Η διαχείριση της ποιότητας του αέρα μέσω του κλιματισμού αποτελεί μεγάλη πρόκληση για τον τεχνικό κόσμο, ύστερα μάλιστα από την εμπειρία της πανδημίας και τις νέες απαιτήσεις που δημιούργησε.
Άρθρο της Ένωσης Ελληνικών Επιχειρήσεων Θέρμανσης & Ενέργειας (έντυπο τεύχος Απριλίου 2022)
Με την εμφάνιση της πανδημίας, οι μηχανικοί κλήθηκαν να διαχειριστούν νέα δεδομένα, καθώς και διαφορετικές προτεραιότητες, με στόχο την εξασφάλιση συνθηκών υψηλής υγιεινής σε όλους τους σύγχρονους χώρους. Η ανάγκη για διαχείριση της ποιότητας του αέρα στα σύγχρονα συστήματα κλιματισμού έγινε επιτακτική περισσότερο από ποτέ.
Υπάρχει ένα πλήθος φυσικών και χημικών «ρύπων» (όπως είναι το μονοξείδιο του άνθρακα, το διοξείδιο του αζώτου, η φορμαλδεΰδη, το βενζόλιο κ.ά.), οι οποίοι έχουν μεγάλο μερίδιο ευθύνης για τη ρύπανση του εσωτερικού περιβάλλοντος. Σε αυτούς τους ρύπους προστίθενται οι βιολογικοί «ρύποι» (ακάρεα, βακτήρια, ιοί, μούχλα και βρομιά ζωικής προέλευσης), οι οποίοι μπορούν να οδηγήσουν σε χρόνια αναπνευστικά προβλήματα.
Ανάμεσα σε ένα πλήθος τεχνολογικών λύσεων που υπάρχουν σήμερα στη διάθεσή μας για την επεξεργασία της ποιότητας του αέρα των εσωτερικών χώρων, διακρίνουμε τη μέθοδο που χρησιμοποιεί την τεχνολογία της φωτοκαταλυτικής οξείδωσης. Είναι μία μέθοδος ευρέως διαδεδομένη εδώ και αρκετά χρόνια, κυρίως στους χώρους που απαιτούν συνθήκες υψηλής υγιεινής, ενώ αποδεικνύεται ιδιαίτερα αποτελεσματική όσον αφορά τους ιούς.
Ανάλυση της μεθόδου
Η μέθοδος της φωτοκαταλυτικής οξείδωσης βασίζεται στη χρήση της υπεριώδους ακτινοβολίας UVC σε συνδυασμό με το διοξείδιο του τιτανίου (TiO_2) ως καταλύτη. Ως υπεριώδης ακτινοβολία (UV) ορίζεται το μήκος κύματος 100 – 400nm της ηλιακής ακτινοβολίας, το οποίο δεν είναι ορατό από το ανθρώπινο μάτι (βλ. σχήμα 1).
Στην αποτελεσματικότητα της ακτινοβολίας UVC (βλ. σχήμα 2) αναφέρθηκε το περιοδικό της Αμερικανικής Εταιρείας Μικροβιολογίας στο άρθρο «2019 Novel Coronavirus (COVID‐19) Pandemic: Built Environment Considerations To Reduce Transmission», όπου αναφέρονται τα εξής:
«Οι ακτίνες UV σε περιοχές χαμηλού μήκους κύματος (254 nm UV C) είναι ιδιαιτέρως μικροβιοκτόνες. Επίσης, ακτινοβολία σε αυτό το φάσμα χρησιμοποιείται αποτελεσματικά σε περιβάλλοντα υψηλής υγιεινής, για την αδρανοποίηση μολυσματικών αερολυμάτων, ενώ η ίδια μπορεί να μειώσει την ικανότητα επιβίωσης ορισμένων ιών… Οι αερομεταφερόμενοι ιοί με μονόκλωνο RNA (ssRNA) μειώνονται κατά 90% με μικρή δόση ακτινοβολίας UV, ενώ η απαιτούμενη δόση UV αυξάνεται για ιούς ssRNA που βρίσκονται σε επιφάνειες. Πρόσφατη μελέτη αποδεικνύει ότι 10 λεπτά ακτινοβολίας UVC απενεργοποιούν το 99,999% των ιών CoVs, SARS-CoV και MERS-CoV που ελέγχθηκαν».
