Kopš UV baktericīdās efektivitātes atklāšanas 1901. gadā ultravioletā dezinfekcija galvenokārt tika veikta, izmantojot zemspiediena dzīvsudraba lampas.
Dzīvsudrabs atrodas zemspiediena dzīvsudraba lampās, kas rada bažas par vides piesārņojumu. Tāpat kā dienasgaismas spuldžu LED nomaiņa, arī gaismas diodes ir sagaidāms kā ekoloģiski labvēlīga alternatīva tehnoloģija. UV gaismas diožu efektivitāte tagad ir zemāka nekā zema spiediena dzīvsudraba lampām, neskatoties uz to straujo ikgadējo uzlabošanos. Tā kā nav izstrādāta aizstājoša tehnoloģija, zema spiediena dzīvsudraba spuldzes ir izslēgtas no RoHS direktīvas īpašiem lietojumiem līdz 2027. gada 24. februārim (4. a) punkts. Ja tiek pierādīts, ka pēc 2027. gada nav pieejama aizstājoša tehnoloģija, šo atbrīvojumu var pagarināt. Vai tiešām ir nepieciešams pagarinājums? Saskaņā ar Nichia teikto, dažas lietojumprogrammas var izmantot gaismas diodes jau tagad, un gandrīz visas lietojumprogrammas to varēs izdarīt līdz 2027. gada februārim.
Šeit Nichia piedāvā reālu piemēru, kur UV gaismas diodes tiek pētītas kā dezinfekcijas alternatīva zema spiediena dzīvsudraba lampām.
Virsmas dezinfekcija, izmantojot zemspiediena dzīvsudraba lampas → LED ieviešanas gadījumu izpēte
Virsmas dezinfekcija, gaisa dezinfekcija, izmantojot attīrītājus, kā arī ūdens un kanalizācijas sistēmu dezinfekcija ir iekļauta UV dezinfekcijas jomā, izmantojot zemspiediena dzīvsudraba lampas. Pārtikas rūpniecības iekārtu un konteineru tīrīšana ir izplatīts virsmu dezinfekcijas gadījums. Pārtikas pārstrādes iekārtās konteinerus piepilda ar pārtiku pēc UV gaismas iedarbības, lai dezinficētu iekšpusi un novērstu baktēriju augšanu un pārtikas piesārņošanu.
UV starojuma iedarbībai pakļautu pārtikas trauku ilustrācija:
Zema spiediena dzīvsudraba spuldzes izstaro ultravioleto gaismu no virs traukiem, lai vienlaikus dezinficētu daudzu pārtikas trauku iekšpusi. Tāpēc zemspiediena dzīvsudraba spuldžu nosegšanai jāizmanto kausēts kvarcs, lai novērstu dzīvsudraba piesārņojumu un stikla plīsumus gadījumā, ja lampa sabojājas.
Radiācijas ilustrācija no augšas:
Atšķirībā no zemspiediena dzīvsudraba lampām gaismas diodes var izmantot, lai ar UV gaismu apstarotu tikai mērķa objektu, jo to konfigurācijas un pozīcijas var precīzi izvēlēties un mainīt, kā parādīts iepriekš redzamajā apstarošanas attēlā. No otras puses, zema spiediena dzīvsudraba spuldzes izstaro gaismu visos virzienos, pakļaujot atstarpes starp atsevišķiem konteineriem un lampu aizmuguri papildu UV gaismai.
Turklāt, tā kā zemspiediena dzīvsudraba lampas ieslēdzas un izslēdzas ilgi, tām vienmēr jābūt ieslēgtām. No otras puses, gaismas diodes nodrošina tūlītēju ieslēgšanos/izslēgšanos, kas nozīmē, ka tās var ieslēgt tikai nepieciešamības gadījumā, tādējādi potenciāli samazinot enerģijas patēriņu un CO2 emisijas.
Ņemot vērā iepriekš minēto informāciju, LED un zemspiediena dzīvsudraba spuldžu salīdzināšanas rezultāti ir parādīti nākamajā tabulā.
Studiju rezultāts
Ievades jauda, kas nepieciešama, lai iegūtu tādu pašu dezinfekcijas efektu reālajās vērtībās šajā pētījuma piemērā, ir 600 W un 312 W.
