVD Robot“ (UVD = UV Desinfektion) vorgestellt. Der UVD-Roboter fährt selbständig durch Räume und desinfiziert alle Kontaktflächen. Vor allem in Krankenhäusern ist der Roboter ein echter Helfer und entkeimt Patientenzimmer und Operationssäle in wenigen Minuten vollautomatisch. Da Menschen nicht mit UVC-Licht in Berührung kommen sollten, enthält der Roboter spezielle Sicherheitsmechanismen. Ein Bewegungssensor an der Tür des Patientenzimmers sorgt dafür, dass sich das UVC-Licht abschaltet, sobald jemand den Raum betritt. Im Kampf gegen das Coronavirus wird der UVD Robot bereits vielfältig genutzt. Allein chinesische Krankenhäuser bestellten mehr als 2.000 Stück. Derzeit werden die Roboter in mehr als 40 Ländern eingesetzt. Sicherheitsvorteile der UV-Desinfektion ▪ Die UV-Desinfektion ist ein chemikalienfreies Verfahren; dem Wasser werden keinerlei Stoffe hinzugefügt. ▪ Bei der UV-Desinfektion entfallen Transport, Lagerung und Handhabung giftiger oder korrosionsfördernder Chemikalien – ein Sicherheitsvorteil für Anlagenbetreiber und kommunale Anlieger ▪ Bei der UV-Desinfektion werden keine krebsfördernden Nebenprodukte erzeugt, die sich schädigend auf die Wasserqualität auswirken könnten ▪ UV-Strahlung ist hochwirksam in der Inaktivierung eines breiten Spektrums von Mikroorganismen und beseitigt auch chlorresistente Krankheitserreger, wie Cryptosporidium und Giardia ▪ UV-Strahlung eignet sich auch (alleine oder in Verbindung mit Wasserstoffperoxid) für den Abbau giftiger chemischer Verunreinigungen bei gleichzeitiger Desinfektion ▪ Und was können die Privathaushalte unternehmen? Aber Vorsicht: UVC-Strahlung eignet sich nicht zur dauerhaften Bestrahlung in Räumen mit Menschen - die intensive UV-Strahlung kann Sonnenbrand und irreparable Schäden an der Netzhaut hinterlassen und erhöht das Hautkrebsrisiko. Auch sind spezielle Sicherheitsvorkehrungen zu treffen. Nur geschultes Personal mit spezieller Ausrüstung sollte die Desinfizierung mit UVC vornehmen. Die WHO warnt ausdrücklich davor, UV-Lampen im Privathaushalt einzusetzen. Starten Sie bitte keinen Selbstversuch mit UV-Lampen, sondern überlassen Sie das den Profis. Hier gilt nach wie vor: Beachten Sie die die empfohlenen Schutzmaßnahmen des RKI – und bleiben Sie gesund. • WELT (2020): „Wir wissen, dass UV-C-Licht gegen Viren wirkt“, Interview mit Prof. Dr. Benno Bucher, Technische Hochschule Rapperswil in der Schweiz, Institut für Energietechnik, 31. März 2020.

KLARANS UNIVERSITY

www.klaran.com/intensity-comparison-uvc-leds-vs-lamps#:~:text=An%20advantage%20of%20LEDs%20is,peak%20efficiency%20for%20most%20disinfection

 

Wenn Sie nach Alternativen für die UVC-Desinfektion für eine Anwendung suchen, stehen zwei Optionen zur Verfügung: LEDs und Lampen. Einer der wichtigsten Faktoren, die beim Vergleich dieser Optionen berücksichtigt werden müssen, ist die Intensität, dh die Lichtmenge, die eine Oberfläche oder einen Bereich erreicht. Die UVC-Intensität wird normalerweise in Mikrowatt oder Milliwatt pro Quadratzentimeter angezeigt.

 

Aus verschiedenen Gründen kann es schwierig sein, UVC-LEDs und UVC-Lampen auf Quecksilberbasis zu vergleichen. Lampen liefern Spezifikationen und Daten, die auf ähnlichen Leuchtstofflampen basieren, sodass Sie häufig nicht in der Lage sind, die erforderlichen Spezifikationen für die Lichtleistung im UVC-Bereich, die Verschlechterung und andere wichtige Informationen zu finden. UVC-LEDs sind einzelne Lichtquellen, die in eine Anwendung integriert werden müssen, um die spezifischen Anforderungen zu erfüllen. Leider bedeutet dies, dass es selten vergleichbare Informationen gibt, bis Sie ein UVC-LED-Modul entworfen und gebaut und neben einer Lampe getestet haben. Wir können jedoch einige Annahmen über die tatsächliche Lampenleistung treffen und mit einigen Berechnungen eine Vorstellung davon bekommen, wie die beiden Optionen verglichen werden. Bei dieser Art von Vergleich sollten die geschätzte Leistungsabgabe, die Anwendungsanforderungen und die Gesamtkosten berücksichtigt werden.

Geschätzte Leistung

Es gibt eine große Auswahl an Quecksilberlampen auf dem Markt. Bei der Suche nach einer UVC-Lampe wird häufig festgestellt, dass nur die Leistung für die Nennleistung angegeben wird. Dies kann verwirrend sein, da die Wattzahl für Lampen die Eingangsleistung ist. Nachdem die Ineffizienz des Lampenvorschaltgeräts und die Wärmeverluste beseitigt wurden, beträgt die tatsächliche Leistung einer Lampe bei 254 nm 10 bis 30 Prozent der Eingangsleistung. Der höhere Prozentsatz gilt normalerweise für Lampen mit besserer Qualität und größerer Leistung. Für eine 10-Watt-Lampe wäre eine gute Annahme 1 Watt oder 1000 mW.