Η λειτουργία του συστήματος
Η τεχνολογία της χρήσης υπεριώδους ακτινοβολίας UVC προσβάλλει απευθείας το DNA των μικροοργανισμών. Η ακτινοβολία απορροφάται στο DNA, όπου βρίσκονται βάσεις πουρίνης (οι θυμίνες), και προκαλείται φωτοχημική αντίδραση. Εάν δύο θυμίνες είναι συνεχόμενες, διμερίζονται και δεν μπορούν πλέον να χρησιμοποιηθούν για τη διαδικασία αντιγραφής, που είναι απαραίτητη για τον διπλασιασμό του DNA. Το κύτταρο δεν μπορεί πλέον να αποκαταστήσει τη βλάβη που έχει υποστεί, χάνει την ικανότητά του να διαιρεθεί και να πολλαπλασιαστεί, και συνεπώς πεθαίνει (βλ. σχήμα 2).
Επίσης, με την τεχνολογία της φωτοκαταλυτικής οξείδωσης καταστρέφονται αποτελεσματικά και τα μολυσματικά οργανικά μόρια με βάση τον άνθρακα (βακτήρια, ιοί, μύκητες κ.ά.). Συνήθως στις συσκευές χρησιμοποιείται ως φωτοκαταλύτης το διοξείδιο του τιτανίου (TiO2). Καθώς αυτό εκτίθεται σε UV ακτινοβολία, απελευθερώνονται ηλεκτρόνια δημιουργώντας θετικά φορτισμένα ιόντα.
Τα θετικά ιόντα παίρνουν ένα ηλεκτρόνιο από τα υδροξυλιόντα (OH-) της υγρασίας της ατμόσφαιρας, ενώ το υδροξύλιο (OH-) μετατρέπεται με τη σειρά του σε ασταθείς ρίζες υδροξυλίου (OH). Για να σταθεροποιηθούν οι ρίζες (OH), θα πάρουν ηλεκτρόνια από γειτονικά οργανικά υποστρώματα (ενώσεις). Τα οργανικά υποστρώματα διασπώνται σε αβλαβή συστατικά και απελευθερώνονται στον αέρα (βλ. σχήμα 3).
Στο σχήμα 4 παρουσιάζεται η διαδικασία καταστροφής του DNA και η καταστροφή της κυτταρικής μεμβράνης λόγω υψηλής οξειδωτικής δράσης. Επίσης, στο σχήμα 5 παρουσιάζεται η διαδικασία αλλοίωσης της πρωτεϊνικής δομής και η απενεργοποίηση του ιού. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αποτροπή προσκόλλησης του ιού στις πρωτεΐνες-υποδοχείς του ξενιστή.
Πλεονεκτήματα και εφαρμογές
Τα πλεονεκτήματα της φωτοκαταλυτικής οξείδωσης αξιοποιούνται από διάφορους κατασκευαστές με τη χρήση ειδικών συσκευών σε τοπικές κλιματιστικές μονάδες fan coil. Χάρη σε αυτές τις μονάδες παρέχεται η βέλτιστη ποιότητα αέρα σε χώρους που το απαιτούν, όπως είναι νοσοκομεία, ερευνητικά εργαστήρια, φαρμακευτικές εταιρείες κ.ά.
Οι μονάδες αυτές είναι εξοπλισμένες με μικροβιοκτόνο λαμπτήρα UVC (253,7 nm), ο οποίος δρα με φωτοκατάλυση μέσω μιας επιφάνειας από διοξείδιο του τιτανίου (TiO2) που διαθέτει. Ο λαμπτήρας είναι καλά θωρακισμένος στο εσωτερικό της μονάδας, προκειμένου να αποτρέπεται η οποιαδήποτε άμεση ακτινοβολία προς το περιβάλλον, η οποία είναι ιδιαιτέρως βλαβερή για τον άνθρωπο. Ωστόσο, ο λαμπτήρας είναι τοποθετημένος με τέτοιο τρόπο, ώστε να επιτρέπει την εύκολη πρόσβαση και αφαίρεσή του.
Αυτές οι τοπικές κλιματιστικές μονάδες θα μπορούσαν είτε να αξιοποιηθούν σε υφιστάμενες εγκαταστάσεις που το επιτρέπουν (εγκαταστάσεις με μέσο λειτουργίας το νερό), είτε να προταθούν σε μελλοντικές εγκαταστάσεις.
Λαμβάνοντας υπόψη τη δεδομένη συνθήκη, είναι βέβαιο ότι το προσεχές διάστημα η αντιμετώπιση των ιών στις εγκαταστάσεις κλιματισμού θα αποτελέσει αντικείμενο ισχυρού προβληματισμού. Ο τρόπος που από εδώ και στο εξής θα σχεδιάζονται οι εγκαταστάσεις κλιματισμού συνιστά ένα ανοιχτό ζήτημα, το οποίο είναι σίγουρο ότι θα διαφοροποιήσει τις σημερινές πρακτικές προσέγγισης.