Nichia UV LED 434C tika izmantots, lai pārbaudītu gaismas diodes izstarojumu un efektivitāti.
Saskaņā ar Shikoku Electric Power CO., Inc. datiem, CO2 emisijas koeficients FY2021 ir 0,527 t/MWh.
Salīdzinot ar gaismas diodēm, kuru efektivitāte ir 5,4%, zema spiediena dzīvsudraba spuldzēm ir lielāka efektivitāte par 22%. Tomēr gaismas diodes var izmantot līdz pat 90% no to radītā UV starojuma, savukārt zemspiediena dzīvsudraba spuldzes izmanto tikai 9%. Tādējādi, salīdzinot ar zemspiediena dzīvsudraba spuldzēm, kurām ir nepieciešami 600 W elektroenerģijas, lai nodrošinātu tādu pašu dezinfekcijas efektu, gaismas diodēm ir nepieciešami 312 W. Turklāt gaismas diodes var aktivizēt tikai nepieciešamības gadījumā. Piemēram, ja zemspiediena dzīvsudraba spuldzes atstāj ieslēgtas 18 stundas dienā, gaismas diodes var ieslēgt 14 stundas. Pieņemot, ka katra lampa tiek izmantota 300 dienas, zema spiediena dzīvsudraba spuldžu ar 600 W ievades jaudu enerģijas patēriņš ir 3,2 MWh gadā, savukārt gaismas diodes ar 312 W ieejas jaudu patērē 1,3 MWh gadā, kas ir par 60% samazinājums. Turklāt CO2 emisijas tiek aprēķinātas, izmantojot CO2 emisijas 0,527 tonnas uz 1 MWh jaudas. Gaismas diodes ik gadu saražo 0,69 tonnas CO2, salīdzinot ar 1,7 tonnām no zemspiediena dzīvsudraba spuldzēm, kas ir par 60% mazāk.
Ceļvedis
Kopsavilkums
Šajā gadījuma izpētē tika izmantotas gaismas diožu īpašības, piemēram, to augstā starojuma plūsmas izmantošana, selektīvi apgaismojot tikai nepieciešamos reģionus, un to momentānās ieslēgšanas/izslēgšanas iespējas, lai sasniegtu ievērojamas priekšrocības. Tāpēc Nichia var nepārprotami parādīt, ka gaismas diodes var kalpot kā zema spiediena dzīvsudraba lampu aizstājējtehnoloģija.
Neatkarīgi no iepriekšminētā piemēra Nichia sadarbosies ar saviem klientiem un partneriem, lai izveidotu dizainu, kas izmanto LED raksturlielumus citās dezinfekcijas lietojumprogrammās, piemēram, gaisa un ūdens dezinfekcijā. Nichia pieliks visas pūles, lai nodrošinātu, ka LED tehnoloģija aizstāj zemspiediena dzīvsudraba spuldzes.
Turklāt, kā norādīts ceļvedī, UV LED veiktspēja pēdējos gados ir ievērojami uzlabojusies. Tehnoloģiskais progress ir ātrs, jo ir sinerģiska ietekme, ko rada LED izstrādes cerības, kas izriet no vides ierobežojumiem un nepieciešamības cīnīties ar infekcijas slimībām. Dažos gadījumos LED izmantošana zema spiediena dzīvsudraba spuldžu vietā jau tiek īstenota, izstrādājot dizainu, kas izmanto LED iespējas. Saskaņā ar Nichia teikto, tas kopā ar iespaidīgo UV gaismas diožu pamata veiktspējas uzlabošanu izraisīs vēl lielāku tendenci, un UV gaismas diodes tiks plaši pieņemtas kā zema spiediena dzīvsudraba spuldžu aizstājējs visos dezinfekcijas lietojumos un jomās. Līdz ar to nebūs vajadzības pagarināt RoHS atbrīvojumu pēc 2027. gada.
Papildus darbam, lai risinātu sabiedrības problēmas, tostarp izveidotu bez dzīvsudraba un oglekļa emisijām neitrālu sabiedrību, Nichia turpinās uzlabot gaismas diožu veiktspēju.