 

Ein direkter Vergleich zu diesem Zeitpunkt mit einer 60 mW UVC-LED mit einer tatsächlichen Leistung bei 265 nm besteht darin, dass Sie 17 LEDs benötigen. Dies ist jedoch nicht das vollständige Bild, da wir den Unterschied in der Wellenlängenausgabe noch berücksichtigen müssen. Ein Vorteil von LEDs besteht darin, dass die Chemie im Halbleitermaterial so eingestellt werden kann, dass eine bestimmte Lichtleistung erzielt wird. Während die Leistung einer Lampe bei 254 nm im Desinfektionsbereich liegt, liegt sie bei 265 nm bei der höchsten Desinfektion auf dem höchsten Wirkungsgrad . Für die meisten Mikroben bietet 265 nm eine um 20 bis 30 Prozent bessere Desinfektion. Mit diesen Informationen bieten 14 LEDs einen äquivalenten Vergleich für die Gesamtleistung.

Anwendungsvoraussetzungen

Die Anwendungsanforderungen bieten einen Kontext, der klar macht, wann und wie UVC-LEDs eine bessere Lösung als vorhandene Lampensysteme sein können. Eine typische 10-W-Lampe ist ungefähr 8 Zoll lang, aber die Röhre, die Licht emittiert, ist nur 5 Zoll lang. Einer der Vorteile von LEDs besteht darin, dass sie so angeordnet werden können, dass sie spezifischere Bereiche abdecken. Wenn es sich bei der Anwendung um eine Oberflächendesinfektion eines flachen Bereichs von 8 x 11 Zoll handelt, nutzt die Richtungsausgabe einer LED die UVC-Leistung besser aus. Im Vergleich zur zylindrischen Leistung der Lampe in unserem Beispiel ist es möglich, dass die Anzahl der erforderlichen LEDs um 60 Prozent reduziert werden kann. Dies erhöht die Anzahl der erforderlichen LEDs auf fünf. Zusätzlich können diese fünf LEDs in einem Muster angeordnet werden, um eine gleichmäßige Verteilung über den Behandlungsbereich bereitzustellen.

 

Ein weiterer Faktor, der einen großen Einfluss auf die Berechnung eines direkten Vergleichs hat, ist die Art und Weise, wie die Dosis angewendet wird. Lampen benötigen normalerweise eine Aufwärmzeit, bis sie die volle Ausgangsleistung erreicht haben, die bei der Berechnung der Gesamtdosen berücksichtigt werden muss. Die Lebensdauer einer Lampe wird auch stark durch das Ein- und Ausschalten der Lampe beeinflusst. Einige Lampen geben an, dass die Lebensdauer durch mehr als viermal tägliches Radfahren beeinträchtigt wird. Lampen werden oft ununterbrochen betrieben, auch wenn keine Behandlung erforderlich ist. Diese wirken sich auf die Anzahl der benötigten LEDs, die Fähigkeit, die Lebensdaueranforderungen zu erfüllen, oder die Gesamtintensitätsanforderungen aus, wenn ein direkter Vergleich durchgeführt wird.

Umfassende Kosten

Wenn nur eine gleichwertige Intensität der Vergleich wäre, hätten UVC-LEDs bei den meisten Desinfektionsanwendungen wahrscheinlich bereits die Lampen ersetzt. Während die Preise für UVC-LEDs in den letzten Jahren dramatisch gesunken sind, ist es immer noch wichtig, die Stärken des LED-Designs zu nutzen, um die effizientesten Systeme zu bauen. Bei der Entwicklung eines Systems sollten die Gesamtkosten des Produkts berücksichtigt werden (anstatt sich ausschließlich auf die Kosten für Lampe und LED zu verlassen), auch wenn diese Kosten in einigen Fällen vergleichbar sind. Die Elektronik einer LED kann kleiner, einfacher, billiger und zuverlässiger sein als das Vorschaltgerät, das zur Stromversorgung einer Lampe benötigt wird. Bei einer besseren Kontrolle eines UVC-LED-Emissionsmusters ist nicht immer teures reflektierendes Material erforderlich, um das emittierte UVC-Muster einer Lampe zu nutzen.

 

Fazit

UVC-LEDs können im Vergleich zu Lampen eine gleichwertige Intensität liefern. Insgesamt sind UVC-LEDs bereits in der Lage, die meisten kleinen bis mittleren Anwendungen zu ersetzen, und sollten für größere Anwendungen in Betracht gezogen werden, da der Fortschritt der UVC-LED-Technologie mit dem aktuellen Produktentwicklungszyklus Schritt halten könnte. In Anwendungen, in denen jede Art von Impulsbetrieb verwendet wird oder wenn ein Produkt kompakt sein muss, sind UVC-LEDs die beste Lösung. Wenn Produkte größer und leistungsfähiger werden, erfordert eine äquivalente Intensitätsberechnung zwischen Lampen und LEDs oder eine bessere LED-Designlösung ein tieferes Verständnis aller Variablen, die für ein Upgrade auf eine neue Technologie erforderlich sind.

 

Glücklicherweise haben die Anwendungsingenieure von Klaran Zugriff auf Lichtextraktionswerkzeuge, Taschenrechner und eine Fülle von Erfahrungen, mit deren Hilfe ermittelt werden kann, wie UVC-LEDs am besten in Ihre Produkte integriert werden können. Wenn Sie mehr über die Verwendung von UVC-LEDs zur Desinfektion in Ihrer Anwendung erfahren möchten, kontaktieren Sie uns noch heute.

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